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摘 要：在礦山和煤炭開采領(lǐng)域，礦用減速機的應(yīng)用十分廣泛，在查閱資料后得知，此類機器的常見故障為密封失效。故本文以礦用減速機密封結(jié)構(gòu)介紹及改進為題，分別對高速軸結(jié)構(gòu)和低速軸密封結(jié)構(gòu)的特點和改進方案進行介紹，希望為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。
關(guān)鍵詞：礦用減速機；密封結(jié)構(gòu)；高速軸
引言：煤炭和礦山行業(yè)的傳動部是礦用減速機的主要應(yīng)用領(lǐng)域，由于減速機的應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜且惡劣，故對其密封性提出了非常嚴格的要求。但在實際應(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，會導(dǎo)致潤滑油泄漏和軸承失效，不利于機器的后續(xù)使用。因此對此項課題進行研究，其意義十分重大。
1.高速軸密封結(jié)構(gòu)及改進方案
1.1高速密封軸的結(jié)構(gòu)特點和密封失效原因
接觸式密封是礦用減速機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)系會更加緊密，Z終使密封的目的達成。在密封過程中潤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滑油的支持下形成油膜，Z終實現(xiàn)密封的目的。如果唇口和軸之間沒有形成油膜，唇口會因為摩擦生熱而碳化，從而喪失應(yīng)有的作用[1]。
在運用此類減速結(jié)構(gòu)時，高速密封結(jié)構(gòu)發(fā)生失效的使用時間普遍不超過2個月，其原因有如下幾點：
（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入到減速機之中，潤滑油會被污染，污染物進入潤滑油后，會導(dǎo)致骨架油封唇口的磨損程度愈加嚴重;此外，外部粉塵會與油封產(chǎn)生直接的接觸，簡言之，就是由粉塵由外部進入后，同樣會造成相同的后果。
（2）溫度影響：高速軸具有非常快的轉(zhuǎn)速，在工作狀態(tài)下，其轉(zhuǎn)速會超過每分鐘1500轉(zhuǎn)，因此其溫度相對偏高，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重下滑，泄漏問題也會隨之出現(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，均會導(dǎo)致密封面磨損程度加深，繼而引發(fā)泄漏事故。目前，國內(nèi)外對零件加工精度、表面硬度、尺寸、形狀和表面粗糙度提出了嚴格的要求，其硬度應(yīng)超過45，且能夠隨著圓周速度的提高而增強。
1.2高速密封軸的改進方案
針對密封結(jié)構(gòu)存在的不足，筆者制定了改進方案，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入設(shè)備內(nèi)部，污染潤滑油，與此同時，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，并且將機械式迷宮密封增設(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，會出現(xiàn)兩個迷宮槽間隙無法調(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，故應(yīng)用價值極為顯著。
（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）促進密封表面加工質(zhì)量的提升，應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定進行加工，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，屬于低速軸密封結(jié)構(gòu)的主要特點，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密封是現(xiàn)階段礦用減速機輸出端常用的密封結(jié)構(gòu)。接下來，本文會對骨架式接觸密封和浮動式密封進行介紹。
2.1骨架式接觸密封
骨架式密封的使用缺點如前文所述，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，所需使用的骨架油封規(guī)格較大，會加大使用成本。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得知，采用上述改進方案，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。故浮動式密封結(jié)構(gòu)正在取代此類結(jié)構(gòu)。
2.2浮動密封結(jié)構(gòu)
浮動密封屬于機械密封結(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?此類密封的其他名稱。目前在減速機中這種密封結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐漸廣泛，其發(fā)展十分迅速[2]。
浮動密封的類型大致包括兩種：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密封結(jié)構(gòu)，其組成部分為兩個相同的金屬環(huán)，在精密研磨和配對后，促使密封表面互相接觸，Z終使密封的目的達成。
2.3密封機理
O型圈和異型圈的功能如下所述：
（1）兩個圈的內(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，軸向斷面負載會隨之產(chǎn)生;
（3）O型圈和異型圈會對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，與此同時，還能與端面相配合，完成對扭矩的傳遞，傳遞過程為由動環(huán)向靜環(huán)。在了解后得知，在扭矩傳遞過程中，僅有一個環(huán)會保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，與此同時，在與軸正交的平面內(nèi)存在兩個精密研磨的配合表面，且互相旋轉(zhuǎn)，其中一個為動環(huán)，另一個為靜環(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，兩個亮帶中間的縫隙形狀為楔形，從而為潤滑油滲透到內(nèi)部創(chuàng)造有利的條件，潤滑油必須在密封表面永久存在。在毛細作用和離心力的影響下，薄油膜就會在滑動表面之間產(chǎn)生。在第二道密封元件彈性力的作用下，處于密封狀態(tài)的兩個表面會保持密切的連接，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，Z終使密封的目的成為可能。
實踐結(jié)果表明，此類密封結(jié)構(gòu)在礦用減速機中應(yīng)用可以取得良好的效果。其中浮動密封的效果會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)控機床，對座腔進行加工，測定難度相對偏高。而選擇DF型浮封，其座腔與圓柱孔相似，加工和測量難度較低，但這種浮封的價格高昂，企業(yè)應(yīng)基于自身需求選擇。
總體而言，國內(nèi)與國外相比，在機械可靠性方面還存在不短的距離，站在機械產(chǎn)品的角度而言，可靠性的重要性不言而喻，建議國家和企業(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密封結(jié)構(gòu)。實踐結(jié)果表明，浮動密封結(jié)構(gòu)具有良好的應(yīng)用效果，對其進行適當(dāng)?shù)母倪M，有助于延長密封結(jié)構(gòu)的使用壽命。
參考文獻：
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來源：《裝備維修技術(shù)》2020年14期
