CSP薄板坯連鑄機大包托臂液壓缸改進與國產化項目
鑒定文件之二
            技術研究報告
1 概況
珠鋼CSP薄板坯連鑄連軋生產線是全套從德國SMS公司引進的設備。連鑄機大包回轉臺有兩個對稱分布的油缸，用于托舉鋼包與鋼水（約250噸）。
在托舉的過程中，隨著托臂的升高，液壓缸與托臂之間的夾角發生變化。在液壓缸活塞桿內部，有一球桿，用于調整托臂與液壓缸的角度，液壓缸的結構圖如圖1所示，有關零件如表1所示。
          表1  原液壓缸零件明細表

加工件		標準件
1	法蘭	①	螺栓M16
2	球座I	②	螺栓M8
3	壓蓋	③	防塵圈
4	球桿	④	擋圈
5	壓板	⑤	V形組合密封
6	柱塞桿	⑥	O形圈
7	螺母	⑦	螺栓M42X3
8	缸頭	⑧	O形圈
9	吊耳	⑨	螺栓M42X3
10	缸筒體
11	銅支撐環
12	活塞
13	球頭II
14	球頭蓋

液壓缸的主要技術參數為：缸體直徑650mm，柱塞直徑600mm，行程700mm，壓力25Mpa。
液壓缸承受一定的徑向力。在徑向力的作用下，活塞桿與缸筒支持面摩擦加劇，引起活塞桿表面嚴重劃傷，進而導致嚴重漏油、控制不穩。
由SMS公司供應的德國力士樂液壓缸一般只能運行6個月，壽命遠低于設計水平，顯然不符合整機設計使用要求。從國外采購訂貨周期長，手續繁瑣，售后服務得不到保證。同時，從國外采購價格昂貴，一個液壓缸要花費157萬元人民幣，使生產成本大受影響。
為有效解決上述技術經濟問題，珠鋼公司決定與國內液壓缸公司合作研制開發連鑄機大型擺動液壓缸。韶關力士樂液壓缸廠技術開發實力雄厚，被選定為項目的承擔單位。
1．2  本技術的特征、原理和適用范圍
本技術屬機械工程技術領域，涉及機構學、金屬切削工藝、熱處理、潤滑技術、液壓故障診斷等多學科。
本研究項目的關鍵技術是提高機械零件的抗磨損能力、降低運動件的應力，從而延長元件的壽命，提高元件的可靠性，進而保證連鑄生產的順利進行。
本項目的研究成果可直接應用于柱塞側向力較大的液壓缸以提高可靠性為目的的技術改進。
1．3  開發研究的路線
發現液壓缸使用壽命短問題---問題分析---尋找解決方案---確定方案---產品改進設計---工藝設計---加工制造---質量檢驗---性能測試---安裝使用---運行考察---技術總結。
1．4  已完成情況
本項目已于2001年9月完成制造并立即投入使用，現已運行10個月，事實證明，到目前為止，根據用戶反映的意見，液壓缸的所有性能均符合要求。
2       主要技術性能指標
液壓缸的主要結構性能指標如下：
尺寸：        650/600
mm
行程：        700  
mm
壓力：        25  
MPa
最低啟動壓力  0.8  
MPa
外泄漏：      無
活塞擺角：    + 7 ⁰
使用壽命：    2     年
3       問題的分析與解決
3．1  問題的分析
經反復勘察、調研、校核，對液壓缸磨損過速的問題得出了以下結論：
液壓缸活塞桿嚴重劃傷的主要原因是它的支持面的面積過小，壓強過大，活塞桿屈服強度不夠，以至在徑向力的作用下，密封件變形，活塞桿直接壓在缸筒的金屬件，引起嚴重的摩擦與磨損。
壓桿球頭的磨損主要是潤滑脂流道不暢引起潤滑不良所造成的。
3．2  解決問題的對策
根據珠鋼的實際情況，本課題須著重解決以下技術問題：
柱塞桿與導向套支持面摩擦及活塞桿表面嚴重劃傷，油缸壽命短的問題。
柱塞桿內置球桿與球座之間嚴重燒傷磨損的問題。
由此，確定了以下主要的解決對策：
增大缸頭導向支持面，使徑向壓力下降40%。
缸頭與密封件支持臺肩內圓孔（φ600）倒角，以防柱塞傾斜時銳邊劃傷運動的柱塞的表面。
在缸頭外端再增加一道軟支撐環，以初始徑向力并降低原密封件及其支持件的壓力。
缸頭導向部分開潤滑槽提供良好的潤滑，減小相互間的摩擦。
改進球座的潤滑流道，增大潤滑面積。
效用優質鋼材及良好的熱處理方式，改善摩擦副，增強抗摩擦磨損的能力。
改進后的液壓缸如圖2所示，有關零件如表2所示。
表2  改進后的液壓缸零件明細表

