液壓泥炮的修復技術探討

邵琳，惠展，付光勇，張瑋斌

(1. 中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201； 2. 北京國冶銳誠工程技術有限公司，北京 100080)

0 前言

液壓泥炮通過回轉油缸驅動桿機構實現打泥機構在待機位置與工作位置之間往復運動，通過打泥油缸驅動打泥活塞推動泥缸中的炮泥實現堵口。液壓泥炮作為煉鐵高爐爐前主要設備之一，它的作用就是快速準確堵塞出鐵口，使高爐迅速進入下一循環作業。

液壓泥炮工作的安全可靠性是高爐穩定運行的重要條件，直接影響高爐的安全生產和作業效率，在生產過程中要對泥炮設備進行定期維護，并且在設備使用一定的年限或是處于某些特殊狀態時對設備進行必要的修復工作，以保證其實現基本功能的可靠性。

1 液壓泥炮的結構組成

液壓泥炮主要由機械部分、液壓系統和控制系統組成。其中機械部分包括打泥機構、吊掛機構、控制連桿、回轉機構、底座，如圖1所示。

打泥機構主要由炮嘴、泥缸、驅動腔體、打泥油缸和行程指示器 組成。在打泥油缸的推力作用下，將泥缸中的炮泥壓入出鐵口，從而將出鐵口堵死。

吊掛結構主要由鞍座、上蓋和緩沖器組成。連接打泥機構和回轉機構；實現炮嘴豎直方向的調整。

控制連桿控制打泥機構運動軌跡，實現炮嘴水平方向位置的調整。

回轉機構通過回轉油缸驅動桿機構，實現打泥機構由待機位到工作位之間的往復運動。

圖1 液壓泥炮

2 使用過程中存在的主要問題

打泥機構在使用一段時間后，常見問題包括泥缸的磨損或拉傷；泥塞和刮泥環的磨損，由于返泥等原因引起的打泥油缸在運行過程中阻力增加，最終導致打泥油缸的損傷和泄漏；后端蓋鍵槽連接處出現裂紋。

吊掛機構在使用過程中會出現因沖擊過大引起的上蓋與鞍座把合松動；使用一段時間后與打泥機構耳軸連接處的軸承孔磨損，緩沖器失效。

控制連桿使用過程中因反復沖擊致碟簧失效，非正常使用導致的銷軸損傷。回轉機構中的各鉸接點襯套磨損，降低桿機構傳動的及時性和準確性，影響炮嘴堵口，導致出現漏泥的情況；回轉油缸銷軸銅套的磨損，使活塞桿與缸筒由于受力產生不同心，在運行過程中損壞密封件和拉傷活塞桿，導致油缸漏油。

3 結構改進方案

3.1 打泥機構的改進

(1)某打泥油缸改進后活塞桿密封結構形式如圖2所示。

圖2 打泥油缸活塞桿密封結構形式圖

油缸底中裝有過盈配合的銅套，對活塞桿起到導向和支撐作用，壓蓋與缸底連接形式采用止口定位螺栓連接的方式，同時在壓蓋與缸底間通過調整墊片組，調整V形組合密封的壓縮量。油缸底/壓蓋組件通過半環與缸體定位連接。

在拆解過程中發現，部分打泥油缸中壓蓋止口尺寸受結構形式限制，如圖2a所示，壓蓋與油缸底止口接觸長度過小，容易造成油缸外泄。因此，在修復過程中，對油缸底和半環進行改造，并重新制作壓蓋，如圖2b所示，壓蓋中也增加過盈配合的銅套，增加了導向套的相對長度，提高了V形組合密封支撐環的支撐力，使V形組合密封更有效的工作。

(2)原結構打泥活塞采用打泥活塞與打泥油缸缸體螺栓連接形式，打泥活塞中的前、后活塞環和活塞套徑向厚度取決于泥缸缸徑的大小，以泥缸缸徑Φ560 mm為例，按照設計標準公式計算，前后活塞環徑向厚度要求為19～37 mm，結合載荷及使用要求，一般取值為28～32 mm。

為了提高打泥活塞使用壽命，對原有打泥活塞尺寸及其連接方式進行改進，如圖3b所示，在打泥油缸缸體與打泥活塞之間增加一連接件，該連接件與油缸采用螺釘固定，打泥活塞與連接件通過螺釘連接，連接尺寸根據泥缸及打泥油缸尺寸計算確定。為了防止橫向失穩，安裝在活塞套上的前后活塞內孔與活塞套外圓留有一定間隙，其數值取為活塞環孔徑的2%左右。

圖3 打泥活塞結構

(3)打泥機構后端蓋與打泥油缸活塞桿采用鍵槽連接形式，以防止打泥過程中打泥油缸在驅動腔體中往復直線運動的同時發生旋轉運動。拆解修復中發現，后端蓋鍵槽沿內倒角方向，中經常出現裂紋，如圖4a所示中A標識處，修復時必須對其進行更換。

