铜板带铣面清洗装置设计、制作、安装

(广州铜材厂--李惠洪）

摘  要   针对铣面机铣面后给铜板带表面留下的铜屑和杂质，设计一个清洗装置，清洗掉铜板带上的铜屑和杂质，提高铜板带表面质量。

关键词   铣面  清洗装置  铜板带

一、  前言

铣面机是去除热轧或熔铸铜坯表层凹凸不平铜层的一种机器。它由四部分组成，分别是开卷装置，矫直装置，铣面装置和收卷装置。当铜板带经过铣面装置时，铜板带表层的铜会被去除，但在铜板带表面留下了不少的铜屑和其他的杂质。铜屑和杂质在下一轧制工序中又被轧回到铜板带的表面上，影响铜板带的表面质量。为提高铜板带的质量，之前铣面机一直是人工刷洗铜板带表面。人工刷洗效率非常低，且刷洗不完全干净，在铣面装置和收卷装置间的空余空间刷洗，也存在一定的安全隐患。目前很多同行厂家为了保证铜带表面质量，也是采用人工刷洗方式，没有现成的可供参考设计机样。因此研究刷洗干净度高、且刷洗效率高的铣面机清洗装置就十分有必要。

本人设计的清洗装置安装在铣面装置和收卷装置间的剩余空间，清洗装置代替人工刷洗，不但可以提高劳动生产率，而且也能保证铜板带表面清洗质量的可靠性，且安全性好，不存在操作上的安全隐患。

二、  清洗工序的设计

 清洗装置清洗铜板带表面是如何能达到要求的呢？本人设计出四道清洗工序，分别是清水喷淋，毛刷刷洗，气刀吹净、吹干和羊毛毡进一步抹净、抹干。铜屑和杂质基本是沾在铜板带表面上的，在第一道工序——清水喷淋铜板带表面，基本上冲洗掉大部分铜屑和杂质，但仍留有少量粘合性强的铜屑和杂质；在第二道工序——毛刷刷洗铜板带表面，使上一工序留下的少量粘合性强的铜屑和杂质进一步被清除，至此绝大部分铜屑和杂质已经补清除，铜板带表面质量已可得到基本保证；在第三道工序——气刀吹净、吹干铜板带表面清水及一些浮水性杂质，在这道工序过后，铜板带表面已经很干净，完全达到铜带表面质量要求，但仍留有极少量清水；在第四道工序——羊毛毡抹干铜板带，使上一工序留下的极少量清水也被抹干。铜板带经过以上四道工序，表面铜屑和杂质被清除，表面干净清洁，使下一轧制工序的铜板带表面质量得到有效保证。

三、  清洗装置设计方案

清洗装置是安装在铣面装置和收卷装置间的剩余空间，剩余空间不大，铣面装置和收卷装置之间的距离大约为500mm。本人设计一个长500mm，宽350mm，高1000mm的箱体，安装在铣面装置和收卷装置间，作为清洗装置的安装箱体。由于箱体尺寸不大，要在箱体上设计安装喷淋装置、毛刷、气刀装置和羊毛毡压紧装置，四个装置的尺寸都要尽可能小，节省空间，安装尽可能紧凑。

（一）喷淋装置

喷淋装置能完成清洗铜板带的第一道工序，在喷淋装置的作用下，大量清水被喷淋到铜板带表面，冲洗掉铜屑和杂质。本人设计出两种可供使用的喷淋装置，一种如（图1）所示，圆盆式喷头。圆盆式喷

     

图1                                   图2

头有很多小孔分布在圆盆上，这样的喷头喷水范围大。另一种喷头如（图2）所示，单排式喷头。在水管上均匀分布着一排小孔，清水会同时

在水孔排出来。经比较，圆盆式喷头喷水范围大，但圆盆式喷头体积也大，占用空间大，不利于安装。而单排式喷头体积小，喷水范围小，但足以喷淋到铜板带的整个表面，而且制作方便、简单。在镀锌水管上均匀的钻一排小孔，即可完成。经过分析比较，本人选择单排式喷头作为喷淋装置。

（二）毛刷装置

毛刷装置能完成清洗铜板带的第二道工序，使上一工序留下的少量粘合性强的铜屑和杂质进一步被清除，至此绝大部分铜屑和杂质已经补清除，铜板带表面质量已可得到基本保证。本人想出两个刷洗方案，刷洗铜板带表面。第一个方案如（图3）所示，圆筒式刷洗。在铜板带的上下方都设有一个圆筒式毛刷，

