胡 鋼，王 程，裴令明，雷 杰，簡彥成

(1-4.馬鞍山鋼鐵股份有限公司一鋼軋總廠;5.馬鋼華陽設(shè)備診斷公司 安徽馬鞍山 243002)

高壓水除鱗是提高熱軋帶鋼表面質(zhì)量的關(guān)鍵措施之一[1]，高壓柱塞水泵是生產(chǎn)高壓水的核心設(shè)備，作為高壓柱塞水泵的核心部件之一，陶瓷柱塞缸的使用壽命和工作穩(wěn)定性顯得尤為重要。馬鋼股份一鋼軋CSP熱軋薄板生產(chǎn)線從2003年投產(chǎn)開始使用高壓水除鱗系統(tǒng)，使用過程中，發(fā)現(xiàn)高壓柱塞水泵陶瓷柱塞缸的使用壽命較短，在生產(chǎn)的過程中有時會斷裂，導(dǎo)致除鱗壓力降低和維護(hù)費(fèi)用較大。現(xiàn)圍繞提高陶瓷柱塞缸的使用壽命，優(yōu)化修復(fù)工藝和工具，談一談自己的一些觀點(diǎn)和方法。

1 陶瓷柱塞缸介紹

1.1 構(gòu)造簡介

如圖1所示，陶瓷柱塞缸的主要零件有：缸體法蘭(7)、缸體(8)、M16內(nèi)六角螺栓(9)、中間盤(18)、底環(huán)(10,20)、冷卻環(huán)(12)、銅套(13)、陶瓷柱塞(11)、不銹鋼圓柱壓縮彈簧(14)、密封室(17)、盤根(15)、支撐墊(16)、壓緊螺母(19)。陶瓷柱塞工作時做直線往復(fù)運(yùn)動。

1.2 存在問題

每臺高壓柱塞水泵含有3只陶瓷柱塞缸，陶瓷柱塞可以獲得鏡面的表面粗糙度，硬度極高[2]，與高壓盤根配合在一起，能獲得非常好的密封性能。但是，陶瓷柱塞雖然硬度極高，也比較脆。在生產(chǎn)的過程中，陶瓷柱塞缸的陶瓷柱塞有時會發(fā)生斷裂，三柱塞高壓水泵缺缸運(yùn)行，除鱗水壓瞬間降低，導(dǎo)致一次壓氧的發(fā)生，同時導(dǎo)致高壓管道劇烈抖動。

表1 柱塞缸主要零件尺寸表

圖1 陶瓷柱塞缸剖面圖

1.3 問題分析

如圖1所示，左側(cè)的底環(huán)(20)位于缸體法蘭(7)內(nèi)，右側(cè)的底環(huán)(10)同時位于缸體(8)和中間盤(18)內(nèi)，中間盤和冷卻環(huán)(12)位于缸體法蘭內(nèi)，缸體與缸體法蘭沒有定位銷或定位臺階。如表1所示，陶瓷柱塞(11)與底環(huán)、銅套(13)、冷卻環(huán)之間的配合間隙較小。左側(cè)底環(huán)與缸體法蘭的最大同軸度誤差為φ0.1 mm；中間盤與缸體法蘭的最大同軸度誤差為φ0.11 mm；右側(cè)底環(huán)與中間盤最大同軸度誤差為φ0.1 mm；

(1)分析缸體法蘭與缸體不同軸的情況，如圖3，在現(xiàn)場修復(fù)陶瓷柱塞缸，缸體法蘭和缸體通過10只M16螺栓固定后，將它們翻轉(zhuǎn)，使缸體朝上缸體法蘭向下，便于底環(huán)(10)裝入中間盤。如果缸體法蘭軸線相對于缸體軸線向左錯位0.11 mm，為了使底環(huán)(10)從缸體上部裝入中間盤，將中間盤軸線相對于缸體法蘭軸線右移0.05 mm；為了使底環(huán)(10)與缸體法蘭同軸，雖然底環(huán)與缸體的間隙為0.1mm，在裝配時單側(cè)必須有0.01 mm間隙，所以底環(huán)(10)從缸體上方裝入時其軸線相對于缸體軸線最多只能向左偏移0.04 mm，底環(huán)(10)可以裝入中間盤的臺階孔中。如圖2所示，然后再次將它們翻轉(zhuǎn)使缸體法蘭朝上，將冷卻環(huán)裝入缸體法蘭，使其軸線相對于缸體法蘭向左移動0.04 mm；底環(huán)(20)為了和底環(huán)(10)同軸，在裝入缸體法蘭時相對于缸體法蘭軸線同樣向左移0.04 mm，得出底環(huán)(20)與底環(huán)(10)軸線錯位量為0.03。柱塞與底環(huán)的間隙為0.05 mm-0.07 mm，柱塞在2只底環(huán)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動時與底環(huán)的最小單面間隙為0.01 mm[3]，0.03+0.01*2=0.05 mm，剛好滿足柱塞與底環(huán)最小配合間隙0.05 mm。所以，陶瓷柱塞缸正常運(yùn)行的條件是缸體法蘭與缸體的軸線偏差應(yīng)≤0.11 mm。當(dāng)然，缸體法蘭與缸體的同軸度偏差越小，陶瓷柱塞缸的使用壽命越長。

