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振動篩軸承箱密封分析與改進
2010-07-29
李躍萍，羅立青
（長沙中聯重工科技發展股份有限公司）
（長沙中聯重工科技發展股份有限公司）
瀝青混凝土攪拌設備拌制瀝青混凝土混合料時，儲存在不同料斗內的冷砂石料經給料器粗配后進入干燥滾筒，在干燥滾筒內進行烘干、加熱的同時又被混合在一起。篩分裝置的作用在于把熱礦料提升機送來的砂石料按不同粒徑重新分開，以便在拌和之前分別進行精確計量。
目前在攪拌設備中廣泛應用的是雙軸振動篩，通過2根傾斜布置的偏心軸同步旋轉，使傾斜放置的篩網產生定向振動而篩分物料。本文對振動篩軸承箱密封的機理及漏油原因進行了分析，并提出改進措施。
1 設備結構及運行狀況
1.1設備結構
中聯重科生產的振動篩采用雙軸振動篩的型式，通過設在2根軸上的偏心塊旋轉時產生的離心力的作用，使傾斜放置的篩網產生定向振動而篩分物料。如圖1所示，偏心振動軸的兩端由2個軸承13支承，軸承座14裝在保護管總成15內，軸10的兩端均有偏心塊Ⅰ和偏心塊Ⅱ，通過同時調整偏心塊Ⅱ的數量，來改變振動篩振幅的大小，保護管總成15內裝有潤滑油潤滑軸承13。
目前在攪拌設備中廣泛應用的是雙軸振動篩，通過2根傾斜布置的偏心軸同步旋轉，使傾斜放置的篩網產生定向振動而篩分物料。本文對振動篩軸承箱密封的機理及漏油原因進行了分析，并提出改進措施。
1 設備結構及運行狀況
1.1設備結構
中聯重科生產的振動篩采用雙軸振動篩的型式，通過設在2根軸上的偏心塊旋轉時產生的離心力的作用，使傾斜放置的篩網產生定向振動而篩分物料。如圖1所示，偏心振動軸的兩端由2個軸承13支承，軸承座14裝在保護管總成15內，軸10的兩端均有偏心塊Ⅰ和偏心塊Ⅱ，通過同時調整偏心塊Ⅱ的數量，來改變振動篩振幅的大小，保護管總成15內裝有潤滑油潤滑軸承13。
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1.2軸端密封結構
偏心振動軸軸端的密封采用非接觸式迷宮密封與離心密封相結合的組合密封，作旋轉運動的迷宮密封環和固定不動的軸承端蓋之間有4個1mm的環形間隙，且在間隙內填充潤滑脂來實現密封，作旋轉運動的甩油盤借離心力的作用將潤滑油沿徑向甩出，阻止潤滑油進入漏泄縫隙處。在迷宮密封環的左端有迷宮式密封槽，從軸承端蓋處加入潤滑脂，通過這幾個方法達到密封目的。由于耦合零件有相對運動，所以該處的密封為動密封，圖1為原設計軸承的密封結構示意圖，軸承座2、軸承端蓋9、保護管總成15組成一個軸承箱。圖2為原設計的軸承箱潤滑油的油位示意圖。
偏心振動軸軸端的密封采用非接觸式迷宮密封與離心密封相結合的組合密封，作旋轉運動的迷宮密封環和固定不動的軸承端蓋之間有4個1mm的環形間隙，且在間隙內填充潤滑脂來實現密封，作旋轉運動的甩油盤借離心力的作用將潤滑油沿徑向甩出，阻止潤滑油進入漏泄縫隙處。在迷宮密封環的左端有迷宮式密封槽，從軸承端蓋處加入潤滑脂，通過這幾個方法達到密封目的。由于耦合零件有相對運動，所以該處的密封為動密封，圖1為原設計軸承的密封結構示意圖，軸承座2、軸承端蓋9、保護管總成15組成一個軸承箱。圖2為原設計的軸承箱潤滑油的油位示意圖。
