符可惠

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

開卷機(jī)和卷取機(jī)是金屬成卷生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，而旋轉(zhuǎn)接頭是開卷機(jī)和卷取機(jī)卷軸上的關(guān)鍵部件。在冷軋機(jī)組或精整機(jī)組中，開卷機(jī)用于將金屬卷材展開，卷取機(jī)是用來把軋制后的帶材卷起。而開卷機(jī)和卷取機(jī)的卷筒是通過液壓回轉(zhuǎn)接頭送入動(dòng)力油源，來實(shí)現(xiàn)卷筒的脹縮功能。因此，如果旋轉(zhuǎn)接頭的許用轉(zhuǎn)速不能與機(jī)組速度相匹配，將大大降低機(jī)組工作速度，影響機(jī)組的產(chǎn)量。因此旋轉(zhuǎn)接頭的機(jī)械性能、工作情況的好壞關(guān)系到其機(jī)組能否正常工作的問題。

鋁加工卷材生產(chǎn)線所使用的回轉(zhuǎn)接頭在使用中常出現(xiàn)液壓油泄漏和密封面磨損壞等情況，以至于很難滿足一些機(jī)組高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。作者針對上述問題，在回轉(zhuǎn)接頭動(dòng)密封處采用間隙密封，并引入液壓反饋控制密封間隙系統(tǒng)，改善了高速回轉(zhuǎn)接頭的性能。

1 回轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)分析

旋轉(zhuǎn)接頭的結(jié)構(gòu)包括三大部分，即旋轉(zhuǎn)部分、靜止部分和密封部分。旋轉(zhuǎn)部分與旋轉(zhuǎn)腔連接，靜止部分與靜止腔連接，這兩部分之間有完整的流體通道；密封部分對流體進(jìn)行密封，防止流體泄漏及流體間的互混。因此旋轉(zhuǎn)接頭的設(shè)計(jì)要求應(yīng)以加工制造方便，體積小、重量輕、使用安全可靠，回轉(zhuǎn)自如、使用壽命長為宗旨。但需配置過濾精度較高的液壓系統(tǒng)，其雜質(zhì)顆粒度不超過10μm；由于間隙較小，因此對零件精度要求提高。

1-芯軸(回轉(zhuǎn)體)；2-旋軸唇形密封；3-透蓋；4-旋轉(zhuǎn)端軸承；5-固定殼體；6-固定端軸承；7-悶蓋

本文描述的單級(jí)脹縮缸用回轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)如圖l所示，有2個(gè)工作油口，2個(gè)泄漏油口，回轉(zhuǎn)芯軸1的兩端由滾動(dòng)軸承支撐在固定殼體5上，這樣保證密封間隙均勻、穩(wěn)定。其中關(guān)鍵部件是芯軸和固定殼體，芯軸與外部脹縮缸由螺栓連在一起并隨著旋轉(zhuǎn)，固定殼體固定不動(dòng)，芯軸和固定殼體研磨配合間隙e,為非接觸式密封。壓力油從殼體孔的工作油A口(或B口)通入，通過密封面進(jìn)入芯軸的相應(yīng)通道，最后流入脹縮缸一端油腔，而另一端油腔的壓力油通過芯軸的另一通道回到B口(或A口)。采用深溝球軸承作為連接件，由于軸承游隙小于芯軸和固定殼體之間的間隙，一定程度上確保了芯軸和固定殼體在什么時(shí)候都存在間隙，使旋轉(zhuǎn)接頭的結(jié)構(gòu)更加合理。