(2)分析中間盤與缸體法蘭不同軸的情況，如圖3，如果缸體法蘭軸線相對于缸體軸線向左偏移0.005 mm，中間盤相對于缸體法蘭也向左偏移0.055 mm，中間盤與缸體軸線錯位量為0.06 mm，底環(huán)(10)相對于缸體法蘭只需向左偏移0.02 mm，底環(huán)(10)軸線與中間盤軸線錯位量為0.04 mm，底環(huán)(10)能夠進(jìn)入中間盤，底環(huán)(10)與底環(huán)(20)軸線錯位量為0.015 mm。柱塞在2只底環(huán)內(nèi)能夠往復(fù)運(yùn)動的條件是，底環(huán)(20)與底環(huán)(10)軸線錯位量應(yīng)≤0.03 mm，所以，底環(huán)(10)與底環(huán)(20)軸線錯位量為0.015 mm，肯定不影響柱塞在2只底環(huán)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)然，中間盤軸線與缸體法蘭軸線發(fā)生偏移達(dá)到最大值(0.055 mm)，這種機(jī)率幾乎沒有。

(3)冷卻環(huán)(12)和銅套(13)的外徑和內(nèi)徑尺寸與底環(huán)完全相同，與陶瓷柱塞的同軸度情況在這里不贅述。

所以，中間盤軸線相對于缸體法蘭軸線發(fā)生偏移對陶瓷柱塞缸的使用壽命幾乎沒有影響。而缸體法蘭相對于缸體軸線偏移量應(yīng)該≤0.11 mm，陶瓷柱塞缸上機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)然，缸體法蘭相對于缸體軸線偏移量越小，陶瓷柱塞缸的使用壽命越長。

圖2圖3中，7-缸體法蘭、8-缸體、9-M16內(nèi)六角螺栓、10,20-底環(huán)、12-冷卻環(huán)、13-銅套、18-中間盤

圖2 柱塞缸剖面圖

圖3 柱塞缸倒置剖面圖

2 解決方案

通過前面的分析得出，缸體法蘭相對于缸體軸線偏移量的大小決定了陶瓷柱塞缸的使用壽命。所以必須要保證缸體法蘭和缸體的同軸度。在現(xiàn)場修復(fù)陶瓷柱塞缸時，需要有一套保證缸體法蘭和缸體同軸的工具。

2.1 缸體和缸體法蘭的同軸定位

設(shè)計定位環(huán)和支架，如圖4所示，定位環(huán)(1)的內(nèi)徑比缸體外徑大1 mm，環(huán)的圓周上加工一個寬度為5 mm的縫隙，定位環(huán)有較高的形狀和位置精度，用氬弧焊焊接2只有螺栓孔的夾緊塊(2)。

圖4 定位環(huán)和支架

定位步驟：將中間盤和“O”型密封圈置入缸體法蘭的凹槽中，將缸體法蘭與缸體連接，擰入10只M16螺栓(9)，用手?jǐn)Q緊即可，如圖5所示。將支架(6)套在缸體上，然后將定位環(huán)套入缸體法蘭并擱置在支架上，此時，缸體法蘭和缸體的結(jié)合面正好位于定位環(huán)“Z”軸方向的中間位置，使定位更加準(zhǔn)確。然后用扳手?jǐn)Q緊定位環(huán)上的M10螺栓(3)，定位環(huán)限制了缸體法蘭和缸體的在“X”和“Y” 軸上的四個自由度[4]，然后用扭力扳手對角擰緊10只M16螺栓(9)，此時，缸體法蘭和缸體的同軸度≤φ0.01 mm。

3 結(jié)束語

在現(xiàn)場修復(fù)陶瓷柱塞缸時，使用定位環(huán)和支架對缸體法蘭、缸體實(shí)施同軸定位，保證它們具有較高的同軸精度，確保了陶瓷柱塞缸缸體和缸體法蘭 內(nèi)的的2只底環(huán)、冷卻環(huán)、銅套的同軸精度，最終大幅延長陶瓷柱塞缸的使用壽命。在使用定位工具之前，陶瓷柱塞缸的平均使用壽命為18個月；使用定位工具之后，陶瓷柱塞缸的平均使用壽命為54個月，使陶瓷柱塞缸的維護(hù)費(fèi)用大幅降低，平均每年節(jié)約備件費(fèi)150.5萬元。

圖5 缸體法蘭和缸體同軸定位剖面圖