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1.3運行狀況
圖1所示的結構在投入運行中，軸承是由軸承箱內浸式潤滑的，偏心軸的兩端都伸出軸承箱，偏心軸高速旋轉，軸承箱的密封則成了一個難題。中聯重科采用迷宮密封的型式，迷宮密封在軸的徑向上有間隙，間隙小則密封效果好，但對零件的加工精度要求高，各零件的徑向跳動、端面跳動和尺寸公差等等都會影響密封效果，且軸承溫升高，旋轉密封件甚至會磨擦燒壞。另外，潤滑油油面的高度也影響密封效果。據售后服務反映，存在密封漏油嚴重、沿軸承端蓋向下流，且還有大塊潤滑脂下流等情況，成為制約設備安全運行的難題，并且頻繁的補油也增加了成本及維護工作量。
2 漏油原因分析
如圖3所示，迷宮密封是在旋轉的迷宮密封蓋上設有3個依次排列的環形密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封的潤滑油在通過曲折迷宮的間隙時產生節流效應而達到密封的目的，其密封效果與間隙（迷宮密封蓋齒尖與軸承端蓋之間的間隙）、齒尖銳程度、密封齒形狀、齒距、迷宮的數量、通道的長度和截面形狀及粗糙度等有關。
圖1所示的結構在投入運行中，軸承是由軸承箱內浸式潤滑的，偏心軸的兩端都伸出軸承箱，偏心軸高速旋轉，軸承箱的密封則成了一個難題。中聯重科采用迷宮密封的型式，迷宮密封在軸的徑向上有間隙，間隙小則密封效果好，但對零件的加工精度要求高，各零件的徑向跳動、端面跳動和尺寸公差等等都會影響密封效果，且軸承溫升高，旋轉密封件甚至會磨擦燒壞。另外，潤滑油油面的高度也影響密封效果。據售后服務反映，存在密封漏油嚴重、沿軸承端蓋向下流，且還有大塊潤滑脂下流等情況，成為制約設備安全運行的難題，并且頻繁的補油也增加了成本及維護工作量。
2 漏油原因分析
如圖3所示，迷宮密封是在旋轉的迷宮密封蓋上設有3個依次排列的環形密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封的潤滑油在通過曲折迷宮的間隙時產生節流效應而達到密封的目的，其密封效果與間隙（迷宮密封蓋齒尖與軸承端蓋之間的間隙）、齒尖銳程度、密封齒形狀、齒距、迷宮的數量、通道的長度和截面形狀及粗糙度等有關。
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根據其密封機理，分析軸承箱的漏油原因如下：
?。?）迷宮密封的結構原因。
迷宮密封件為裝在旋轉振動軸上的直通迷宮密封蓋，受軸向尺寸的限制，迷宮通道的長度和齒間距都很小。從圖1可看出，迷宮密封蓋的齒尖不在軸承端蓋的直通處，迷宮密封蓋與軸承端蓋只有3mm的通道間隙，而且還是斜面，圓周方向間隙不勻，密封齒尖較鈍，齒尖厚度大于1.5mm，一般流道長、齒頂尖時阻力大，壓差損失顯著，泄漏量減少，否則反之；另外，迷宮密封蓋是裝在旋轉振動軸上，振動軸及迷宮密封蓋的制造精度、裝配精度都影響密封效果。
因此，以上結構上的不足和缺陷是導致軸承箱漏油的直接原因。出現漏油現象之后，曾適當減小間隙，但軸承處溫升較高，還采用過將迷宮密封蓋與軸承端蓋選配裝配，效果均不理想。
