刮板輸送機(jī)鏈輪浮動油封的改進(jìn)設(shè)計(jì) |
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添加時間：2020-10-13 13:34:21 摘抄：網(wǎng)絡(luò) |
摘 要：指出浮動油封在刮板輸送機(jī)鏈輪使用過程中出現(xiàn)的問題，分析浮動油封密封與磨損機(jī)理，提出輸送機(jī)鏈輪浮動油封漏油改進(jìn)方法，并進(jìn)行完整的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證，有效提高浮動油封的使用可靠性，對同類浮動密封預(yù)防損壞有指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī);鏈輪;失效;浮動油封;改進(jìn) 0 引言 浮動油封誕生于 20 世紀(jì) 50 年代后期，最初用于取代推土機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)上的橡膠油封，結(jié)構(gòu)屬于動密封的一種，是一種緊湊型的金屬端面密封，主要用于低速重載場合，在煤塵大、泥沙多、水氣多等惡劣的工作環(huán)境下具有超強(qiáng)的密封性能，并具有耐磨、端面磨損后能自動補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn);因其結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠和壽命較長等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦機(jī)械中被廣泛應(yīng)用，如刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等。 刮板輸送機(jī)是煤礦綜采設(shè)備的主要組成部分，鏈輪組件是刮板輸送機(jī)的重要組成部分，其能否安全可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)。刮板輸送機(jī)在使用過程中，鏈輪組件出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，導(dǎo)致鏈輪組件失效，直接嚴(yán)重影響了礦井的正常生產(chǎn)。 1 問題 維修部門新裝配的刮板輸送機(jī)機(jī)頭鏈輪組件，在空載試機(jī)運(yùn)行不到 30 min 時，發(fā)現(xiàn)鏈輪冒煙漏油，經(jīng)停機(jī)拆解后發(fā)現(xiàn)為浮動油封的紅棕色 O 形橡膠圈已經(jīng)斷裂并掉下碎塊，經(jīng)相關(guān)人員現(xiàn)場查看分析，系浮動油封漏油致使軸承處缺油，軸承在缺油工況下使用 30 min，局部高溫導(dǎo)致橡膠圈失效，O 形圈材料為氟橡膠，浮動油封的規(guī)格為 350-375-38。 2 浮動油封的密封與磨損機(jī)理 浮動油封一般是由一對浮動密封環(huán)(以下簡稱浮封環(huán))、兩個橡膠圈、兩個浮封座等 6 部分組成的密封系統(tǒng)(圖 1)，共 5 處密封要求。浮封環(huán)是一個軸向呈馬鞍形，由鐵合金材料制成的浮動式的端面密封環(huán)。橡膠圈是一軸向截面為圓形而截面直徑較粗的橡膠環(huán)。浮動座是含有一個內(nèi)錐面、起到托住橡膠圈與浮動環(huán)并使兩者在空間保持一定位置的座腔。浮封環(huán)需成對使用，一個隨旋轉(zhuǎn)件旋轉(zhuǎn)(動環(huán))，另一個相對靜止(定環(huán))，在動環(huán)與浮封座之間以及在定環(huán)與浮封座之間的錐面處，各裝入一個具有圓形斷面的橡膠圈，在裝配預(yù)緊力作用下橡膠圈在浮封座形成的密封腔內(nèi)受軸向壓縮產(chǎn)生變形。產(chǎn)生垂直于浮封座錐面的彈力 Fb 和垂直浮封環(huán)錐面的彈力 Fc，彈力 Fc 分解為軸向分力 Fca 和徑向分力 Fcr。彈力 Fb 是橡膠圈與浮封座錐面緊密接觸實(shí)現(xiàn) b 處密封，彈力 Fc 是橡膠圈與浮封環(huán)錐面緊密接觸實(shí)現(xiàn) c處密封，軸向分力 Fca 使兩浮封環(huán)密封面緊密接觸，實(shí)現(xiàn) a 處密封，最終實(shí)現(xiàn)整個密封系統(tǒng)的 5 處密封要求(圖2)。
