現代大型軋機油膜軸承DF密封技術

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，產生楔形效應，從而形成油膜。油膜將軸頸和軸瓦兩個具有高速相對運動的部位分隔開來，形成了液體內摩擦，并具有強大的承載能力，使油膜軸承能夠適應現代軋機高速、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點，因而在現代大型軋機上得到越來越廣泛的應用。

油膜軸承的密封系統是油膜軸承的關鍵部件，具有二重作用：一方面防止軸承腔體內的潤滑油外泄，使潤滑油從箱體返回泵站，保證形成連續不斷的油膜；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，維持軸承的正常運轉。如果密封失效，會導致外界雜物侵入，使潤滑油污染老化，降低油膜軸承壽命；還會導致腔體內潤滑油泄漏，不僅造成大量油的消耗浪費，而且油液會沿軋輥旋轉的切線方向甩出，濺落到軋制出的鋼帶、鋼板表面，造成污染，增加退火困難，影響鋼帶表面質量。因而，改善油膜軸承的密封結構，提高密封件的性能和壽命是發展油膜軸承技術的重要課題之一。

1 結構特點

油膜軸承的密封技術和結構發展經過了幾個階段，目前我國冶金企業大型軋機上使用的主要是第三、第四代密封結構，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構，是美國摩根公司（MORGON）的專利。其特點是密封斷面近似于英文字母“x”，密封面有A、B、c、D、E五個唇口（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型密封結構上優化改進而產生的，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。但在三個方面作了優化（見圖2）：

（1）將兩個外密封唇口D唇、E唇改為斜角，唇口邊緣減薄，加強唇口跟隨性。

（2）密封擋板由斜角改為直角，密封件產生軸向竄動時兩個唇口壓縮量基本相等，唇口就不會出現間隙。

（3）密封的機理采用了負壓和泵吸的原理，密封的效果明顯加強。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量。

實際生產應用中，x型密封由于過盈量大，密封件磨損嚴重、壽命短；而且高速旋轉時軋輥存在軸向竄動，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，易造成漏油嚴重、系統進水。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使它的轉動慣量小，并 具有一定耐腐蝕性。此外，緩沖器還具有軸向定位和 在旋轉狀態下的甩水作用。

（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，對DF密封的E唇口有 著保護作用。

（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。擋板內表面加工了回旋線，軋 輥高速旋轉時，螺旋線產生回流，形成泵吸作用，把 滲入油封D唇口和E唇口外側的油液（或水液）吸人 唇口內側，減少滲漏，提高密封效果。

（5）油封隨著錐套和軋輥同步轉動，與密封擋板 產生高速相對運動，幾個唇口分工不同，協同作用形 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，防止潤滑油外泄；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，并將油液向遠離封油唇的方向甩出，對封油唇起到“保護傘”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。當密封件隨軋輥高速旋轉時，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，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生負壓，有助于密封。

3 設計與制造

為確保DF密封的良好密封效果，應對產品材料選型、結構設計和模具設計進行優化。

（1）材料選型及配合時需要考慮的幾個方面：

1）良好的耐油性能是選材的前提。在介質老化的過程中，材料應保證體積變化、強力變化及伸長率變化較小，壓縮永久變形小。

2）唇口部位恢復及跟隨性要求高，膠料應具有良好彈性。試驗時，空氣中和介質中壓縮永久變形值小。

3）制品規格尺寸大、斷面復雜、金屬嵌件多，硫化成型時，必須考慮到膠料焦燒期、流動性，降低廢品率，提高產品外觀質量和整體質量。

4）產品長時間高速運轉，兩個外唇口部位磨損嚴重，提高膠料耐磨性可以延長產品壽命。

（2）產品結構設計

1）DF密封工作時，D、E唇口與密封擋板陶瓷面之間形成液體動壓油膜。油膜的厚度至關重要，薄了會發生干摩擦，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。產品設計應充分考慮這些因素。

2）結構設計時，還應考慮密封溝槽尺寸、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品整體結構的優化。

（3）模具設計

DF密封產品規格大、斷面寬而且有多個唇口、還有金屬嵌件，模具型腔復雜，硫化成型時膠料難充模，易產生分層和內部缺陷；硫化啟模時，產品薄弱的唇口D、E易產生撕裂。此外，產品還易產生窩氣、抽邊、缺膠等。模具設計應綜合這些因素進行反復優化才能保證產品整體質量。

4 國產化經濟分析

DF密封件屬于易消耗品，每年需要大量的備件，而我國大型軋機的油膜軸承密封長期依賴進口，存在備件申購周期長、庫存成本和產品價格高等缺點。因此推進DF密封國產化工作有著現實的經濟意義。以寶鋼1580熱軋為例，年消耗量120～150件，原DF密封及水封每套進口件基本價格約人民幣10000元，國產化后約5000元，每年備件消耗可節約（10000—5000）×（120～150）=（600000～750000）元，經濟效益顯著。再進一步推廣到寶鋼全廠，除冷、熱軋DF密封備件外，還有相當部分原三菱x型密封需進行技術改造，解決其x型密封泄漏嚴重的問題，實現國產化后，不但備件成本可以大大降低，還可降低庫存量，并得到優質的現場服務。

隨著我國密封制造技術不斷進步，許多企業已經能夠制造出質量和壽命與進口件不相上下的產品，其中廣州機床研究所密封分所曾先后在寶鋼l420冷軋、武鋼、珠鋼等冶金企業成功地完成了DF密封件的國產化研制工作，這就為我國DF密封國產化創造了良好的環境。