图3

毛刷做旋转运动，经过刷子的铜板带都能被刷洗到，从而达到刷洗铜板带目的。 第二个刷洗方案如（图4）所示，排刷在铜板带表面做往复

图4

直线运动。在铜板带的上下表面都设有一把排刷，刷子的运动方向与铜板带的前进方向相垂直，在传动机构的带动下，刷子来回往复刷洗铜板带表面，从而达到刷洗铜板带的目的。

通过比较，两种刷洗方案都能有效的刷洗铜板带。下面就对两种刷洗方案的传动机构进行分析比较。方案一卷筒毛刷做旋转运动，本人设计的传动机构链传动，上下毛刷轴端都带有链轮，电动机带动下毛刷转动，下毛刷通过链传动带动上毛刷转动。方案一传动机构主要为链传动，结构简单，占用空间少。方案二排刷在铜板带表面做往复直线运动，本人设计的传动机构如（图5）所示。这是一个曲

图5

轴滑块机构，曲轴、连杆的长度与滑块的行程有关，行程越大，曲柄、连杆的长度与越长。排刷就是这个机构里的滑块，排刷的行程为500mm，整个机构占用的空间就大。与方案一的传动机构相比，链传动占用的空间更少，所以选择方案一。刷洗装置就选择滚筒毛刷刷洗，传动机构为链传动。

（三）气刀装置

气刀是具有除尘，除水，吹气干燥，吹气冷却功能的设备。气刀的工作原理如（图6）所示，气刀的出口是由间隙很少的两个平面叠在一起而成，当压缩空气进入气刀后，从两个平面间的间隙排出，形成薄长的气流，且气流的冲击力很大，实现各种工业吹气除尘、去液干燥、降温冷却应用，也能有效地吹净表面浮水性杂质。

图6

气刀的体积小，使用方便，只需将气管插进压缩空气处的快速接头即可使用。正是气刀的这种特点，应用在空间不大的清洗装置上就很合适。在气刀的作用下，被压缩空气均匀的排出，撞击在铜板带表面上，把铜板带表面的水和其他杂质吹走，经过试用，效果非常明显。

（四）羊毛毡压紧装置

羊毛毡压紧装置能完成清洗铜板带的第四道工序。羊毛毡压紧装置就是一种压紧面带有羊毛毡的压紧装置。压紧装置把羊毛毡紧紧的压在铜板带上，使上一工序留下的少量清水也被羊毛毡抹掉，且使铜带表面更加干净。羊毛毡压紧装置的重点在于压紧装置。本人设计出一个夹紧机构，如（图7）所示

图7

示。随着气缸轴的伸缩，压紧装置就相应的松紧。在图7的A连接处，连杆2，连杆3和气缸轴使用一条连接销连接起来的。连杆2、连杆3在A点处做弧线运动，气缸轴在A点处做直线运动，所以连杆2和连杆3在A点出的设计如（图8）所示，连接处是一条方形的槽。

         

图8                                  图9

当气缸运动时，连接销在槽里做直线运动。连杆2，连杆3和气缸轴在A点的连接示意图如（图9）所示。气缸轴连接处为扁平面，中间开有一孔，两边都是连杆。（图7）中挡板的作用是，当压紧面压紧铜板带时，压紧面随铜板带移动而有向前移动的趋势，挡板能抵消铜板带给压紧面的摩擦力，减少压紧面向前移动的趋势。羊毛毡压紧装置结构简单，安装方便，在实现两个动作时只需提供一个动力，减少使用空间，减少制作成本。

（五）弹簧装置和管位

箱体底面有轮子，轮子能使箱体左右移动。在箱体两边都有弹簧装置，如（图10）所示。当箱体左右移动之后，会自然的回到初始位置。

图10

什么是管位？管位是两个能滚动的小圆筒，竖直的焊接在箱体的铜板带进口两边。当铜板带带尾部分进入箱体时，铜板带会有向左或向右的偏移。铜板带偏移时，碰到管位，带动箱体向左后向右移动。箱体随着铜板带的左右移动，能保证铜板带始终处于箱体的清洗范围内。箱体移动之后，会在弹簧装置的作用下回到初始位置。

（六）总方案的确定

经过对铣面机清洗装置的各个清洗工序进行分析，本人对每一工序相应的执行机构都进行设计、分析、比较，最终得出一个最好的总方案。总方案如图11所示。

图11

四、  铣面机清洗装置应用效果

铣面机清洗装置应用效果在铜板带生产中起到三方面的作用:

（一）铜板带的表面质量提高，使整个车间铜板带的成品率得到提高。铜板带清洗后，不再有铜屑和其他杂质，在下一轧制工序中，轧出的铜板带表面，不会有线、点、划痕、渣皮等现象，表面质量得到有效保证。

