礦用減速機(jī)密封結(jié)構(gòu)的介紹及改進(jìn)

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摘要：在礦山和煤炭開采領(lǐng)域，礦用減速機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，在查閱資料后得知，此類機(jī)器的常見故障為密封失效。故本文以礦用減速機(jī)密封結(jié)構(gòu)介紹及改進(jìn)為題，分別對(duì)高速軸結(jié)構(gòu)和低速軸密封結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和改進(jìn)方案進(jìn)行介紹，希望為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：礦用減速機(jī);密封結(jié)構(gòu);高速軸

引言：煤炭和礦山行業(yè)的傳動(dòng)部是礦用減速機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，由于減速機(jī)的應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜且惡劣，故對(duì)其密封性提出了非常嚴(yán)格的要求。但在實(shí)際應(yīng)用階段，密封失效的現(xiàn)象屢見不鮮，此類現(xiàn)象在發(fā)生后，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油泄漏和軸承失效，不利于機(jī)器的后續(xù)使用。因此對(duì)此項(xiàng)課題進(jìn)行研究，其意義十分重大。

1.高速軸密封結(jié)構(gòu)及改進(jìn)方案

1.1高速密封軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和密封失效原因

接觸式密封是礦用減速機(jī)高速軸所采用的方式，其中橡膠骨架油封作為密封件，如圖1所示，骨架油封經(jīng)過唇口彈簧后，會(huì)導(dǎo)致密封唇口和接觸面之間產(chǎn)生壓力，在壓力的作用下，橡膠唇由于具有彈性，因此而變形，在變形后唇口和軸之間的關(guān)系會(huì)更加緊密，最終使密封的目的達(dá)成。在密封過程中潤(rùn)滑油所起到的作用不容忽視，究其原因，主要是唇口和軸之間需要在潤(rùn)滑油的支持下形成油膜，最終實(shí)現(xiàn)密封的目的。如果唇口和軸之間沒有形成油膜，唇口會(huì)因?yàn)槟Σ辽鸁岫蓟?，從而喪失?yīng)有的作用[1]。

在運(yùn)用此類減速結(jié)構(gòu)時(shí)，高速密封結(jié)構(gòu)發(fā)生失效的使用時(shí)間普遍不超過2個(gè)月，其原因有如下幾點(diǎn)：

（1）粉塵影響：工作環(huán)境中含有大量粉塵，且這些粉塵隨著空氣進(jìn)入到減速機(jī)之中，潤(rùn)滑油會(huì)被污染，污染物進(jìn)入潤(rùn)滑油后，會(huì)導(dǎo)致骨架油封唇口的磨損程度愈加嚴(yán)重;此外，外部粉塵會(huì)與油封產(chǎn)生直接的接觸，簡(jiǎn)言之，就是由粉塵由外部進(jìn)入后，同樣會(huì)造成相同的后果。

（2）溫度影響：高速軸具有非?？斓霓D(zhuǎn)速，在工作狀態(tài)下，其轉(zhuǎn)速會(huì)超過每分鐘1500轉(zhuǎn)，因此其溫度相對(duì)偏高，常常超過100℃，再加上丁腈橡膠是骨架油封的主要材質(zhì)，此類材質(zhì)在高溫環(huán)境下老化速度會(huì)加快，具體表現(xiàn)為彈性喪失，導(dǎo)致唇口與軸之間壓緊力嚴(yán)重下滑，泄漏問題也會(huì)隨之出現(xiàn)。

（3）加工精度：零件在加工過程中，如果精度和表面硬度與要求不符，均會(huì)導(dǎo)致密封面磨損程度加深，繼而引發(fā)泄漏事故。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)零件加工精度、表面硬度、尺寸、形狀和表面粗糙度提出了嚴(yán)格的要求，其硬度應(yīng)超過45，且能夠隨著圓周速度的提高而增強(qiáng)。

1.2高速密封軸的改進(jìn)方案

針對(duì)密封結(jié)構(gòu)存在的不足，筆者制定了改進(jìn)方案，如下所述：

（1）選擇性能優(yōu)越的透氣塞，避免外界灰塵通過孔隙進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，污染潤(rùn)滑油，與此同時(shí)，還要做好帶副唇油封的選擇，通過此類油封的使用，使主密封唇得到保護(hù)，并且將機(jī)械式迷宮密封增設(shè)到骨架油封的外部，以此來起到封塵的作用。目前，常用的機(jī)械式迷宮密封，且結(jié)構(gòu)可大致分為兩類，一種是徑向密封結(jié)構(gòu);另一種是軸向密封結(jié)構(gòu)，由于軸向密封結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)迷宮槽間隙無法調(diào)整的問題，在此背景下，徑向密封迷宮封槽結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，這種結(jié)構(gòu)與軸向密封結(jié)構(gòu)相比，具有安裝和使用方面的優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用價(jià)值極為顯著。

（2）選擇合適的氯化橡膠和其他材料，究其原因，主要是此類橡膠與丁腈橡膠相比，能夠在高溫環(huán)境下保持良好的工作性能。

（3）促進(jìn)密封表面加工質(zhì)量的提升，應(yīng)按照國(guó)際有關(guān)規(guī)定進(jìn)行加工，確保密封零件在加工尺寸、精度、表面粗糙度和硬度上與要求相符。