加工件		標準件
1	法蘭	①	螺栓M16
2	球座I	②	螺栓M8
3	壓蓋	③	防塵圈
4	球桿	④	支承環
5	壓板	⑤	V形組合密封
6	柱塞桿	⑥	螺栓M42X3
7	螺母	⑦	O形圈
8	缸頭	⑧	O形圈
9	吊耳	⑨	螺栓M42X3
10	缸筒體
11	銅支撐環
12	活塞
13	球頭II
14	球頭蓋

通過采取以上措施，大幅度改善液壓缸的受力狀況，使液壓缸的設計壽命由不足6月提高到2年。
3．3  加工制造工藝
由于是引進的設備，液壓缸原技術數據不充分，須對損壞的液壓缸進行測試，再根據技術要求重新確定有關參數。液壓缸有關加工工藝參數如表3所示。
表3 主要零部件工藝數據

零件名稱	材料	加工工藝	精度
缸筒	45#	粗車調質、內孔粗鏜、精鏜、滾壓、粗糙度0.2~0.4	8級
柱塞	40Cr	粗車調質、精車后鍍鉻、拋光、粗糙度0.2~0.4	7級
球桿	GCr15	粗車調質、球頭數控機床精車、正火淬硬再磨光、粗糙度1.6~0.8	7級
球座	ZQSn10-1	數控機床加工、粗糙度1.6~0.8	8級
導向套	QT50-2	粗車內孔、精車、再磨光、粗糙度1.6~0.8	8級

3.3 實際使用效果的對比
由韶關力士樂液壓缸廠制造的珠鋼連鑄機大型擺動液壓缸于2001年9月開始在線使用，至今為止效果良好，未出現國外備件所出現的各類故障，受到了珠鋼領導與一線人員的一致好評。
4       經濟效益與社會效益
本項目應用于廣州珠江鋼鐵有限責任公司，經濟與社會效益顯著。
4.1  經濟效益
經濟效益是明顯的。
4.1．1  備件費用節省額
韶關液壓缸55萬/臺、使用期2年，德國液壓缸157萬/臺、使用期6月。
2年備件費用節省額=2x157x6-2x55=1146萬元
4.1．2  停機損失費用減少額
停機修理與更換液壓缸的費用及誤產費用每次6萬元，減少4次更換，減少費用為6x24=24萬元。
4.1．3  其他費用的減少
減少液壓油泄漏與污染所造成的損失10萬元。
減少國外采購與備件積壓所造成的損失10萬元。
4.1．4  2年的總效益
2年總共的經濟效益是：
   1146+24+10+10=1190萬元
經濟效益的證明材料見“用戶使用情況報告”。
4.2  社會效益
社會效益是明顯的，也是深遠的：
有助于珠鋼引進設備備件供應的國產化與本地化，促進了珠鋼降本減耗、達產達效，使CSP技術更能發揮效益。
是引進設備消化吸收、改進提高的范例，為國內冶金企業同類液壓缸的國產化創造了條件。
推動了國內液壓缸設計制造技術的進步與創新，尤其在液壓元件可靠性優化改進方面所取得的成功意義重大。
提高了韶關液壓缸廠的知名度和競爭力，有利于韶關地區機械工業的進一步發展。
    是民營企業涉足先進技術領域并取得顯著技術經濟效益的典型，對廣大類似企業具有示范作用。
5  結論
本項目是大型復雜液壓裝置國產化和技術創新的成功典范。目前國內有包鋼、邯鋼CSP生產線采用與珠鋼完全相同的液壓缸，湖南漣鋼正引進連鑄連軋生產線，本項目開發的產品可應用于這些鋼廠，在連鑄機、起重運輸機械、工程機械、礦山機械及類似重載、有傾角運動的場合具有廣闊的應用前景。
 
參考文獻
[1] 雷天覺 液壓工程手冊  機械工業出版社  1988
[2] 黃志堅  液壓設備的故障分析與技術改進  華中理工大學出版社  1999
[3] 陳偉光  黃志堅  鄧名軍 連鑄機大型液壓缸的國產化改進  機床與液壓 2002（5）