双卧轴强制式搅拌机轴端密封的改进

双卧轴强制式搅拌机轴端密封的改进（樊延良青岛科尼乐机械设备有限公司）【摘要】介绍了双卧轴强制式搅拌机轴端密封的两种主要形式及其缺陷和解决方法。推出了一种改进型轴端密封，有效的解决了漏浆问题，延长了密封时间。【关键词】混凝±搅拌机。轴端密封，定动间隙。轴端漏浆在双卧轴搅拌机的设计中，轴端密封是需要重点考虑的部分之一。轴端密封位于搅拌机的搅拌轴上，处于搅拌叶片(壳体内)与支撑轴承(壳体外)之间。如图1所示，除支撑轴承组件外，其余零件均为轴端密封的组成部分。其作用是防止搅拌机在工作时砼泥浆由定动间隙(即固定在壳体上的元件与旋转元件之间的间隙)向壳体外挤出，俗称轴端漏浆。因泥浆中含有砂子等固体颗粒，一旦从壳体内挤入定动间隙，固体颗粒将在定动元件中产生研磨作用，磨损定动元件。若泥浆堵塞了润滑油口，泥浆在定动间隙内部分硬化，磨损将加快，对定动元件的损坏也将加快并导致轴端漏浆。若泥浆突破支撑轴承组件密封，进入并破坏轴承。将造成整机无法正常工作。图1开式迷宫密封结构图1.支撑轴承组件2.转环毂3.搅拌轴4.J型油封5.滑环毂6.浮动密封环7.挡圈8.盖板9.油杯lO.密封圈11.注油组件12.搅拌机壳体1.轴端密封的改进历程1.1开式迷宫密封早期搅拌机的轴端密封采用组合式轴端密封结构，亦称开式迷宫密封。如图l所示，支撑轴承组件固定在搅拌机壳体上，转环毂由螺钉固定在搅拌轴上，挡圈被固定在搅拌轴与转环毂之间，三者组成转动体。滑环毂固定在搅拌机壳体上，通过密封圈来调节转环毂与滑环毂对浮动密封环的压力。而J型油封可阻止润滑油向滑环毂外溢出。盖板固定在壳体上，其厚度根据装配后实际测定，保证与挡圈之间合理的间隙是整个轴端密封的关键，相对面积较大，加工、装配过程中控制的好与否，将从很大程度上影响着密封的效果，挡圈、盖板均采用Q345-A材料加工而成，有较好的耐磨性。另外搅拌轴与盖板之间的周向间隙也需要进行合理的设计。定动间隙和润滑油是轴端密封的关键点。较小的间隙本身就能阻碍泥浆的进入，而从密封角度而言，间隙越小越好，但加工制作却越难实现。考虑到加工、装配的具体情况，一般定动间隙设计为0.5mm。润滑油是一种流体，依赖其固态特性阻碍泥浆的进入。固态特性又取决于粘度，粘度越高，固态特性愈好，但流动性越差，越不容易泵送注入定动间隙。所以，一般选用00号或0号锂基润滑脂，既有一定的粘度，又有较好的流动性。在加工与装配中，保证均匀的0.5mm定动间隙有一定难度，所以定动间隙内的润滑油在缝隙各处产生的阻力各不相等。搅拌机在工作时，壳体内的泥浆因砼本身重力与搅拌叶片的挤压在轴端产生一定压力，当此压力大于润滑油在搅拌轴与盖板之间的定动间隙上产生的最小阻力时，泥浆会进入此问隙，泥浆中的固体颗粒会对其造成磨损，当此间隙被不断的扩大并被泥浆充满时，泥浆就会因同样的原因进入盖板与挡圈之间的间隙，再后会进入定动间隙中的空腔，直至破坏J型油封并从此处向滑环毂外溢出，这样就出现了轴端漏浆。另外，若在使用前或使用中没有向轴端密封内泵油，轴端密封也容易被破坏。在润滑油缺失而又不能得到及时补充时，定动间隙内润滑油的阻力将会减小，泥浆则顺势进入定动间隙，损坏定动元件。延长轴端密封时间、解决漏浆有两种方法。一是不断地供油，不断产生高于泥浆的压力，使泥浆无法进入。但做起来并不现实，毕竟0.5mm的间隙还是不小，不断地供油，不仅油量消耗太大，不易补充，而且太多的润滑油进入砼也会影响砼质量。一是缩小定动间隙，使间隙足够小，小到泥浆的颗粒无法通过。世界上确有这样的轴端密封，但其工艺要求很高，造价昂贵，一般的加工能力无法实现。而图1结构形式较为简单，制作上较易实现，虽有前述的一些不足，但在制作与使用中作适当控制，使用效果尚可。