（2）輔助密封未調整到位。
如圖1所示，從潤滑油管總成11注入的潤滑脂不能很好地到達迷宮密封蓋4的齒尖處，沒有形成輔助密封，是漏油的間接原因之一。
?。?）潤滑方式及軸承箱原因
軸承箱的軸承處體積狹小，軸承至密封的軸向長度短，造成密封距離短、流動阻力小，而在軸高速旋轉時軸承箱形成的內壓將潤滑油向軸承箱的外側擠壓造成泄漏。
體積相對狹小而密閉性較好的軸承箱，在運行過程中，其軸承處的溫升易造成箱體內的微正壓，加之箱體內旋轉件的鼓風效應和迷宮密封的透氣效應，也使潤滑油較易泄漏。
（4）運行工況的影響
?、賵D1甩油盤8的半徑為95mm，潤滑油油面上平面至軸中心的高度為85mm，即甩油盤有10mm浸在潤滑油中，軸旋轉時甩油盤會將潤滑油甩起來，而軸承箱內的微正壓則會將甩起來的油擠向迷宮密封蓋和軸承端蓋處的間隙內，加劇了漏油。
?、趫D2所示的油面高度實際上控制不了，實際運行中油面與油標的出口平面齊平，這間接地提高了油面高度，導致漏油更嚴重。
?、蹐D1潤滑油管總成11注入的潤滑脂沒有進到迷宮密封蓋的齒尖處，而迷宮密封蓋與軸承端蓋只有3mm的通道間隙，而且還是斜面，該處的輔助密封形同虛設，沒有產生效果。
3 改進措施
3.1改變迷宮密封的結構
改進后的軸承箱結構見圖4。利用螺桿泵原理，當液體介質沿間隙滲漏時，借螺旋作用而將液體介質趕回去，將迷宮密封蓋的3圈環形密封齒改為連續的螺紋，見圖5。1根軸上的2個迷宮密封蓋的羅紋設計為左右旋向各1個，安裝時要根據軸的旋轉方向注意螺紋的旋向。
?。?）迷宮密封的結構原因。
迷宮密封件為裝在旋轉振動軸上的直通迷宮密封蓋，受軸向尺寸的限制，迷宮通道的長度和齒間距都很小。從圖1可看出，迷宮密封蓋的齒尖不在軸承端蓋的直通處，迷宮密封蓋與軸承端蓋只有3mm的通道間隙，而且還是斜面，圓周方向間隙不勻，密封齒尖較鈍，齒尖厚度大于1.5mm，一般流道長、齒頂尖時阻力大，壓差損失顯著，泄漏量減少，否則反之；另外，迷宮密封蓋是裝在旋轉振動軸上，振動軸及迷宮密封蓋的制造精度、裝配精度都影響密封效果。
因此，以上結構上的不足和缺陷是導致軸承箱漏油的直接原因。出現漏油現象之后，曾適當減小間隙，但軸承處溫升較高，還采用過將迷宮密封蓋與軸承端蓋選配裝配，效果均不理想。
（2）輔助密封未調整到位。
如圖1所示，從潤滑油管總成11注入的潤滑脂不能很好地到達迷宮密封蓋4的齒尖處，沒有形成輔助密封，是漏油的間接原因之一。
?。?）潤滑方式及軸承箱原因
軸承箱的軸承處體積狹小，軸承至密封的軸向長度短，造成密封距離短、流動阻力小，而在軸高速旋轉時軸承箱形成的內壓將潤滑油向軸承箱的外側擠壓造成泄漏。
體積相對狹小而密閉性較好的軸承箱，在運行過程中，其軸承處的溫升易造成箱體內的微正壓，加之箱體內旋轉件的鼓風效應和迷宮密封的透氣效應，也使潤滑油較易泄漏。
（4）運行工況的影響
?、賵D1甩油盤8的半徑為95mm，潤滑油油面上平面至軸中心的高度為85mm，即甩油盤有10mm浸在潤滑油中，軸旋轉時甩油盤會將潤滑油甩起來，而軸承箱內的微正壓則會將甩起來的油擠向迷宮密封蓋和軸承端蓋處的間隙內，加劇了漏油。