2.低速軸密封結(jié)構(gòu)

密封件具有非常大的尺寸規(guī)格，線速度偏低、扭矩較大，且難以更換和維護(hù)，屬于低速軸密封結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，也是低速密封結(jié)構(gòu)與高速軸密封結(jié)構(gòu)之間的差距。骨架油封密封和浮動(dòng)密封是現(xiàn)階段礦用減速機(jī)輸出端常用的密封結(jié)構(gòu)。接下來，本文會(huì)對(duì)骨架式接觸密封和浮動(dòng)式密封進(jìn)行介紹。

2.1骨架式接觸密封

骨架式密封的使用缺點(diǎn)如前文所述，并且安裝方式較為復(fù)雜，導(dǎo)致維修和更換難度極高。此外，在應(yīng)用這種密封結(jié)構(gòu)時(shí)，所需使用的骨架油封規(guī)格較大，會(huì)加大使用成本。通常情況下，想要使規(guī)格尺寸較大的輸出軸對(duì)密封面的要求得到滿足，需要借助高端加工設(shè)備制造，因此，加工困難程度較高。以密封原理為切入點(diǎn)得知，采用上述改進(jìn)方案，可以解決這種密封結(jié)構(gòu)存在的缺陷，但成本過高的問題卻無法得到解決。故浮動(dòng)式密封結(jié)構(gòu)正在取代此類結(jié)構(gòu)。

2.2浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)

浮動(dòng)密封屬于機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，具有一定的特殊性，復(fù)曲面密封、永久密封和雙錐密封是此類密封的其他名稱。目前在減速機(jī)中這種密封結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐漸廣泛，其發(fā)展十分迅速[2]。

浮動(dòng)密封的類型大致包括兩種：第一種為DO型，這種密封的第二道密封元件為O型圈;第二種為OF型，與DO型相比，二者在第二道密封元件上有所不同，此類形式的密封結(jié)構(gòu)，將異型圈作為第二道密封元件。在查閱資料后得知，上述兩種類型的浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，其組成部分為兩個(gè)相同的金屬環(huán)，在精密研磨和配對(duì)后，促使密封表面互相接觸，最終使密封的目的達(dá)成。

2.3密封機(jī)理

O型圈和異型圈的功能如下所述：

（1）兩個(gè)圈的內(nèi)外徑均可以作為靜態(tài)密封件;

（2）O型圈和異型圈具有彈性作用，在彈性作用的影響下，軸向斷面負(fù)載會(huì)隨之產(chǎn)生;

（3）O型圈和異型圈會(huì)對(duì)密封圈起到固定作用，避免其密封圈在軸的影響下而轉(zhuǎn)動(dòng)，與此同時(shí)，還能與端面相配合，完成對(duì)扭矩的傳遞，傳遞過程為由動(dòng)環(huán)向靜環(huán)。在了解后得知，在扭矩傳遞過程中，僅有一個(gè)環(huán)會(huì)保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，與此同時(shí)，在與軸正交的平面內(nèi)存在兩個(gè)精密研磨的配合表面，且互相旋轉(zhuǎn)，其中一個(gè)為動(dòng)環(huán)，另一個(gè)為靜環(huán)，通過這種措施，使密封面更加緊密，以規(guī)避泄漏問題的發(fā)生。值得注意的是，兩個(gè)亮帶中間的縫隙形狀為楔形，從而為潤(rùn)滑油滲透到內(nèi)部創(chuàng)造有利的條件，潤(rùn)滑油必須在密封表面永久存在。在毛細(xì)作用和離心力的影響下，薄油膜就會(huì)在滑動(dòng)表面之間產(chǎn)生。在第二道密封元件彈性力的作用下，處于密封狀態(tài)的兩個(gè)表面會(huì)保持密切的連接，而中間油膜的存在，則可以防止高溫?zé)Y(jié)現(xiàn)象的發(fā)生，最終使密封的目的成為可能。

實(shí)踐結(jié)果表明，此類密封結(jié)構(gòu)在礦用減速機(jī)中應(yīng)用可以取得良好的效果，如圖2所示。其中浮動(dòng)密封的效果會(huì)受到浮封座加工精度的影響。如果將DO型浮封作為主要選擇，應(yīng)利用數(shù)控機(jī)床，對(duì)座腔進(jìn)行加工，測(cè)定難度相對(duì)偏高。而選擇DF型浮封，其座腔與圓柱孔相似，加工和測(cè)量難度較低，但這種浮封的價(jià)格高昂，企業(yè)應(yīng)基于自身需求選擇。

總體而言，國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比，在機(jī)械可靠性方面還存在不短的距離，站在機(jī)械產(chǎn)品的角度而言，可靠性的重要性不言而喻，建議國(guó)家和企業(yè)應(yīng)予以高度關(guān)注，通過增加科研投入的方式，縮小國(guó)內(nèi)外間的差距。

結(jié)論：綜上所述，目前常用的密封結(jié)構(gòu)包括高速密封軸的結(jié)構(gòu)和低速軸密封結(jié)構(gòu)，其中后者可分為骨架式接觸密封與浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)。實(shí)踐結(jié)果表明，浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)具有良好的應(yīng)用效果，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，有助于延長(zhǎng)密封結(jié)構(gòu)的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

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