圖4 后端蓋

新制后端蓋時，將后端蓋處的鍵槽兩端加工為如圖4b所示的封閉形式，改變使用過程中后端蓋鍵槽處的受力狀態，改善使用效果。

3.2 吊掛機構

(1)原設計中，上蓋與鞍座之間僅通過螺栓連接，如圖5a所示。在泥炮運行的過程中，上蓋因連接控制連桿和緩沖器而承受一定的沖擊力，以致螺栓在使用過程中容易出現松動和斷裂。在產品修復的過程中對其改進，在鞍座頂端增加固定螺柱，與上蓋裝配后，在使用原設計的螺栓把合固定外，增加螺母鎖緊，加固上蓋與鞍座的裝配關系，如圖5b所示。

(2)如圖5b所示中，標注ΦD的孔與打泥機構耳軸連接，并且在回轉過程中與耳軸有一定的轉動角度，因此經過長期使用，該孔會出現磨損。修復時，分別將鞍座和軸承蓋的連接端面銑去一定加工量，一般為2～4 mm，并重新把合后加工ΦD孔到要求尺寸。該修復方法在鞍座修復過程中可反復多次使用，軸承蓋考慮到強度因素，使用該法修復2～3次后需新制。

圖5 吊掛機構簡圖

3.3 回轉機構

回轉機構的修復主要包括受力桿件和回轉油缸的修復。桿機構的修復一般是對機構中各桿件的變形和磨損情況，根據具體檢測結果確定修復工藝。

在回轉油缸的修復過程中，功能修復的同時進行結構改進。

圖6a所示為某回轉油缸活塞桿密封形式，該結構形式主要存在缺點，首先，靜密封需求較多，則泄漏點多；其次，缸體與缸蓋的裝配裝配方式，使其兩者的加工復雜且操作難度大。

改進后結構如圖6b所示，改進后結構簡單，靜密封設置較少，減少了泄漏點；改變了缸體與缸蓋的裝配連接方式，簡化了兩者的加工操作難度；結構形式的改進，方便了裝配時V形組合密封壓量的調整操作，減小了把合螺栓的長度，增加了導向銅套的相對長度，提高了油缸運行過程的穩定性，同時降低了生產成本。

圖6 回轉油缸活塞桿密封簡圖

4 關鍵件修復

液壓泥炮的修復主要是通過工藝方法修復磨損或變形的機構桿件來恢復產品的基本使用性能，故而結構中的關鍵件修復為關注的重點。

泥缸、打泥油缸和回轉油缸的修復為泥炮修復的關鍵。

(1)泥缸修復。確認泥缸內孔，判斷泥缸內孔屬于鍍鉻處理或是氮化處理。一般情況下，當損傷僅為表面輕微劃痕時，對于鍍鉻處理的泥缸則進行退鉻-珩磨-鍍鉻-拋光處理；對于氮化處理的泥缸則進行內孔珩磨處理；當損傷僅為局部線狀拉傷時，可通過補焊局部拉傷部位后，精車內孔進行修復；當損傷呈連續大面積拉傷時，則進行擴孔處理，配作打泥活塞。在對泥缸進行擴孔處理時，需注意泥缸壁厚的確定，保證其強度。以300 t泥炮為例，泥缸材質為ZG35CrMo，經過計算，泥缸的厚度需保證在≥30 mm，綜合考慮兩端連接止口和泥塞等相關件的裝配關系，泥缸的內孔尺寸控制在ΦD+10 mm范圍內比較合理。

(2)油缸修復與改進。打泥油缸的修復主要包括缸體、活塞桿和各密封接觸面的修復和改進。

缸體修復時首先檢查缸體，結合內孔表面損傷情況確定修復方案。輕微可見劃痕進行珩磨處理后通過鍍鉻處理進行尺寸補償，以達到配合公差要求，鍍鉻工藝可實現0.15～0.2 mm的鍍層厚度；局部線狀拉傷，可進行補焊修復。焊接前將焊接處清理干凈，選用合適的焊條，對本體進行焊前預熱，根據焊點大小，調節焊接電流。焊接完成后補焊處先鉗工配研，再機床珩磨內孔，完成缸體修復。

活塞桿修復與缸體修復技術方案基本類似，只是活塞桿修復時，在外圓損傷嚴重或損傷面積較大時，可以通過減小桿徑尺寸進行修復，桿徑的最小尺寸根據油缸打泥回退速度核算最小值。

設備在使用中由于靜密封失效而導致油缸泄露的現象時有發生，經拆解發現泄露是由于靜密封圈的損壞，損壞特征主要是密封圈逐層剝落，故在修復的過程對原有溝槽進行加寬，在O形密封圈的承壓面增加擋圈，防止O形密封圈發生間隙咬傷，提高靜密封承壓能力，同時還有助于O形密封圈保持良好的潤滑，有效地解決了靜密封損傷泄露問題。

5 結束語

經實踐驗證通過功能修復，液壓泥炮整機完全可以達到或接近新品的功能要求。通過有針對的優化改進，進一步提高了零部件的可靠性，有效地延長了其使用壽命。

良好的潤滑和油品的清潔是保證設備使用壽命的關鍵，可以大幅度的提高設備各部件的可靠性和使用周期，降低設備故障率，且有益于設備的修復。