一種盤根-板簧浮動結(jié)構(gòu)測試試驗研究

王繼光，李 倫，劉建平，馮 雁，尤 立

1洛陽礦山機械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

3河南科技大學(xué)機電工程學(xué)院 河南洛陽 471003

用 于低階煤干燥或熱解的回轉(zhuǎn)窯由于回轉(zhuǎn)直徑大、溫度高，其旋轉(zhuǎn)密封的密封性要求較高[1-2]。筆者申請了一種復(fù)合式回轉(zhuǎn)窯密封裝置專利(專利號 2016 1 0291724.5)[3]，該密封裝置采用板簧壓緊盤根的浮動式密封結(jié)構(gòu)，板簧壓緊盤根在密封面上周期性地上下浮動，浮動過程中盤根始終壓緊密封面。但根據(jù)密封結(jié)構(gòu)尺寸自制的非標板簧的彈性模量未知，且板簧和盤根在密封裝置內(nèi)的摩擦、變形等情況也未知，為了驗證該密封結(jié)構(gòu)的合理性，筆者設(shè)計了盤根-板簧浮動密封系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的測定方法及裝置 (專利號 2016 1 0897070.0)[4]，通過試驗得出板簧的彈性模量和盤根-板簧的匹配參數(shù)。

筆者設(shè)計制作了 3種厚度的板簧 (10、8、6 mm)，分別測試其在變形量 0～20 mm狀態(tài)下的彈性模量，找出一組能使盤根發(fā)生壓縮變形，且與壓板形成浮動密封的壓力參數(shù)。

1 試驗裝置的設(shè)計

盤根下端支撐裝置如圖 1所示，試驗裝置如圖 2所示。支撐裝置主要由板簧、支撐板、盤根、支撐螺栓、調(diào)整螺母、支撐塊以及機架組成。盤根底部有壓力傳感器，頂部有垂直施壓的杠桿機構(gòu)、壓板和頂部壓力傳感器，盤根前后兩側(cè)分別有 2個摩擦板 (摩擦板表面粗糙度為 3.2 μm)，后摩擦板固定在機架上，前摩擦板固定在沿水平導(dǎo)柱前后滑動的前側(cè)壓板上，通過橫向壓力傳感器對前側(cè)壓板施加力。

圖1 盤根下端支撐裝置示意

圖2 壓緊試驗裝置

試驗時，首先利用兩端的橫向加載螺母對盤根側(cè)面施加一定的壓緊力，確保盤根橫向有一定的預(yù)變形量，根據(jù)橫向壓緊力和摩擦系數(shù)算出盤根兩側(cè)面與摩擦板之間的摩擦力；然后通過頂部杠桿機構(gòu)對壓板和盤根頂部施加垂直向下的壓力，進而推動盤根在兩摩擦板之間滑動而產(chǎn)生一定量的向下位移，壓縮板簧。在此過程中，頂部傳感器和底部傳感器分別測得頂部杠桿向下施加的壓力和底部板簧向上提供的支撐力。當(dāng)杠桿壓力釋放時，板簧向上推動盤根復(fù)位到穩(wěn)定位置，底部傳感器測得板簧對盤根的支撐力。

2 試驗儀器及設(shè)備

試驗所需儀器及設(shè)備如表 1所列。

表1 試驗儀器及設(shè)備

3 試驗結(jié)果

3.1 板簧壓縮試驗

測定板簧的彈性模量時，將盤根底部固定在支撐座和頂部壓板之間，用頂部杠桿機構(gòu)加載垂直壓力，當(dāng)加載穩(wěn)定時測量板簧頂部到底部支撐板的距離，即板簧的變形量。3種板簧壓縮試驗結(jié)果如圖 3所示。

3種板簧的彈性變形量與所受的載荷基本上成線性關(guān)系，因此 3種板簧可視為完全的彈性材料。3條直線的斜率k不同，即 3種板簧的彈性系數(shù)k不同：k10=243.74 N/mm，k8=124.86 N/mm，k6=46.87 N/mm。這與實際工況相符。

圖3 3種板簧的彈性力與變形量的關(guān)系

3.2 盤根-板簧匹配參數(shù)試驗

試驗時，將板簧與支撐板水平放置在底部傳感器上，擰緊水平方向上的一對螺栓橫向壓緊盤根以限定其橫向變形，用頂部壓力傳感器和壓板壓緊盤根，并使盤根發(fā)生一定的垂直位移 (15 mm)，進而使板簧變形；松開頂部杠桿，盤根在板簧的向上彈力作用下上升，此時底部傳感器的壓力值就等于底部傳感器以上所有零件的質(zhì)量加上摩擦力，記下頂部傳感器的正壓力值；在盤根下壓后被板簧的彈力頂回的過程中，記錄頂部傳感器正壓力值及盤根的橫向壓縮量。試驗結(jié)果如表 2所列。

表2 盤根-板簧參數(shù)試驗結(jié)果

4 結(jié)語

密封裝置設(shè)計時，可根據(jù)實際情況選擇不同厚度的板簧。由于不同板簧的彈性不同，不同正壓力時盤根與鋼板的摩擦力不同，因此 3種板簧與盤根組成的浮動密封系統(tǒng)參數(shù)也不同。摩擦力與板簧的彈性支撐形成 15 mm的位移，該位移就是盤根-板簧形成浮動密封時所采用的合理匹配參數(shù)。