这种结构一般用在较小型搅拌机上，因罐内的砼量较少，泥浆的压力也会较小，突破定动间隙的机会也会少一些。1.2闭式密封如图2所示组合式轴端密封结构图，称闭式密封。在定动间隙问设计一耐磨柔性元件黄胶，通过黄胶固定钢架将其固定在轴头外壳上，锁轴器固定圈通过斜面张紧将锁轴器主体压紧在搅拌轴上。黄胶与锁轴器主体紧密接触，使定动间隙在此处变为零。侧臂限位圈与轴头保护圈A通过螺栓组及紧定螺钉将其固定在搅拌轴上，对轴端起着保护作用，可防止泥浆直接进入轴头保护圈B与搅拌轴之间的间隙内。这样锁轴器主体、锁轴器、侧臂限位圈、轴头保护圈A与搅拌轴组成转动体，其余零件为固定元件。图2闭式密封结构图1.支撑轴承组件2.骨架密封圈3.浮动密封环4.压盖5.轴头外壳6.锁轴器体7.单向密封圈8.锁轴器固定圈9.黄胶lO.黄胶固定钢架l1.侧臂限位圈12.紧定螺丝13.轴头保护圈A14.O型圈15.搅拌轴16.轴头保护圈B17.固定螺杆这种密封较前一种方式作了很大改进。第一，增加了轴头保护圈B和侧臂限位圈，起到保护主密封和延长定动间隙并减缓泥浆进入主密封的时间的作用。第二，改变了主密封的结构形式，采用刚性材料锁轴器主体与柔性材料黄胶之间的零间隙来实现密封，这也是此种密封的关键点。用黄胶固定钢架将黄胶压附在锁轴器主体上，锁轴器主体的锥面与黄胶接触，既可增大接触面积，又可使黄胶始终处于受压状态，且在磨损情况下可得到及时补偿，延长零间隙的保持时间，从而延长轴端密封时间。第三，改变了润滑油注入形式，改人为手泵为自动机泵，并能在油路堵塞的情况下实现报警，以减少人为失误造成的损坏几率。泥浆突破密封的方式如前述原因，泥浆首先进入侧臂限位圈与轴头保护圈之间的定动间隙内，磨损这些定动元件并扩大间隙。当此间隙扩大到一定程度，而进入此间隙内的泥浆仍在不断受到挤压，泥浆将继续向轴头保护圈B与搅拌轴之间的定动间隙内渗入，直至主密封处。此时，若能较好地保持主密封之间的压力，而润滑油路又能正常工作，润滑油可不断从定动元件向壳体内挤出，轴端密封将不会被突破，甚至轴头保护圈B与侧臂限位圈从搅拌轴上脱落、搅拌轴被磨损，轴端密封仍能正常使用。当黄胶被磨损或黄胶固定钢架松动，黄胶与锁轴器主体之间的间隙增大，则泥浆就会进入此间隙，磨损这里的定动元件。泥浆一旦突破主密封，以后的几道密封将难以阻止其继续外泄，最后损坏压盖上的骨架油封，出现轴端漏浆。为延长轴端密封时间应采取下列措施。1)改进辅助密封这种轴端结构的轴头保护圈B和侧臂限位圈因固定面相对较小，容易从搅拌轴上脱落。脱落的直接后果是泥浆直接威胁到主密封，增大了轴端漏浆的概率。因此需要改进其结构，使其不易脱落，起到保护主密封的作用。2)要经常性地检查主密封从以上分析可知，主密封若能正常工作，轴端密封将不会被突破，所以保证主密封的正常工作尤为重要。保持主密封正常工作的关键：一是要及时对黄胶进行压紧，防止黄胶松动，造成与锁轴器主体之间的间隙变大；二是需要润滑油不断从此间隙向壳体内挤出，保持油路畅通。这二者缺一不可。搅拌机工作时，有较大振动，会导致黄胶固定钢架松动，因此需要经常检查黄胶固定钢架上固定螺杆是否松动，若有松动应及时紧固。保持油路畅通需要检查油路中是否有漏油之处，若有应及时处理，另外工作结束冲洗完搅拌机壳体之后，应继续泵人润滑油至定动间隙，直至润滑油向壳体内侧溢出。若能做到这些，就可很好地起到保护主密封的作用。3)提高润滑油的粘度高粘度的润滑油在定动间隙内阻力较大，这里使用的是自动机泵，可以通过改变泵的型式加以实现。这种形式的轴端密封要求两轴端的固定法兰中心孔要有较好的同心度，同心度数值越小越好，同时还要求两轴端的固定法兰外端面相对两孔心线有一定的垂直度，越垂直越好。这对整个工艺过程要求较高，如制作过程保证得不理想，则会出现定动间隙不均匀，辅助密封就容易被泥浆突破。