現(xiàn)代大型軋機(jī)油膜軸承DF密封技術(shù)

現(xiàn)代大型軋機(jī)油膜軸承DF密封技術(shù)

油膜軸承又稱(chēng)全液體摩擦滑動(dòng)軸承，由軸頸、軸瓦、密封件、緩沖器等主要部件組成。工作過(guò)程中，軸頸和軸瓦之間的油被無(wú)限擠壓，產(chǎn)生楔形效應(yīng)，從而形成油膜。油膜將軸頸和軸瓦兩個(gè)具有高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位分隔開(kāi)來(lái)，形成了液體內(nèi)摩擦，并具有強(qiáng)大的承載能力，使油膜軸承能夠適應(yīng)現(xiàn)代軋機(jī)高速、重載的工況條件，而且具有許多其它類(lèi)型軸承無(wú)法比擬的顯著優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代大型軋機(jī)上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

油膜軸承的密封系統(tǒng)是油膜軸承的關(guān)鍵部件，具有二重作用：一方面防止軸承腔體內(nèi)的潤(rùn)滑油外泄，使?jié)櫥蛷南潴w返回泵站，保證形成連續(xù)不斷的油膜；另一方面防止外界的冷卻水、軋制油（乳化液）及鐵屑、灰塵等雜物滲入軸承腔體內(nèi)，維持軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果密封失效，會(huì)導(dǎo)致外界雜物侵入，使?jié)櫥臀廴纠匣?，降低油膜軸承壽命；還會(huì)導(dǎo)致腔體內(nèi)潤(rùn)滑油泄漏，不僅造成大量油的消耗浪費(fèi)，而且油液會(huì)沿軋輥旋轉(zhuǎn)的切線方向甩出，濺落到軋制出的鋼帶、鋼板表面，造成污染，增加退火困難，影響鋼帶表面質(zhì)量。因而，改善油膜軸承的密封結(jié)構(gòu)，提高密封件的性能和壽命是發(fā)展油膜軸承技術(shù)的重要課題之一。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

油膜軸承的密封技術(shù)和結(jié)構(gòu)發(fā)展經(jīng)過(guò)了幾個(gè)階段，目前我國(guó)冶金企業(yè)大型軋機(jī)上使用的主要是第三、第四代密封結(jié)構(gòu)，又簡(jiǎn)稱(chēng)x型、DF型密封。

X型密封屬于第三代油膜軸承密封結(jié)構(gòu)，是美國(guó)摩根公司（MORGON）的專(zhuān)利。其特點(diǎn)是密封斷面近似于英文字母“x”，密封面有A、B、c、D、E五個(gè)唇口（見(jiàn)圖l）。D、E是外密封唇口，D為封油唇，E為封水唇，唇口末端厚度一般為5mm左右，與密封擋板接觸，靠壓縮過(guò)盈而起密封作用。

DF密封是在x型密封結(jié)構(gòu)上優(yōu)化改進(jìn)而產(chǎn)生的，人們稱(chēng)之為第四代密封。DF密封件的斷面與x型有所類(lèi)似，工作原理也基本相同。但在三個(gè)方面作了優(yōu)化（見(jiàn)圖2）：

（1）將兩個(gè)外密封唇口D唇、E唇改為斜角，唇口邊緣減薄，加強(qiáng)唇口跟隨性。

（2）密封擋板由斜角改為直角，密封件產(chǎn)生軸向竄動(dòng)時(shí)兩個(gè)唇口壓縮量基本相等，唇口就不會(huì)出現(xiàn)間隙。

（3）密封的機(jī)理采用了負(fù)壓和泵吸的原理，密封的效果明顯加強(qiáng)。DF密封減少了泄漏量，降低了油耗成本，密封件壽命有較大提高，改善了鋼板的表面質(zhì)量。

實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，x型密封由于過(guò)盈量大，密封件磨損嚴(yán)重、壽命短；而且高速旋轉(zhuǎn)時(shí)軋輥存在軸向竄動(dòng)，加之密封擋板帶有一定的傾斜角度，D唇口或 E唇口與端蓋之問(wèn)易形成瞬間脫離，以及x型密封唇口厚、跟隨性差，易造成漏油嚴(yán)重、系統(tǒng)進(jìn)水。因此 x型密封已逐漸被DF型密封所代替。

2 DF密封的工作原理

DF密封由橡膠鉚釘、密封鋼帶、緩沖器、水封、密封擋板、油封及0型密封圈七部分組成。

（1）密封鋼帶套在軸頸密封的腰部，作用是防止軸頸在高速旋轉(zhuǎn)作用下的離心力對(duì)其形狀和尺寸的改變。

（2）緩沖器的鋁合金材質(zhì)使它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，并 具有一定耐腐蝕性。此外，緩沖器還具有軸向定位和 在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的甩水作用。

（3）水封可以防止冷卻劑的沖灌，使大部分冷卻 劑避開(kāi)軸頸密封圈的封水側(cè)，對(duì)DF密封的E唇口有 著保護(hù)作用。

（4）密封擋板與油封的接觸面上噴涂了耐腐蝕性 能好的氧化鋁陶瓷，使密封擋板的使用壽命得以延 長(zhǎng)，減少了摩擦損耗。擋板內(nèi)表面加工了回旋線，軋 輥高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋線產(chǎn)生回流，形成泵吸作用，把 滲入油封D唇口和E唇口外側(cè)的油液（或水液）吸人 唇口內(nèi)側(cè)，減少滲漏，提高密封效果。

