現(xiàn)代大型軋機(jī)油膜軸承DF密封技術(shù)

油膜軸承又稱全液體摩擦滑動軸承，由軸頸、軸瓦、密封件、緩沖器等主要部件組成。工作過程中，軸頸和軸瓦之間的油被無限擠壓，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)具有高速相對運(yùn)動的部位分隔開來，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型軸承無法比擬的顯著優(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，會導(dǎo)致外界雜物侵入，使?jié)櫥臀廴纠匣档陀湍ぽS承壽命；還會導(dǎo)致腔體內(nèi)潤滑油泄漏，不僅造成大量油的消耗浪費(fèi)，而且油液會沿軋輥旋轉(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)過了幾個(gè)階段，目前我國冶金企業(yè)大型軋機(jī)上使用的主要是第三、第四代密封結(jié)構(gòu)，又簡稱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)，是美國摩根公司（MORGON）的專利。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，人們稱之為第四代密封。DF密封件的斷面與x型有所類似，工作原理也基本相同。但在三個(gè)方面作了優(yōu)化（見圖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)生軸向竄動時(shí)兩個(gè)唇口壓縮量基本相等，唇口就不會出現(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，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 劑避開軸頸密封圈的封水側(cè)，對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，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，與密封擋板 產(chǎn)生高速相對運(yùn)動，幾個(gè)唇口分工不同，協(xié)同作用形 成有效密封（見圖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)老化的過程中，材料應(yīng)保證體積變化、強(qiáng)力變化及伸長率變化較小，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壓油膜。油膜的厚度至關(guān)重要，薄了會發(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，而我國大型軋機(jī)的油膜軸承密封長期依賴進(jìn)口，存在備件申購周期長、庫存成本和產(chǎn)品價(jià)格高等缺點(diǎn)。因此推進(jìn)DF密封國產(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)重的問題，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化后，不但備件成本可以大大降低，還可降低庫存量，并得到優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)場服務(wù)。

隨著我國密封制造技術(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密封件的國產(chǎn)化研制工作，這就為我國DF密封國產(chǎn)化創(chuàng)造了良好的環(huán)境。