朱憲磊，張正羅，廖建忠

(江蘇華澳橡膠機(jī)械有限公司，江蘇 濱海 224500)

液壓輪胎硫化機(jī)是輪胎制造過程中的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備的穩(wěn)定運行直接影響輪胎工廠的產(chǎn)能。液壓硫化機(jī)的關(guān)鍵動作是由油缸驅(qū)動，也就是液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在該設(shè)備的實際運用當(dāng)中，讓使用者最感頭痛的事情就是液壓泄露問題，液壓泄露問題也是輪胎廠客戶選擇液壓硫化機(jī)時最為關(guān)心的問題，本文主要講述在液壓硫化機(jī)使用過程中，開合模油缸和上環(huán)油缸的泄露現(xiàn)象、原因分析和維修對策。

1 液壓輪胎硫化機(jī)主機(jī)開合模油缸泄露的原因分析和維修對策

該油缸的功能是驅(qū)動橫梁升降，使輪胎模具打開和閉合。該油缸的特點是行程長、負(fù)載重。在使用過程中，該油缸常見的泄露現(xiàn)象如圖1所示。

圖1 開合模油缸的泄露現(xiàn)象

1.1 分析過程

設(shè)備使用工況：三班工作制

設(shè)備使用環(huán)境: 溫度:Max.70 ℃，Min. 7 ℃；相對濕度：Max. 95%。

現(xiàn)象：在活塞桿和缸蓋連接處漏油。

將上缸蓋拆卸后，其實物如圖2所示，該密封結(jié)構(gòu)包括：防塵圈、U型密封圈、斯特封以及銅導(dǎo)向環(huán)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 缸蓋密封實物圖

拆卸后，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)：

（1）最外側(cè)的防塵圈表面沒有明顯拉傷和磨損

（2）中間是一道U型圈，發(fā)現(xiàn)U型圈內(nèi)側(cè)表面整圈有拉傷的痕跡，局部壓痕明顯，如圖4所示。

圖3 缸蓋密封原理圖

圖4 U型圈內(nèi)表面損傷

（3）最內(nèi)側(cè)是一道斯特封密封，檢查發(fā)現(xiàn)斯特封導(dǎo)向環(huán)厚度不均勻，有局部壓迫現(xiàn)象，在O形圈表面發(fā)現(xiàn)有金屬的細(xì)微顆粒，如圖5和圖6所示。

圖5 斯特封表面拉傷

圖6 O形圈表面污染

（4）觀察導(dǎo)向銅套的表面，發(fā)現(xiàn)局部有磨損現(xiàn)象，并且表面有臟的油污，如圖7所示。

圖7 銅導(dǎo)向套局部磨損

綜上所述，油封失效是導(dǎo)致泄露的原因。斯特封厚度出現(xiàn)了明顯不均勻，另外銅導(dǎo)向套也出現(xiàn)了局部磨損，說明油缸受到偏載荷，偏載荷超過了斯特封的抗壓強(qiáng)度,導(dǎo)致了受壓變形。斯特封表面拉傷以及O形圈的表面有金屬顆粒和油污，說明液壓油中有雜質(zhì)或氧化物。

1.2 解決方案

1.2.1 油缸受外界偏載荷問題的解決

現(xiàn)有油缸的導(dǎo)向是采用銅材質(zhì)，該材質(zhì)的缺點是，當(dāng)油缸受到偏載磨損后，不能補(bǔ)償，不能吸收油缸受到的側(cè)向力，另外當(dāng)銅套磨損時，會出現(xiàn)金屬顆粒污染液壓油。所以我們將導(dǎo)向元件的材質(zhì)改善為非金屬材料。非金屬導(dǎo)向帶的優(yōu)點如下：

（1）避免了金屬之間的直接磨損。

（2）具有超強(qiáng)的耐磨性和補(bǔ)償能力。

（3）具有吸收振動和側(cè)向力的能力。

（4）承載和抗污染能力強(qiáng)，能夠允許異物嵌入。

（5）摩擦系數(shù)小，無爬行。

（6）安裝方便，維護(hù)費用低。

（7）成本低，節(jié)約了大量的昂貴金屬。

導(dǎo)向帶的選型，根據(jù)該油缸的使用工況，三班制，液壓輪胎硫化機(jī)是產(chǎn)生高壓力的設(shè)備，工作環(huán)境溫度高，受力復(fù)雜，屬于重載液壓設(shè)備。所以優(yōu)先選用酚醛樹脂的導(dǎo)向材料，該材料的特點是：使用溫度120 ℃以下，載荷90 MPa，承受載荷的能力強(qiáng)。

