高爐裝料液壓缸耳環(huán)斷裂分析及改進(jìn)
摘 要：本文對(duì)鐵業(yè)公司（Vu=380m3）高爐裝料設(shè)備大料鐘啟閉裝置使用的“HSG01—180/100E—4611”型標(biāo)準(zhǔn)工程液壓缸連接耳環(huán)在生產(chǎn)中多次發(fā)生斷裂現(xiàn)象進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析，提出了改進(jìn)的建議，目前，國內(nèi)使用“浮動(dòng)調(diào)心式雙液壓缸料鐘升降裝置”專利技術(shù)的中小型高爐十幾座。本文可供煉鐵同行借鑒。
關(guān)鍵詞：液壓缸、耳環(huán)、斷裂、強(qiáng)度
一、 前言
本鋼（集團(tuán)）鐵業(yè)有限責(zé)任公司兩座有效容積Vu=380m3高爐的裝料設(shè)備為典型的雙鐘扁擔(dān)梁結(jié)構(gòu)。原高爐大料鐘啟閉裝置采用四組液壓缸驅(qū)動(dòng)，每根大料鐘拉桿設(shè)有兩組液壓缸驅(qū)動(dòng)。因液壓系統(tǒng)中分流集流閥同步精度問題，常發(fā)生兩側(cè)驅(qū)動(dòng)液壓缸不同步升降導(dǎo)致大料鐘拉桿升降卡阻及彎曲而影響生產(chǎn)。1#、2#高爐分別于1990年和1989年進(jìn)行了改造性大修，實(shí)施了本鋼設(shè)計(jì)院開發(fā)的專利技術(shù)“浮動(dòng)調(diào)心式雙鐘液壓缸料鐘升降裝置”。該專利技術(shù)只用兩組HSG01—180/100E—4611型標(biāo)準(zhǔn)工程液壓缸。因料鐘一側(cè)拉桿只設(shè)一組液壓缸，液壓缸的料鐘拉桿支架間設(shè)有浮動(dòng)盤（球面副）在安裝時(shí)對(duì)兩根料鐘拉桿間距調(diào)正起到一定作用，但實(shí)踐證明，因高爐裝料設(shè)備工況惡劣，潤(rùn)滑難以保證，浮動(dòng)盤之球面副處于干磨擦，在巨大載荷作用下，浮動(dòng)盤沒有啟到浮動(dòng)調(diào)心的作用。該專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于利用雙作用液壓缸有桿腔為主工作腔，液壓倒置直接驅(qū)動(dòng)料鐘拉桿升降。因料鐘一側(cè)拉桿只設(shè)一組液壓缸，同原技術(shù)比較不存在單側(cè)料鐘拉杳、桿兩液壓缸不同步的不良后果。
大料鐘液壓缸活塞桿與耳環(huán)內(nèi)螺紋連接（M68×2），耳環(huán)內(nèi)孔φ105mm設(shè)有GE70ES型球面關(guān)節(jié)軸承。通過銷軸，連接叉與料鐘拉桿螺紋連接。液壓缸有桿腔（主工作腔）內(nèi)液壓油的進(jìn)或排來實(shí)現(xiàn)料鐘關(guān)閉和開啟。我公司液壓站液壓系統(tǒng)啊最大工作壓力（表壓）調(diào)定為Pmax=12.5Mpa。液壓系統(tǒng)實(shí)際工作壓力（表壓）Pa≤11Mpa，設(shè)計(jì)選擇液壓缸額定工作壓力P1=16Mpa。從設(shè)計(jì)上看，液壓缸設(shè)計(jì)選型是符合要求的。制造廠應(yīng)該保證液壓缸本體及時(shí)性配套零部件在小于額定設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)使用的可靠性，就是說要保證零件強(qiáng)度。可是，幾年來我公司兩座高爐多次出現(xiàn)液壓缸耳環(huán)斷裂事故，對(duì)高爐順行帶來較嚴(yán)重的危害。大料鐘液壓缸耳環(huán)零件圖見圖1。
圖1 活塞桿耳環(huán)零件圖
1996年5月28日，2#高爐小鐘拉桿因高爐荒煤氣吹刷斷裂，小鐘下沉，大鐘強(qiáng)行關(guān)閉導(dǎo)致大鐘液壓缸耳環(huán)又一次在A—A斷面斷裂（耳環(huán)一邊拉斷，一邊拉直）。在高爐裝料設(shè)備中，料鐘液壓缸同料鐘拉桿一樣是處在較為惡劣工作條件下的關(guān)鍵部件，而使用熱燒結(jié)礦冶煉的高爐尤為嚴(yán)重。液壓缸耳環(huán)斷裂同料鐘拉桿斷裂，同樣會(huì)給高爐生產(chǎn)帶來重大影響。雖然料鐘兩側(cè)液壓缸耳環(huán)同時(shí)斷裂的可能性極小，但如果一鍘怔 斷裂，輕者兩根料鐘拉桿彎曲變形，重者料鐘拉桿密封裝置也被砸壞。因此，在更換耳環(huán)的同時(shí)（事故搶修常常整體更換液壓缸），料鐘拉桿也需更換。大料鐘液壓缸耳環(huán)斷裂次數(shù)較多的部位是A—A斷面。
隨液壓缸配套訂貨的耳環(huán)是鑄鋼坯件（遼陽某廠產(chǎn)），材質(zhì)為ZG310/570，其機(jī)械性能見表1。
高爐正常料批數(shù)為6～7批/h，耳環(huán)實(shí)際應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（5×104～8×104）遠(yuǎn)小于工程設(shè)計(jì)所取應(yīng)力循環(huán)基數(shù)（N＞107）而發(fā)生斷裂。據(jù)此，我們認(rèn)為這不是一般的疲勞破壞現(xiàn)象，從斷口表面分析，多次斷裂均未見到光滑區(qū)。因此可以確定耳環(huán)拉斷純屬脆性斷裂。改用30號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛制的耳環(huán)也多次發(fā)生過斷裂現(xiàn)象。