（二）提高了劳动生产率，不再需要人为的擦洗铜板带。

（三）增加安全性。人为的擦洗铜板带是存在一定的操作危险性的，因为铜板带受到的张力很大，尾部可能会甩尾。有了清洗装置，就不用再担心存在安全隐患。

五、  结束语

随着经济的高速发展，随着科技的不断进步，企业间的竞争也越来越激烈。要提高企业的竞争力，就要提高企业产品的质量，就要提高企业设备的科技含量。只要不断的努力，只要创新，只要改造，才能让设备生产出最好的产品。

第二篇：钳工技师论文 新型填料密封在水泵上的应用

新型填料密封在水泵上的应用

马海勇 云南铜业硫酸分厂

摘 要：分析了水泵常用的填料密封和机械密封轴封装置存在的缺点，介绍了一种新型的填

料密封及其在水泵上的应用。

关键词：填料密封；机械密封；水泵

泵的应用十分广泛，其旋转轴用密封是泵中关键的部件。在离心泵的工作过程中，因离心泵的泵轴、叶轮是运动的，而泵壳是静止的。这样，在旋转的叶轮压盖和静止的泵壳内壁会有环形间隙，高压流体便会由此间隙从叶轮出121漏到入121，导致泵的容积效率降低。泵的密封性能是评价泵产品质量的一个主要指标。常用的轴封装置有填料密封和机械密封2种。

1 填料密封

1．1 填料密封原理

图1 离心泵轴封的传统填料密封结构图

填料密封主要由与泵壳连在一起的填料函壳、软填料、填料压盖等组成。常用盘根填料密封是通过盘根压盖施于轴向压力，使得盘根径向产生扩张压力，并紧紧包在轴套上，从而形成密封。在盘根之间有一分水环与泵壳体相通，用于通入冷却水。其作用有：一是冷却盘根和轴套，防止盘根因摩擦发热而烧损；二是一定程度上起到以水润滑的作用。如图1所示为某325H一19型循环水泵轴封系统的传统填料密封结构示意图。

1.2 填料密封的缺点

(1)填料密封的贴紧接触力来源于压盖对填料的轴向压力而使填料产生径向扩张力，造成填料与轴套之间形成较大的摩擦，因而需要经常更换磨损的轴套。

(2)需要损耗10％ ～15％ 的轴功率来克服轴套与填料之间的摩擦力而实现密封。

(3)填料密封的泄漏极易使泄液进入轴承箱，造成轴承的损坏。

(4)填料密封在使用过程中，由于填料经常处于非正常的使用状态，加剧了填料磨损和轴套的损坏，使得填料密封的使用处于恶性循环。

(5)为了将填料与轴或轴套之间的摩擦热带走，必须有定量的泄漏，造成冷

却水的流失。总之，填料密封的优点是简单易行，缺点是维修工作量大，功率的损失也较大，且由于它总是有一定的泄漏，故不适用于输送易燃、易爆、有毒和贵重液体。

2 机械密封

机械密封亦称端面密封，是常用的一种密封方式，其有一对垂直于旋转轴线的端面，该端面在流体压力及补偿机械外弹力的作用下，依赖辅助密封的配合与另一端保持贴合，并相对滑动，从而防止流体泄漏。

2.1 机械密封工作原理

如图2所示为单端面非平衡型大弹簧机械密封的典型结构。

图2 单端面非平衡型大弹簧机械密封的典型结构

图2中动环和静环是主要密封元件。动环和静环一般由一软一硬不同的耐磨材料组成，如石墨、聚四氟乙烯对硬质合金、陶瓷、碳化钨、氮化硅、铬钢等，动环6套在轴上，动环外径与传动座2内径是花键连接，传动座螺钉1压紧在轴上，这样轴旋转时，带动传动座和动环一起旋转。动环和轴之间有密封圈5，以阻止液体沿轴向外泄漏。静环7和机械密封压盖9(或泵体)之间也有密封圈8防止液体往外泄漏。动环在弹簧力和液体压力的作用下，紧压在静环上达到密封的作用，传动座和动环之间的弹簧推环4用调节螺钉来调节弹簧压力大小。以调节动环与静环之间的密封程度。为防止静环旋转，压盖上有防转销。为防止动环因对静环的相对转动产生摩擦而产生的高温烧坏密封面或使液体汽化而造成动环和静环之间的干摩擦，所以一般都要对端面用液体冲洗冷却。