浮封環(huán)的密封接觸表面寬度為(0.2～0.3)mm，內(nèi)部的錐形間隙有利于潤滑油進(jìn)入密封面。潤滑油通過毛細(xì)作用、旋轉(zhuǎn)時的離心作用以及密封腔內(nèi)溫升后內(nèi)壓增大的作用進(jìn)入密封間隙，形成一層很薄的油膜，從而實(shí)現(xiàn)密封、潤滑及冷卻，同時還可避免兩浮封環(huán)接觸端面過度磨損發(fā)熱所引起的橡膠圈老化變形、失去彈性。當(dāng)浮封環(huán)亮帶磨損時，橡膠圈的彈性還可起到一定的自動補(bǔ)償作用。 3 原因分析 針對此問題，成立了專門的問題原因分析小組，對此問題產(chǎn)生的可能原因進(jìn)行了全面的剖析，具體原因查證分析過程與初步分析如下。 (1)檢測浮封座外唇口尺寸為 Φ384.3 mm。 (2)檢測浮動油封膠圈組合后尺寸為 Φ385.5 mm。 (3)在裝配過程中，因橡膠圈的硬度過高，O 形圈裝配不到位，導(dǎo)致 O 形圈的位置不同，變形抗力增大，從而導(dǎo)致浮封環(huán)的端面比壓不一致，密封力也不同，而導(dǎo)致漏油。 (4)浮封環(huán)裝配后由于受到不平衡的力的作用，導(dǎo)致密封力的不平衡，造成浮封環(huán)的端面比壓產(chǎn)生畸變，而導(dǎo)致漏油。 (5)浮動油封在工作時，由于浮封環(huán)所受的軸向力過大，使浮封環(huán)的端面比壓增大，致使浮封環(huán)的密封亮帶損壞，O 形圈與浮封環(huán)接觸的擠壓力過大，而 O 形圈的撕裂強(qiáng)度又過低，為此，導(dǎo)致浮封環(huán)將 O 形圈擠壞而使橡膠圈破裂，最終導(dǎo)致密封漏油失效。 (6)浮動油封在裝配時，橡膠圈有被劃傷的可能性，在工作過程中會出現(xiàn)裂紋，從而使 O 形圈遭到損壞，導(dǎo)致密封力的顯著降低，密封系統(tǒng)便遭到破壞，最終使浮動油封失效而漏油。 (7)從橡膠圈材料的撕裂強(qiáng)度來看，NBR 的撕裂強(qiáng)度在(16~17)kN/m，若采用炭黑補(bǔ)強(qiáng)其強(qiáng)度可達(dá)到 20 kN/m;而 FPM 的撕裂強(qiáng)度僅為(12～13)kN/m�？梢�，F(xiàn)PM 材料的撕裂強(qiáng)度比NBR材料要低，在同樣的工作負(fù)荷條件下，NBR 材料的使用性能狀態(tài)要明顯的好于 FPM 材料。 4 相關(guān)試驗(yàn)與分析驗(yàn)證 4.1 不同橡膠圈材料的動態(tài)性能試驗(yàn)對比 為了驗(yàn)證不同橡膠圈材料的亮帶磨損情況，在浮動油封的動態(tài)性能試驗(yàn)機(jī)上，做了如下驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速 100 r/min(線速度 1.96 m/s)，試驗(yàn)時間 12 h。通過對比驗(yàn)證試驗(yàn)可以看出，在同樣的工作條件下，F(xiàn)PM65材料的浮封環(huán)的亮帶有磨損痕跡，F(xiàn)PM60 材料的浮封環(huán)亮帶有很輕微的磨損痕跡，NBR60 膠圈材料的浮封環(huán)亮帶基本看不出任何磨損，3 種橡膠圈的浮封環(huán)亮帶磨損對比如圖 3 所示。
4.2 不同橡膠圈材料的動態(tài)性能試驗(yàn)對比 使用專業(yè)分析軟件(AN-SYS15.0)，對 FPM65，F(xiàn)PM60與NBR60 橡膠圈材料的FEA/CAE 進(jìn)行分析對比，O形橡膠圈的接觸應(yīng)力變化云圖分析結(jié)果如圖 4 所示。通過CAE 對橡膠圈的接觸應(yīng)力應(yīng)變分析，可以看出，F(xiàn)PM65 橡膠圈材料的接觸應(yīng)力應(yīng)變明顯的大于NBR60材料的應(yīng)力;FPM60 橡膠圈材料的接觸應(yīng)力應(yīng)變稍微大于 NBR60 材料的應(yīng)力，因此，在同樣的工況條件下，硬度高的 FPM 橡膠圈材料的橡膠圈易造成破壞，易造成密封體系失效而導(dǎo)致密封破壞。
5 基本結(jié)論 通過上述的試驗(yàn)驗(yàn)證與 FEA/CAE 分析，可以得出以下基本結(jié)論。 (1)浮動油封漏油的主要原因系由于浮動油封的橡膠圈的硬度過高，橡膠圈的壓縮比急劇增大，橡膠圈局部的接觸應(yīng)力過大，致使浮封環(huán)在工作時受到過大的軸向力作用下，端面比壓也急劇增大，超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍的要求，從而使密封亮帶受到損傷，最終使橡膠圈與浮封環(huán)之間產(chǎn)生相對滑動，而 O 形橡膠圈的撕裂強(qiáng)度又過低而遭到損壞后，浮封環(huán)的密封力得不到及時的提供，致使密封體系嚴(yán)重失效，從而使浮封環(huán)的端面比壓過大且不穩(wěn)定所致。 (2)浮動油封相配件的精度可能存在誤差，如箱體，軸承及軸的加工精度等。 (3)機(jī)架系統(tǒng)的剛性不夠，造成浮動油封系統(tǒng)失效。 (4)浮封環(huán)工作時端面比壓的急劇增大，系由于各種可能原因的變差，致使工作時，橡膠圈的變形抗力增大所導(dǎo)致�？梢�，保證浮封環(huán)的端面比壓的穩(wěn)定可靠且符合標(biāo)準(zhǔn)要求是實(shí)現(xiàn)浮動油封密封的先決必要條件，此條件必須要保證到位且滿足，否則，易造成浮動密封的失效而影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 6 糾正及預(yù)防措施 (1)適當(dāng)調(diào)整浮動油封的端面比壓，使其端面比壓在相對合理的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。 (2)嚴(yán)格控制浮動油封相配件的精度，如軸承及軸的加工精度、密封座加工精度、粗糙度和同軸度等。 (3)嚴(yán)格對機(jī)架系統(tǒng)的剛性進(jìn)行控制，以保證浮動油封的整個機(jī)構(gòu)支撐系統(tǒng)的剛性。 (4)嚴(yán)格控制浮動油封橡膠圈的硬度變化，使各處均勻，變差不超過±SHOREA 5 硬度單位，使浮動油封受力均衡，以保證其端面比壓的穩(wěn)定可靠。 (5)適當(dāng)降低橡膠圈的硬度或更換為 NBR 膠圈材料，以降低浮動油封的端面比壓，更換為綜合性能較好的 NBR 橡膠材料，避免性能的變化導(dǎo)致端面比壓變化，而導(dǎo)致密封失效，繼而影響密封的正常工作。 (6)提高橡膠圈材料的撕裂強(qiáng)度，使橡膠圈能夠承受較大的軸向力，保證在工作過程中不致因橡膠圈的撕裂而損壞，進(jìn)而影響浮動油封的密封性能，最終使浮動密封失效。 (7)對于精密支撐零部件如軸承等處的油位應(yīng)定期關(guān)注，發(fā)現(xiàn)問題立即采取相關(guān)的補(bǔ)救措施進(jìn)行糾正，以免因?yàn)闈櫥划?dāng)產(chǎn)生不應(yīng)有的損害。 (8)在裝配時需使用專門的裝配工裝，保證 O 形橡膠圈的裝配位置的準(zhǔn)確性，從而保證浮動油封的端面比壓的穩(wěn)定性，以滿足浮動油封的正常工作條件。 7 結(jié)語 通過將浮動油封的橡膠圈材料由氟橡膠改進(jìn)為丁晴橡膠，進(jìn)一步改善橡膠圈的力學(xué)綜合性能，以降低浮動油封的端面比壓及改善橡膠圈的抗撕裂性能來滿足現(xiàn)場工況條件，并在安裝過程中嚴(yán)格按照規(guī)定步驟進(jìn)行安裝和檢測，測試和運(yùn)行過程中保證鏈輪的潤滑和冷卻，順利通過了空載 8 h 的出廠檢測，并在后期安裝在刮板輸送機(jī)上正常運(yùn)行。 通過對鏈輪浮動油封存在問題的認(rèn)真分析并采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，從實(shí)際應(yīng)用中可以看到，鏈輪漏油問題也得到了有效的控制，避免了由于浮動密封漏油導(dǎo)致設(shè)備損壞，提高了設(shè)備開機(jī)率，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。 參考文獻(xiàn) [1]雷天覺.新編液壓工程手冊[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998. [2]王新.浮動密封在煤礦機(jī)械上的應(yīng)用研究[C].2007 短壁機(jī)械化開采專業(yè)委員會學(xué)術(shù)研討會論文集，2007. [3]周曉紅.解決采煤機(jī)浮動油封的漏油問題[C].陜西煤業(yè)集團(tuán)公司創(chuàng)立大會論文集，2004. [4]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001. [5]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [6]謝錫純.礦山機(jī)械與設(shè)計(jì)[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001. 〔編輯 凌 瑞〕 免責(zé)聲明：以上內(nèi)容來自網(wǎng)絡(luò)，僅供參考，如果侵犯，請及時通知我們，本網(wǎng)站將在第一時間及時刪除! |