?、趫D2所示的油面高度實際上控制不了，實際運行中油面與油標的出口平面齊平，這間接地提高了油面高度，導致漏油更嚴重。
?、蹐D1潤滑油管總成11注入的潤滑脂沒有進到迷宮密封蓋的齒尖處，而迷宮密封蓋與軸承端蓋只有3mm的通道間隙，而且還是斜面，該處的輔助密封形同虛設，沒有產生效果。
3 改進措施
3.1改變迷宮密封的結構
改進后的軸承箱結構見圖4。利用螺桿泵原理，當液體介質沿間隙滲漏時，借螺旋作用而將液體介質趕回去，將迷宮密封蓋的3圈環形密封齒改為連續的螺紋，見圖5。1根軸上的2個迷宮密封蓋的羅紋設計為左右旋向各1個，安裝時要根據軸的旋轉方向注意螺紋的旋向。
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3.2甩油盤的結構改進
改變甩油盤的結構，將直徑由φ190改為φ176，使之不浸入潤滑油中，起擋油盤作用，阻止潤滑油從迷宮密封蓋與軸承端蓋之間的縫隙中向外擠。
3.3輔助密封的調整方法
從圖4可看出，迷宮密封蓋的螺旋部分與軸承端蓋有12mm的間隙通道，用加壓油槍將潤滑脂從潤滑油管總成的油嘴處加入，偏心振動軸邊旋轉邊加入潤滑脂，使油脂完全進入通道間隙的螺紋處，真正起到輔助密封的作用。
改變甩油盤的結構，將直徑由φ190改為φ176，使之不浸入潤滑油中，起擋油盤作用，阻止潤滑油從迷宮密封蓋與軸承端蓋之間的縫隙中向外擠。
3.3輔助密封的調整方法
從圖4可看出，迷宮密封蓋的螺旋部分與軸承端蓋有12mm的間隙通道，用加壓油槍將潤滑脂從潤滑油管總成的油嘴處加入，偏心振動軸邊旋轉邊加入潤滑脂，使油脂完全進入通道間隙的螺紋處，真正起到輔助密封的作用。
3.4潤滑油面高度的控制
將潤滑油的油面高度調整為32～40mm，保護套管的內徑為φ260，則油面至套管中心的距離為90～98mm。
對圖2中控制油位的油標進行改進，如圖6所示，油面的尺寸90mm時，正好與油位的油標齊平，且甩油盤的半徑改為88mm，也不會浸入油中將油甩起。另從圖4可看出尺寸102mm是潤滑油從保護套管總成進入軸承座的油孔的中心線，因此將油標控制在尺寸102mm，工作時擰下油標檢查油位，當油標桿下面無潤滑油時，則表明潤滑油位過低，應馬上添加潤滑油，油孔的直徑為φ10，表明還有5mm的油面保護高度，不致使軸承處于干磨擦狀態。
將潤滑油的油面高度調整為32～40mm，保護套管的內徑為φ260，則油面至套管中心的距離為90～98mm。
對圖2中控制油位的油標進行改進，如圖6所示，油面的尺寸90mm時，正好與油位的油標齊平，且甩油盤的半徑改為88mm，也不會浸入油中將油甩起。另從圖4可看出尺寸102mm是潤滑油從保護套管總成進入軸承座的油孔的中心線，因此將油標控制在尺寸102mm，工作時擰下油標檢查油位，當油標桿下面無潤滑油時，則表明潤滑油位過低，應馬上添加潤滑油，油孔的直徑為φ10，表明還有5mm的油面保護高度，不致使軸承處于干磨擦狀態。
經過以上分析后，對一臺振動篩作了上述改進，同時按上述方法進行調試，這臺振動篩現已在工地運行了半年多，未出現漏油現象，密封效果良好，達到了預期的效果。
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