2.2 机械密封的缺点

机械密封方式虽然泄漏量相当小，无需冷却水，使用周期长，一般可以达到一年以上，但是机械密封机构很复杂，又是环状零件，安装时技术要求很高，稍有偏差对水泵运行影响很大；检修时必须对水泵解体才能进行，使得检修工作量大为增加。机械密封零配件机械制造加工工艺亦因其工艺技术要求非常高而繁琐复杂，使得机械密封的成套造价很高，一套一般都在万元左右。

3 新型填料密封在水泵上的应用

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机械密封价格昂贵，在普通水泵上应用成本难以接受，因此人们针对传统填料密封存在的缺点，进行了改进。改进水泵填料密封方式的方法主要针对盘根填料进行改良，其原则是提高填料的密封性能和耐用性，增加填料的润滑性，减少摩擦，改善泵轴运转状况。

19xx年美国赤士盾(CHESTRTON)公司推出一种新型的革新填料— —层状剪切式密封填料CMS2000。CMS2000型填料由纯合成的KEVLAR纤维、高纯的石墨、PTFE(聚四氟乙烯)、有机密封剂等材料混合组成，形成一种无规格限制的黑色胶状物。使用时，在填料函的前后端装入编织环或石墨填料，中间用高压注入枪注入CMS2000的胶状物，直至充满。

3．1 工作原理

CMS2000层状剪切式迷宫密封系统可以看作是机械密封、填料密封、间隙和迷宫密封的有机组合。它既有机械密封的“旋转层” 和“静止层”，又有填料密封的编织环、填料调整压盖，还有CMS2000层状剪切式密封材料在使用中形成的间隙迷宫密封结构。

图3 CMS2000层状剪切式迷宫密封系统安装图

在轴旋转运动过程中，CMS2000填料中的KEV．LAR纤维会缠绕在轴(或轴套)上并随轴同步旋转，形成一个“旋转层”。在填料函内壁附近，CMS2000填料粘附其上，形成一个“不动层”。这样，泵轴的转动使填料的处在中间的填料层作剪切运动，这是因为填料间吸引力极小。其层间摩擦因数很小。图3为CMS2000层状剪切式迷宫密封系统示意图。

3.2 CMS2000填料的特点

3.2.1 可实现零泄漏

CMS2000作为一种新型的密封产品，填料内外层分别粘附在轴和填料函腔，泵送介质必须击穿填料才可能外漏，在填料的许用范围内达到完全无泄漏的效果，且使用寿命较长。泵在停止运行后，由于CMS2000填料的内部磨损、消耗以及层状剪切式迷宫密封面之间存在间隙，可能会发生一定的泄漏，此时只需加注少量的CMS2000填料即可。

3.2.2 不会对轴造成磨损

CMS2000填料的“旋转层” 紧紧缠绕在轴套上，与轴套保持相对静止，对轴套起到了保护作用，不会产生磨损现象。即使轴套有一些磨损，由于是环状磨损， 2

而CMS2000具有很强的可塑性，使得“旋转层”始终能紧紧包在轴套上，从而达到密封效果。这是前传统填料密封和机械密封无法做到的。

3.2.3 节能降耗效果十分显著

CMS2000填料是一种胶泥状物质，分子间作用力很小，其摩擦力很小，因此对轴功率损耗很小，只有盘根密封的22％左右，即是轴功率的2％ ～3％ ，大大降低了电耗，提高了水泵的效率。另外CMS2000填料所消耗的轴功率极小，产品的摩擦热也很少，不需要像机械密封和传统填料密封那样需要冲洗和冷却，可以大大节约水资源。

3.2.4 可在线修复、维修

当CMS2000有泄漏需要维修时，可以直接从安装注入口向填料腔中注入一部分新的CMS2000即可，这样大大降低了维修工作量，实现了在线修复。

3.2.5 安装简单，应用范围广

由传统填料密封改为CMS2000系列层状剪切式迷宫密封系统，安装改造工作简单。只需要取出原填料密封结构中的水封环，安装好前、后编织端环，加装CMS2000注入丝头和阀门，并在二个编织端环间充满该产品即可。CMS2000层状剪切式迷宫密封系统适用于温度为一40～750 qc，压力小于1．5 MPa，转轴线速度小于18 m／s的除强酸、强氧化性以及对该产品有分解或损坏作用外的一切介质，特别适合在电厂、炼化装置、供排水公司等单位的大流量、低压力的水泵中应用。

