張天帥
摘 要：在礦山和煤炭開采領域，礦用減速機的應用十分廣泛，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構介紹及改進為題，分別對高速軸結構和低速軸密封結構的特點和改進方案進行介紹，希望為相關行業提供借鑒。
關鍵詞：礦用減速機；密封結構；高速軸
引言：煤炭和礦山行業的傳動部是礦用減速機的主要應用領域，由于減速機的應用環境較為復雜且惡劣，故對其密封性提出了非常嚴格的要求。但在實際應用階段，密封失效的現象屢見不鮮，此類現象在發生后，會導致潤滑油泄漏和軸承失效，不利于機器的后續使用。因此對此項課題進行研究，其意義十分重大。
1.高速軸密封結構及改進方案
1.1高速密封軸的結構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，骨架油封經過唇口彈簧后，會導致密封唇口和接觸面之間產生壓力，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，從而喪失應有的作用[1]。
在運用此類減速結構時，高速密封結構發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速，在工作狀態下，其轉速會超過每分鐘1500轉，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，此類材質在高溫環境下老化速度會加快，具體表現為彈性喪失，導致唇口與軸之間壓緊力嚴重下滑，泄漏問題也會隨之出現。
（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，均會導致密封面磨損程度加深，繼而引發泄漏事故。目前，國內外對零件加工精度、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
針對密封結構存在的不足，筆者制定了改進方案，如下所述：
（1）選擇性能優越的透氣塞，避免外界灰塵通過孔隙進入設備內部，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，且結構可大致分為兩類，一種是徑向密封結構;另一種是軸向密封結構，由于軸向密封結構在應用過程中，會出現兩個迷宮槽間隙無法調整的問題，在此背景下，徑向密封迷宮封槽結構應運而生，這種結構與軸向密封結構相比，具有安裝和使用方面的優點，故應用價值極為顯著。
（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，能夠在高溫環境下保持良好的工作性能。
（3）促進密封表面加工質量的提升，應按照有關規定進行加工，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.低速軸密封結構
密封件具有非常大的尺寸規格，線速度偏低、扭矩較大，且難以更換和維護，屬于低速軸密封結構的主要特點，也是低速密封結構與高速軸密封結構之間的差距。骨架油封密封和浮動密封是現階段礦用減速機輸出端常用的密封結構。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雜，導致維修和更換難度極高。此外，在應用這種密封結構時，所需使用的骨架油封規格較大，會加大使用成本。通常情況下，想要使規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構存在的缺陷，但成本過高的問題卻無法得到解決。故浮動式密封結構正在取代此類結構。
2.2浮動密封結構
浮動密封屬于機械密封結構，具有一定的特殊性，復曲面密封、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構的應用逐漸廣泛，其發展十分迅速[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，此類形式的密封結構，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構，其組成部分為兩個相同的金屬環，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）兩個圈的內外徑均可以作為靜態密封件;
（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，傳遞過程為由動環向靜環。在了解后得知，在扭矩傳遞過程中，僅有一個環會保持旋轉的狀態，與此同時，在與軸正交的平面內存在兩個精密研磨的配合表面，且互相旋轉，其中一個為動環，另一個為靜環，通過這種措施，使密封面更加緊密，以規避泄漏問題的發生。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部創造有利的條件，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生。在第二道密封元件彈性力的作用下，處于密封狀態的兩個表面會保持密切的連接，而中間油膜的存在，則可以防止高溫燒結現象的發生，Z終使密封的目的成為可能。
實踐結果表明，此類密封結構在礦用減速機中應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，應利用數控機床，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，企業應基于自身需求選擇。
總體而言，國內與國外相比，在機械可靠性方面還存在不短的距離，站在機械產品的角度而言，可靠性的重要性不言而喻，建議國家和企業應予以高度關注，通過增加科研投入的方式，縮小國內外間的差距。
結論：綜上所述，目前常用的密封結構包括高速密封軸的結構和低速軸密封結構，其中后者可分為骨架式接觸密封與浮動密封結構。實踐結果表明，浮動密封結構具有良好的應用效果，對其進行適當的改進，有助于延長密封結構的使用壽命。
參考文獻：
[1]姚少波.礦用帶式輸送機減速機斷軸原因分析與改進措施研究[J].機電工程技術，2020，49（06）：199-200.
[2]張瑩.礦用刮板輸送機常見故障及預防[J].能源與節能，2020（03）：125-126.
[3]閆紅萍.礦用減速機密封結構的介紹及改進[J].機械管理開發，2017（06）：43-44+50.
來源：《裝備維修技術》2020年14期