（5）油封隨著錐套和軋輥同步轉(zhuǎn)動(dòng)，與密封擋板 產(chǎn)生高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，幾個(gè)唇口分工不同，協(xié)同作用形 成有效密封（見(jiàn)圖3）：

1）唇口A、B抱緊軋輥軸頸，起到靜密封作用。其中A唇口封油，防止?jié)櫥屯庑?；B唇口封水，防止外界冷卻劑、雜物侵入軸承。

2）唇口C是甩油唇，擋住了從軸承工作面上飛濺出的大量油液，并將油液向遠(yuǎn)離封油唇的方向甩出，對(duì)封油唇起到“保護(hù)傘”的作用。

3）唇口D是封油唇，E是封水唇。它們與密封擋板過(guò)盈配合、緊貼擋板，與密封面保持一定的接觸角度和壓力。當(dāng)密封件隨軋輥高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，把附著在它上面的油液（或水）以一定傾斜角甩出，使液流獲得很大的慣性力，該液流可阻止即將通過(guò)間隙外流或泄出的油液（或水）流出。同時(shí)，因唇面上的油液（或水）高速甩出，故在唇口與密封擋板之問(wèn)很小的縫隙處產(chǎn)生負(fù)壓，有助于密封。

3 設(shè)計(jì)與制造

為確保DF密封的良好密封效果，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品材料選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

（1）材料選型及配合時(shí)需要考慮的幾個(gè)方面：

1）良好的耐油性能是選材的前提。在介質(zhì)老化的過(guò)程中，材料應(yīng)保證體積變化、強(qiáng)力變化及伸長(zhǎng)率變化較小，壓縮永久變形小。

2）唇口部位恢復(fù)及跟隨性要求高，膠料應(yīng)具有良好彈性。試驗(yàn)時(shí)，空氣中和介質(zhì)中壓縮永久變形值小。

3）制品規(guī)格尺寸大、斷面復(fù)雜、金屬嵌件多，硫化成型時(shí)，必須考慮到膠料焦燒期、流動(dòng)性，降低廢品率，提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量和整體質(zhì)量。

4）產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)，兩個(gè)外唇口部位磨損嚴(yán)重，提高膠料耐磨性可以延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命。

（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）DF密封工作時(shí)，D、E唇口與密封擋板陶瓷面之間形成液體動(dòng)壓油膜。油膜的厚度至關(guān)重要，薄了會(huì)發(fā)生干摩擦，降低密封壽命；厚了則易造成泄漏。D、E唇口與密封擋板陶瓷面配合的過(guò)盈量和角度直接影響油膜形成的厚度。產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮這些因素。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮密封溝槽尺寸、各唇口過(guò)盈量及角度、配套件、彈簧、鋼帶尺寸的合理性以及產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

（3）模具設(shè)計(jì)

DF密封產(chǎn)品規(guī)格大、斷面寬而且有多個(gè)唇口、還有金屬嵌件，模具型腔復(fù)雜，硫化成型時(shí)膠料難充模，易產(chǎn)生分層和內(nèi)部缺陷；硫化啟模時(shí)，產(chǎn)品薄弱的唇口D、E易產(chǎn)生撕裂。此外，產(chǎn)品還易產(chǎn)生窩氣、抽邊、缺膠等。模具設(shè)計(jì)應(yīng)綜合這些因素進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化才能保證產(chǎn)品整體質(zhì)量。

4 國(guó)產(chǎn)化經(jīng)濟(jì)分析

DF密封件屬于易消耗品，每年需要大量的備件，而我國(guó)大型軋機(jī)的油膜軸承密封長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，存在備件申購(gòu)周期長(zhǎng)、庫(kù)存成本和產(chǎn)品價(jià)格高等缺點(diǎn)。因此推進(jìn)DF密封國(guó)產(chǎn)化工作有著現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義。以寶鋼1580熱軋為例，年消耗量120～150件，原DF密封及水封每套進(jìn)口件基本價(jià)格約人民幣10000元，國(guó)產(chǎn)化后約5000元，每年備件消耗可節(jié)約（10000—5000）×（120～150）=（600000～750000）元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。再進(jìn)一步推廣到寶鋼全廠，除冷、熱軋DF密封備件外，還有相當(dāng)部分原三菱x型密封需進(jìn)行技術(shù)改造，解決其x型密封泄漏嚴(yán)重的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化后，不但備件成本可以大大降低，還可降低庫(kù)存量，并得到優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。

隨著我國(guó)密封制造技術(shù)不斷進(jìn)步，許多企業(yè)已經(jīng)能夠制造出質(zhì)量和壽命與進(jìn)口件不相上下的產(chǎn)品，其中廣州機(jī)床研究所密封分所曾先后在寶鋼l420冷軋、武鋼、珠鋼等冶金企業(yè)成功地完成了DF密封件的國(guó)產(chǎn)化研制工作，這就為我國(guó)DF密封國(guó)產(chǎn)化創(chuàng)造了良好的環(huán)境。