连铸机结晶器振动液压缸失效原因及处理对策

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连续铸钢是提高产品质量、生产效率、降低能耗的关键铸钢技术。连铸设备主要由钢水包、回转塔、中间包、结晶器、结晶振动装置、二次冷却和铸坯支承导轨、拉坯矫直装置、火焰切割装置、出坯装置等组成 。

其中，结晶振动器存连铸技术中起着不可缺少的作用，其目的是防止铸坯与结晶器内壁粘结使铸坯发生拉裂或漏钢，同时通过结晶器周期性地振动来改变结晶器壁和钢液面的相对位置，以此来改善钢坯表面的润滑状况，提高拉坯的流畅程度，同时还可以改善铸坯的表面质量 。

1 结晶器振动液压缸结构分析结晶器振动液压缸结构如图 1所示♂晶器振动缸与普通缸结构相近似，主要由缸体、活塞和活塞杆、缸底 、缸头等部分组成 。为了安装方便，缸体设计为方形。缸头缸底均采用耳环安装形式，这种安装形式简单犊，能承受大的变载荷。底部法兰采用焊接形式与方形连接板连接，头部法兰以内螺纹方式与活塞杆连接 。

结晶器振动液压缸具有低摩擦力、高频响等特点，冈此采用了与普通液压缸不同的结构。由于高速振动的特性，该缸活塞采用间隙密封形式，减少活塞与缸体内擘的摩擦，且在活塞外表面焊了-层铜，改善其与缸1 2 4 5 8 9 11 3 14 3 6 7 11 121.缸头耳环 2缸头 3.吏承环 4缸头法 Y-： 5.缸体6.活塞与活塞杆组件 7.缸底法 8.缸底 9.传感器10.耳环连接板 11.传感器安装罩 12.缸底耳环13.防尘罩拉板 14.防尘罩图 1 结晶器振动液压缸结构图体的磨损状况。活塞的两端面均开有环形槽，通过高压油使活塞边产生微小形变以减蓄塞的内泄漏。活塞杆表面采用镀陶瓷处理，以增加其硬度和耐磨性 。

为了测得活塞的位移做闭环控制，结晶器振动缸装有位移传感器装于活塞杆底部中心孔中，并与油源隔绝，以保护传感器。缸底与缸头各设-泄漏油口，排走1活塞杆腔通过伺服环泄漏过来的液压油及缸头、缸底与活塞杆往复摩擦产生的热量，减少磨损∝制阀块用螺钉直接连接在方形缸体表面上，高压油由fA、收稿 日期：2012-07-17基金项 目：广东侍育部产学研项 目资助(2010A090200047)作者简介：左林 (1969-)，男，山东吕邑县人， -r程师，学 I主要从事液压缸设计、加T、研究工作 、2013年第 1期 液压与气动 77B进入到压力杆腔。由于该液压缸的工作环境非常恶劣，灰尘大、污染重，对液压缸的寿命有较大影响，因此在缸头部设计了压力防尘器，靠不问断地向防尘罩内吹人高压空气以防止灰尘在往复振动过程中被吸人缸体内造成磨损。

2 结晶器振动液压缸失效形式及处理对策结晶振动缸的工作环境非常恶劣，液压缸的生产工艺和使用环境对其使用寿命有很大的影响。通过对结晶器振动缸失效形式的统计，总结其主要失效形式与失效原因如下：1)密封件磨损如图2、3所示密封件在液压缸中起着保持压力的关键作用，也是导致液压缸失效的常见原因。在工作过程中，密封与其他结构不断摩擦并逐渐磨损 ，最终失去密封作用，而使液压缸泄漏量过大而无法保证正常作压力。

图 3 活塞密封失效影响液压缸密封件工作寿命的原因主要有以下几点：① 密封件本身的质量问题 ；② 密封件 的选用问题。因为液压缸的工作环境不同，对密封件有不同的要求，在高压环境下往往需要耐高压力 ，在腐蚀性介质中则需要耐腐蚀，而在冲击较大的环境下则需要耐冲击，在高温环境中需要耐高温等；③ 油液清洁问题。

油液中的铁屑、锈渣等沉淀物进入缸体后往往会加速密封件的磨损 ；④ 装配前的清理工作。残留在缸体内壁的铁屑、锈迹对油缸有非常大的危胁，不仅会使密封件划伤，甚至会拉伤缸筒内壁而造成新液压缸漏油而无法使用；⑤ 缸体及活塞杆的形位公差问题。缸体内孔及活塞杆的直线度、圆度不能保证，都会在很大程度上影响密封件的使用寿命；⑥ 缸体内壁及活塞杆外表面粗糙度问题。缸体内壁过于粗糙必然会加速活塞密封磨损，活塞杆表面粗糙度过低会加速缸头杆密封的磨损。