間隙e的選取至關(guān)重要，使固定件與回轉(zhuǎn)件在工作時(shí)互不接觸，只產(chǎn)生黏性的液體摩擦。

2 密封間隙的選用

間隙密封是一種簡單且應(yīng)用廣泛的密封方法。它是依靠相對運(yùn)動(dòng)零件配合面之間的微小間隙來防止泄漏的。壓力油充入其間隙內(nèi)，依靠金屬與油的吸附作用及油液的粘度產(chǎn)生液體節(jié)流阻力效應(yīng)而限制泄漏。一定量微小間隙可以使芯軸和固定殼體之間形成了液體摩擦狀態(tài)，大大降低了摩擦系數(shù)、降低能耗。旋轉(zhuǎn)接頭在實(shí)際應(yīng)用中是允許存在一定量的泄漏量，允許一定量的壓力損失。一定的泄漏量通過泄漏油口帶走旋轉(zhuǎn)接頭兩端主軸軸承在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量，可以防止旋轉(zhuǎn)接頭在工作中油口A和B之間串油。由于圓環(huán)間隙e的兩端存在有壓差P-P0，受阻的油流從高壓腔P側(cè)流向低壓腔側(cè)，形成泄漏量Q0。間隙過大，泄漏量就大，壓力損失就大，致使實(shí)際工作壓力滿足不了工作需要；間隙過小，太少的泄漏量帶不走旋轉(zhuǎn)接頭工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，使芯軸和固定殼體之間的配合面因發(fā)熱而抱死[1]。

間隙密封利用間隙數(shù)值e不變的環(huán)形光滑間隙密封，設(shè)油流對稱于間隙中心，如圖2所示。

當(dāng)環(huán)形間隙軸向長度為L時(shí)，若不考慮間隙彎曲，由著名的哈根-泊瑟衣爾公式，得到通過間隙的流量即泄漏量為[1]：

式中：Q-泄漏量 ,mm3/s；

μ-液體的動(dòng)力粘度,N/mm2·s；

P-供油壓力,N/mm2；

圖2 環(huán)形間隙簡圖

P0-泄漏油壓力,N/mm2；

L-間隙密封的有效長度,mm；

d-環(huán)形密封的直徑,mm；

e-密封帶間隙值,mm。

一般手冊上給出的是流體的運(yùn)動(dòng)粘度，那么，流體力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)粘度和動(dòng)力粘度關(guān)系[2]為：

μ=ν×ρ(2)

式中：ν-流體運(yùn)動(dòng)粘度，mm2/s(cst)；

ρ-流體的密度，kg/cm3

把式(2)代入式(1)，得出：

液體運(yùn)動(dòng)粘度與溫度關(guān)系很大，與壓力的關(guān)系較小，溫度越高粘度越小。圖3是46號(hào)抗磨液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度—溫度特性曲線【3】。

前面已經(jīng)提過，密封間隙的大小直接影響回轉(zhuǎn)接頭的工作壓力和相對速度，因此密封間隙的選取至關(guān)重要。理想的間隙密封是通過公式(4)計(jì)算與實(shí)踐需要相互結(jié)合而產(chǎn)生的。

筆者就所設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)接頭密封間隙計(jì)算如下，已知條件：使用46號(hào)抗磨液壓油，供油壓力P=14MPa；泄漏油口的壓力一般為P0=0.5 MPa；允許泄漏量Q=80～200mL/min；46號(hào)液壓油的密度ρ=0.89 kg/cm3；泄漏長度L=50mm。一般情況下，油液的使用溫度選兩個(gè)點(diǎn)40℃和80℃，通過查圖3，相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)粘度ν分別為30cst和8cst。把以上數(shù)據(jù)代入式(4)，得出兩種溫度下的最大最小間隙值，如表1。

圖3 46號(hào)抗磨液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度-溫度特性曲線

根據(jù)計(jì)算結(jié)果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)間隙值的選取可以適當(dāng)擴(kuò)大，以保證回轉(zhuǎn)接頭旋轉(zhuǎn)所需要的間隙。

表1 間隙值

3 結(jié)束語

1)作者所設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)接頭在多個(gè)開卷、卷取機(jī)上應(yīng)用，使用效果良好；

2)在回轉(zhuǎn)接頭中，采用了滾動(dòng)軸承支承的液壓密封間隙系統(tǒng)，使密封間隙不受外界干擾力的影響；間隙穩(wěn)定均勻，使固定件與回轉(zhuǎn)件之間始終保持液體摩擦狀態(tài)。減小了摩擦和磨損，延長了回轉(zhuǎn)接頭的使用壽命，可供同行參考。

[1]唐建光等.一種新型高壓、高速旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)的研究及分析(J).液壓氣動(dòng)與密封，2008(3)； 50-51.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].1-19.

[3]吳曉鈴.潤滑設(shè)計(jì)手冊[M].558