而主密封的相互压力不均匀，就会出现黄胶磨损不均匀，加快黄胶的损坏。经试验，在制作、使用比较正常的情况下，这种轴端密封可保持5万～7万罐次不漏浆，较前一种方式有大幅度的提高。2.改进型轴端密封改进型轴端密封与前两种轴端密封相比，在保留主密封的情况下，对辅助密封进行了较大的改进。1)增加了气动密封如图3所示，在轴头保护圈A的内圆，加工一环形槽，与外接气源相通，当压力气体进入环形槽后与转动体一起形成气体密封环。轴头保护圈A与短轴套的定动间隙愈小，气体密封环的压力愈大。此压力可将侵入的泥浆推出定动间隙，起到保护主密封，延长轴端密封的使用周期。同时，增加气动密封，也是引入了新的密封理念，将密封由之前的被动阻止泥浆改为主动将泥浆推出。图3.改进型轴端密封结构1.支撑轴承组件2.骨架密封圈3.压盖4.锁轴器主体5.单向密封圈6.锁轴器固定圈7.黄胶固定钢架8.黄胶9.压板10.防尘圈ll.短钢圈l2.O型圈13.轴头密封盖14.侧臂限位圈15.轴头保护圈A16.轴头外壳17.搅拌轴2)改进了定动间隙的一些结构，提高定动间隙内润滑油的密封效果将侧臂限位圈加厚，增大与搅拌轴的接触面积，提高其紧固的可靠性。另外，缩小固定搅拌叶片的臂座与搅拌机壳体内侧耐磨衬板之间的间隙，安装后将侧臂限位圈包围在臂座之中，使侧臂限位圈免受外界砼干扰而不易脱落或松动，从而较好地保护轴头保护圈A与侧臂限位圈的作用，使泥浆不致直接进入轴头保护圈A与短轴套的定动间隙，破坏气动密封环。3)增加防尘圈密封此密封的主要作用是阻止气体进入主密封，使气体只能有一个通道，即推出泥浆的方向。4)取消浮动密封环的密封经分析，浮动密封环在此处密封作用已经很小，且其支撑件加工要求较高，故将其取消。5)更换润滑油泵型式提高润滑油的粘度，增大润滑油在定动间隙内的阻力。可选2号锂基润滑脂，粘度提高较多，密封效果更佳。改进后的轴端密封共有六道。第一道是轴头保护圈A与侧臂限位圈之间定动间隙内润滑油的密封作用。第二道是气动密封环的密封作用。第三道是防尘圈的密封作用。第四道是黄胶与锁轴器主体之间的密封，也是主密封，在此处将定动间隙分成两个部分：一部分由单向密封圈、锁轴器主体、黄胶及轴头外壳组成的密闭工作油腔，形成闭式密封；一部分是开式定动间隙。第五道是单向密封圈。第六道是骨架密封圈。后两种轴端密封主要是用在较大的搅拌机上。因搅拌机体积较大，加工有一定困难，所以壳体两端固定轴端密封的端面法兰的同轴度和端面与轴心的垂直度保证起来也有困难。这样，会导致定动间隙的不均匀，这种不均匀会对润滑油的密封、气动密封以及黄胶与锁轴器之间的密封造成影响，泥浆也会因此更易突破密封，导致漏浆。实际上，改进后结构在大幅度延长密封时间的同时，若不及时进行维护，最终也会出现轴端漏浆。首先，因不均匀的定动间隙，减小了气动密封与润滑油密封效果。其次，定动元件在使用中有磨损，间隙会变大，而泥浆在搅拌机的综合作用以及砼的重力作用下，受力非常复杂，迟早都会进入定动间隙，堵塞气孑L，威胁着主密封。再次，主密封仍会因前述原因被泥浆突破，并最终出现轴端漏浆。经试验，正常情况下，改进型轴端密封可保持1O万～15万罐次不漏浆，较前两种方式有更大幅度提高。从技术角度而言，轴端密封已有较大改进；从工艺角度上来说，仍有提高余地，即提高端面法兰的加工精度，但也应考虑性价比。从使用角度而言，可通过维护、保养，及时调整定动间隙，更换密封件以避免轴端漏浆的出现，减少因漏浆后损坏大量定动元件而付出的维修费用。【参考文献】【1】钱卫华．混凝土搅拌机轴端密封漏浆故障的分析和排除[J]．筑路机械与施工机械化，2003，(1)：47-48．【2】耿贵军．世联新型混凝土搅拌机．建筑机械化[J]，2002，(5)：26—27．