初步估算導(dǎo)向帶的導(dǎo)向長度，導(dǎo)向帶的導(dǎo)向長度計算公式為：

其中T—導(dǎo)向帶的導(dǎo)向長度

F—油缸承受的最大偏載力，在半鋼子午胎液壓硫化機(jī)種，開合模油缸提升的部件重量為80000 N，在極限條件下，偏載力按重量估算，也就是F=80000 N；

f—安全系數(shù)，取f=2；

d—開合模油缸活塞桿直徑，半鋼液壓輪胎硫化機(jī)開合模油缸活塞桿直徑為70 mm；

Pr—酚醛樹脂的比壓，Pr=90 MPa；

將上述數(shù)據(jù)帶入上式可得：

T=25.4 mm

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向帶長度，如表1所示，以及導(dǎo)向帶的間隔布局，我們選擇3道寬度為9.7 mm的導(dǎo)向帶。

表1 導(dǎo)向帶的選型表

所以新的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖8所示。

圖8 缸蓋新密封結(jié)構(gòu)

除了上述油缸活塞桿導(dǎo)向的優(yōu)化，同時對防塵圈和U型密封圈的材質(zhì)進(jìn)行了優(yōu)化，聚氨酯橡膠的拉伸強(qiáng)度是丁腈橡膠的2倍，并且其耐壓性和耐磨性非常優(yōu)異，因此將防塵圈和U型密封圈的材質(zhì)由丁腈橡膠變更為聚氨酯橡膠。

1.2.2 油缸自身偏載荷問題的解決

油缸的自身偏載是在加工和裝配過程中造成的，開合模油缸的結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 開合模油缸外形圖

該油缸的安裝方式為耳軸安裝，此形式的油缸對活塞桿中心線和耳軸中心線的垂直度要求比較高，需要控制活塞桿和耳軸的垂直度，保證活塞桿伸出時偏擺在±0.8 mm/m以內(nèi)，超過此要求的油缸需要返修或調(diào)校處理。

活塞桿垂直度的檢測工裝如圖10所示，將油缸按要求放置在檢測工裝上，讓活塞桿完全伸出，用千分表測量活塞桿底端和頂端的變化，然后計算偏擺量是否滿足要求。

圖10 油缸活塞桿垂直度檢測工裝

1.2.3 液壓油的清潔

斯特封內(nèi)表面拉傷，O形圈表面油金屬顆粒以及導(dǎo)向套內(nèi)表面有灰色油污，說明液壓油系統(tǒng)內(nèi)有雜質(zhì)和氧化物，雜質(zhì)的來源有以下幾個環(huán)節(jié)：①油缸內(nèi)部的不清潔；②鋼管內(nèi)部異物；③液壓閥塊加工時毛刺沒有清理干凈；④油箱組裝前沒有清理干凈。灰色油污的來源是外部的灰塵或者管路焊接接頭部位的氧化皮。

解決液壓油污染的對策是將油箱中的液壓油進(jìn)行外部循環(huán)過濾，將外部循環(huán)液壓車安裝5 μm的濾芯，對油箱內(nèi)的液壓油過濾3～5個循環(huán)。油液清潔度和濾芯精度的對照表，如表2所示。

表2 油液清潔度和濾芯精度之間的對應(yīng)關(guān)系

通過上述對液壓泄露的原因分析和相關(guān)零部件的優(yōu)化，提高了油缸的可靠性和使用壽命，從根本上解決了開合模油缸的泄露的問題。

2 液壓輪胎硫化機(jī)中心機(jī)構(gòu)上環(huán)升降油缸泄露的原因分析和維修對策

該油缸的功能是驅(qū)動中心機(jī)構(gòu)上卡盤升降，以實現(xiàn)裝胎和定型。該油缸的使用特點是油缸活塞桿兼具中心機(jī)構(gòu)中心桿的作用，輪胎硫化時，活塞桿會進(jìn)入到輪胎膠囊內(nèi)，由于硫化介質(zhì)的溫度在205 ℃，所以活塞桿長期工作在高溫的環(huán)境中。該油缸常見故障是活塞桿密封失效泄露，如圖11和圖12所示。

圖11 油缸缸蓋部位

圖12 缸蓋密封

2.1 分析過程

設(shè)備使用工況：三班工作制，周圍環(huán)境最高溫度：110 ℃。

該油缸的基本結(jié)構(gòu)如圖13所示。

圖13 上環(huán)油缸密封基本機(jī)構(gòu)

該密封結(jié)構(gòu)由防塵圈（材質(zhì)FKM）、U型密封圈（材質(zhì)FKM）和斯特封構(gòu)成，導(dǎo)向元件的材質(zhì)為銅。

將油缸拆解，仔細(xì)檢測后發(fā)現(xiàn)如下情況：防塵圈擠壓撕裂嚴(yán)重，如圖14所示；U型密封圈內(nèi)圈磨損嚴(yán)重，如圖15所示；斯特封導(dǎo)向圈內(nèi)圈磨損，其O形圈表面有多個小凹坑，如圖16所示。

圖14 損壞的防塵圈

圖15 U型密封圈內(nèi)圈磨損嚴(yán)重

引起上述密封圈失效的原因分析，上環(huán)油缸的安裝結(jié)構(gòu)，如圖17所示，油缸屬于埋入式安裝，油缸位于環(huán)座的正下方，且距離環(huán)座較近，環(huán)座中設(shè)置了一組v組合蒸汽密封圈，是用來防止膠囊內(nèi)的蒸汽泄露，油缸活塞桿和中心機(jī)構(gòu)中心桿共桿，所以活塞桿長期在高溫蒸汽的環(huán)境中工作。