2)防尘圈破坏防尘圈虽然结构简单，却起着不可缺少的作用。

结晶振动缸工作环境非常恶劣，空气中的粉尘密度很高，因此防尘是结晶振动缸的-项重要结构。防尘圈装在活塞杆出缸头处，防止掉落在伸出活塞杆上的粉尘跟随活塞杆缩回而进入缸体内部。绝大多数结晶振动缸除了安装防尘圈外，都有防尘罩。传统的防尘罩在油污、灰尘及高速振动的情况下不仅很容易被破裂损坏，而且在活塞杆外伸的过程中容易在防尘罩内形成负压腔，反而吸入更多的灰尘。为了解决这个问题，现在很多缸已经采用压力防尘结构，即不断地向防尘罩内吹人高压过滤空气，以避免灰尘进入腔内。

防尘圈的破坏也受很多因素的影响：① 防尘圈本身的质量问题；② 活塞杆的粗糙度。防尘圈在活塞杆上是有-定的压力的，因此紧贴在活塞杆表面，粗糙度太高会加速其磨损；③ 工作环境♂晶振动缸-般都处于高温高频振动的环境下，因此对防尘圈有比较高的要求；④ 活塞杆的形位公差。活塞杆的圆度、直线度等不够时会造成防尘圈周期性变形，因而会加速其失效。

3)缸体内壁磨损由于液压缸对缸体的要求比较高，因此液压缸内孔的加工是整个液压缸加工过程技术要求较高的工序。-般都采精镗、滚压、珩磨等工艺来保证其表面粗糙度。缸体的失效形式-般有缸体内壁生锈、缸体内壁拉伤和缸体内壁点蚀等。缸体内进人空气和水时，缸体内壁容易产生锈蚀，由此增大与活塞问的摩擦而刮烂活塞密封。活塞与缸体内孔配合不够精确，或者缸体内孔有椭圆时容易产生内壁拉伤，出现条状槽痕。

活塞与缸体内壁问压力过大或者相对运动速度过快则容易产生点蚀，出现凹坑。

缸体失效影响因素有以下几点：① 密封不严。油液中进入空气，不仅会使缸体内壁生锈，还会使活塞杆产生爬行、冲击等行为；② 活塞杆受力不平衡。活塞杆受力不在正中心会使活塞产生-定的倾斜，在振动过程中划伤缸体；③ 缸体形位公差过大。缸体内孔圆度、直线度不够时容易产生局部拉伤；④ 密封件使用过久。活塞密封使用时间太长会磨损，可能会导致活塞直接与缸体内壁接触而产生划伤。

曩-曩78 液压与气动 201 3年第 1期4)活塞杆磨损活塞杆是结晶振动缸中最容易磨损失效的部件。

因此在实际应用中，常常会采取-些措施来增加活塞杆表面的硬度，如淬火、表面镀铬层、表面镀陶瓷等。

镀层方式不仅可以提高活塞杆表面的耐磨性，还可以在磨损后重新镀层，节约了维修成本。这些措施产生了相对比较好的效果，但是高速振动的活塞杆磨损依然是不可避免的。

活塞杆是否耐磨主要与以下因素有关：① 振动频率♂晶振动缸振动频率-般为 1～5 Hz，相对运动线速度比较高，因此比较容易磨损；② 镀层硬度。镀铬层活塞杆表面硬度可达900HV，而镀陶瓷活塞杆表面硬度可达 1200HV以上，在很大程度上提高了活塞杆的耐磨性；③ 密封件硬度。活塞磨损主要是因为与密封件之间摩擦而产生的，因此密封件硬度过高会加速活塞杆的磨损；④ 温度。密封件与活塞杆高速摩擦会产生热量，温度过高会使活塞杆表面组织软化，从而加速摩损。

5)其他失效形式除了上述几种失效形式外，液压缸还有其他失效形式，如活塞表面拉花(主要为间隙密封类)、受力螺钉断裂、活塞杆支承带磨损、传感器失效、伺服环内表面磨损及缓冲阀失效等。上述任何-项制造不精或者使用不当都会造成液压缸提前失效而无法T作。

3 对结晶器振动液压缸改进的几点意见经统计，国内目结晶振动缸平均使用寿命为7～8个月，与国外油缸平均使用寿命为两年以上有很大的差距。在现有的技术基础上，如何延长结晶器振动缸的寿命成为急需解决的难题。作者提出如下建议：(1)提高加TT艺 采用性能优良的校直设备，提高活塞杆及缸筒直线度；精加T前应自然去应力，加工时控制好装夹力度；热加TT序中应稍留余量。

(2)提高表面处理工艺 严格控制电镀各环节，并镀后除氢、抛光，并及时防锈。

(3)注意零件防锈除锈 在从毛坯到装配完成后试验，各个环节都需要采用防锈除锈处理。

(4)提高装配1二艺 装配前充分准备，仔细清洗零件、去锐边、毛刺、铁屑；装配时，防止野蛮装配；装配完后，用干净螺塞封堵好所有油孔。

(5)活塞与缸筒，活塞杆与导向套采用间隙密封，降低摩擦力，提高频率响应。

4 结论本文在对连铸机结晶器振动液压缸的维修记录进行统计并对其可靠性进行调查的基础上，对其失效形式进行分析，在韶关液压件厂有限公司的协助下，提了处理对策，以促进在生产过程中提高液压缸的口r靠性，这将会对从事液压设备设计维修的人员有所帮助