3.3 经济效益分析

以某型号32SH一19水泵为例，该泵基本参数为：功率630 kw；泵入口压力0．02 MPa；泵出口压力0．3MPa；额定流量4 700～6 010 t／h；转(下转第188页)类型及调整几何参数的情况下，通常也不会(或很少)改变切削液用量。美国密执安技术大学对切削加工中有关切削液的用量问题进行了研究，试图在满足加工要求的情况下，使切削液用量最少，与切削液有关的费用也降至最低。他们在福特公司所做的实验中，对切削液的浓度、工件材料、刀具类型及几何参数等都进行了测试与研究，并对工件表面粗糙度、积屑瘤和切削力等作了分析，通过实验得出了最适当的切削液用量。美国Thyssen制造公司正全力研究“最小润滑”加工技术，使切削液液流或气雾通过刀具作用于加工区域，切削液的流量由CNC程序控制，效果十分理想。既减少了切削液的使用量，降低了成本，又减少了废液排放，有利于环境保护。

4 切削液的发展趋势

4 1 高性能水性产品的开发应用由于有效的水溶性极压添加剂的缺乏，水溶性切削液产品在加工精度较高的场合的应用受到了一定程度的限制，许多精密机床进行的高精密度的加工都使用非水溶性切削液。近期，由于原油价格的不断上 3

涨，油性切削液产品的价格也随之高涨，许多机械加工业厂家的生产成本相应增加。为了减少生产成本，提高产品的市场竞争力，大量的机械加工厂商希望用性能优良的水溶性切削液代替非水溶性切削液。如何开发性能优良的水溶性切削液产品已成为各大小切削液生产厂商关注的问题。

4.2 绿色切削液的开发

大力开发对生态环境和人类健康负作用小、加工性能优越的切削液，朝着对人和环境完全无害的绿色切削液方向发展；同时，努力改进供液方法，优化供液参数和加强使用管理，以延长切削液的使用寿命，减少废液的排放量；此外，还应进一步研究废液的回收利用和无害化处理技术。此外，为了达到环境保护的目的，非水溶性切削液还需要尽可能地对环境不产生污染。目前仍在使用的极压润滑剂主要是含有硫、磷、氯类的化合物，如硫化烯烃、硫化动植物油、硫脲、磷酸酯、氯化石蜡等，它们在高温下与金属表面发生化学反应生成化学反应膜， 在切削中起极压润滑作用。它们的润滑性能很好，但对环境有污染，对操作者有害。随着人们环保意识的加强，现在对此类添加剂有了一定的限制。国内外正在着手研究其替代物。近年来，无毒无害的硼酸盐(酯)类添加剂受到了广泛的重视。目前研究开发的重点是：

(1)矿物油逐渐被生物降解性好的植物油和合成酯所代替。

(2)非水溶性切削液逐渐被水溶性切削液所代替。

(3)开发性能优良且对人体无害和对环境无污染的添加剂。

4.3 切削液的绿色使用

(1)推广集中冷却润滑系统，即把机械加工设备各自独立的冷却润滑装置合并为一个冷却润滑系统，使切削液维护管理上水平上台阶。

(2)研究干切削和最少量润滑切削，以减少切削液的使用量和废液的排放。

(3)研究和推广切削液废液处理新工艺、新技术，以确保排放的废液对环境无污染。(上接第186页)速985 r／rain；介质温度：20—5O℃，原用密封为浸油盘根；盘根规格：20 mln×20mm；盘根数量：8层x 2(侧)；轴套外径130 mm。该填料泵每2年要大修一次，泵的盘根每3个月需更换一次，该泵每年的盘根维护费用为4次／年X200 次=800元；每3年需要更换轴套2件，费用为400 套。因此使用传统填料每年相关的维护费用为1 067元。

现在按每年加注CMS2000填料4次，每次加注30 mL计算，约需要4 X 30×2．8元／mL=336元。即与使用传统填料相比，每年可降低维修费用731元。另外，使用CMS2000填料后，还可以节省功率消耗；可以降低密封材料的库存；泵的运行操作和维修工作量大大减少，可以将更多的人员从繁重的设备运行和维护中解脱出来。

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5 结束语

分析了水泵常用的填料密封和机械密封轴封装置存在的缺点，介绍了一种新型的填料CMS2000及其在水泵上的应用。CMS2000填料密封可明显降低电耗、水耗、备件损耗、设备损耗，降低了检修维护劳动强度，也因此降低了事故发生率，在实际生产中较为经济实用，具有广泛的推广价值和应用前景。

参考文献

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【2】蔡晓君，辛国栋．水泵组合软填料的密封试验[J]．化工设备与管道，2004，41(5)：42—42．

【3】顾永泉．流体动密封[M]．北京：石油大学出版社，1990．

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