圖16 斯特封內(nèi)表面磨損，O形圈表面有凹坑

圖17 上環(huán)油缸的安裝

在拆卸上環(huán)油缸時，同時拆除環(huán)座密封，發(fā)現(xiàn)環(huán)座密封的外表面磨損嚴(yán)重，環(huán)座密封的V型密封唇口已完全磨平，已起不到完全密封蒸汽的作用。所以在輪胎硫化過程中，蒸汽會從環(huán)座密封面縫隙中泄露，并沿活塞桿表面流入到防塵圈的部位，同時熱水中混有被磨損的V組合圈顆粒，另外防塵圈的材質(zhì)為FKM，即氟橡膠，該材料雖然耐高溫，但是在水蒸氣的使用環(huán)境下效果卻不好。活塞桿的熱傳導(dǎo)率非常高，處于膠囊內(nèi)部分溫度高，熱量會傳遞到缸蓋的密封部位。因此高溫、熱水、顆粒交織在一起，首先導(dǎo)致防塵圈失效，防塵圈失效后，顆粒進(jìn)入到內(nèi)測的密封圈，引起密封圈的損壞，最終導(dǎo)致整套密封組件失效，使油缸泄露。環(huán)座蒸汽密封圈的磨損情況，如圖18所示。

圖18 環(huán)座密封外表面磨損

2.2 解決方案

根據(jù)上述原因的分析，重新設(shè)計了活塞桿密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)如圖19所示。

圖19 缸蓋新密封結(jié)構(gòu)

此密封結(jié)構(gòu)包括調(diào)節(jié)螺母、刮環(huán)、導(dǎo)向套、格萊圈、U型密封圈和斯特封。金屬刮環(huán)取代了氟橡膠防塵圈，刮環(huán)材質(zhì)采用銅，有優(yōu)良的耐磨性和一定的彈性。刮環(huán)前端開有刃口，刮環(huán)有外錐面形狀，它像是一個油壓接頭的卡套。調(diào)節(jié)螺母固定在導(dǎo)向套上，前端有內(nèi)錐面形狀，像是油壓接頭的螺母，擰緊調(diào)節(jié)螺母，通過錐面壓緊刮環(huán)，使刮環(huán)的刃口壓在活塞桿表面。刮環(huán)作為一種金屬防塵圈，克服了氟橡膠防塵圈不耐高溫蒸汽、壽命短的問題，同時前端的刃口更容易刮除灰塵、顆粒以及活塞桿表面黏附的油污。另外在U型密封圈的前端增加一道格萊圈，它是雙作用密封圈，外側(cè)可以防塵，內(nèi)側(cè)可以防油，從而保護(hù)內(nèi)側(cè)的U型密封圈和斯特封。新結(jié)構(gòu)密封的設(shè)計，經(jīng)過長時間的使用驗證，得到了良好的效果。圖20是新結(jié)構(gòu)密封現(xiàn)場更換時情況。

圖20 新結(jié)構(gòu)密封更換

3 油缸其它常見的泄露原因和處理對策

（1）格萊圈橫向撕裂,表面有許多裂紋，原因是密封件已經(jīng)達(dá)到了其疲勞極限。解決的辦法是更換密封件，同時對系統(tǒng)進(jìn)行清洗或更換新油

（2）格萊圈與活塞桿的接觸面出現(xiàn)飛邊，原因是與密封件相配的活塞桿表面粗糙度太低。解決這類問題的措施是，在進(jìn)行密封結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用與密封件相適應(yīng)的表面粗糙度。

（3）斯特封O形圈表面出現(xiàn)大量大小不同的凹坑，溝槽內(nèi)有部分炭化痕跡。這是系統(tǒng)中沒有排凈的空氣絕熱壓縮引起了焦燒，殘存空氣絕熱壓縮可在瞬間產(chǎn)生高溫，遠(yuǎn)超過密封材料的耐熱極限。為防止這類問題的出現(xiàn)，可采取以下措施：液壓油缸啟動之前，盡量排凈系統(tǒng)內(nèi)的空氣，裝配前在密封件的溝槽內(nèi)加入潤滑脂以防止空氣積累。

4 結(jié)論

通過對液壓輪胎硫化機(jī)開合模油缸以及中心機(jī)構(gòu)上環(huán)油缸的泄露分析，我們找到了油液泄露的根本原因，并且把這些理論應(yīng)用實踐生產(chǎn)中，經(jīng)過長期的使用驗證，證明了我們采取的措施是正確的。解決了油缸泄露問題，減少了停機(jī)維修時間，大大提高了液壓硫化機(jī)的生產(chǎn)效率，為輪胎廠客戶增加了良好的經(jīng)濟(jì)效益。