劉鑫

（國家能源(yuán)集團神東煤炭集(jí)團高端(duān)設備研發中心，陝西榆林 719315）

0　引(yǐn)言

浮動油封誕生于20世(shì)紀50年代後期，Z初用于取代推土(tǔ)機履帶行走機構(gòu)上的橡膠油(yóu)封，結構屬于動密封的一種，是一種緊湊(còu)型的金屬端面密封(fēng)，主要用于低速重載場(chǎng)合，在煤塵大、泥沙多、水氣多等惡劣的工作環境下具有超(chāo)強的(de)密封性能，并具(jù)有耐磨、端面磨損後(hòu)能自(zì)動補償等優點；因其結構簡單(dān)、密封可靠和壽命(mìng)較長等(děng)優點，在煤(méi)礦機械中被廣泛應用，如刮闆輸送機、轉載機等。

刮闆輸送機是煤礦綜(zōng)采設備的主要組成部分，鍊輪組(zǔ)件是刮闆輸送機的重要組(zǔ)成部分，其能否安全可靠運行，直接關系到礦井生産。刮闆輸(shū)送機在使用過程中，鍊輪組(zǔ)件出現漏油現象，導緻鍊輪(lún)組件失效，直接嚴重影響了礦井的正常生産(chǎn)。

1　問(wèn)題

維修部門新裝配的刮闆(pǎn)輸送機機頭鍊輪組件，在空載(zǎi)試機運行不到30min時，發現鍊輪冒煙漏油，經(jīng)停機拆解後發現為浮動油封的(de)紅棕色O形橡膠圈已經斷裂并掉下碎塊(kuài)，經相關人員現場查看分析(xī)，系浮動油封漏油緻使軸承處缺油，軸承在缺油工況(kuàng)下使用30min，局(jú)部高溫導緻橡膠(jiāo)圈失效，O形圈材(cái)料為(wéi)氟橡膠，浮動油封的規格為350-375-38。

2　浮(fú)動油封的(de)密封與磨(mó)損機理

浮動油封一般是由一對浮動密封環（以下簡稱浮封環）、兩個橡膠圈(quān)、兩個浮封座等6部分(fèn)組成的密封系統（圖1），共5處密封要求。浮封環是一個軸向呈馬鞍形，由鐵(tiě)合金材料制成的(de)浮動式的端面密(mì)封環(huán)。橡膠圈是一軸向截面為圓形(xíng)而截面直徑較(jiào)粗的橡膠環。浮(fú)動座(zuò)是含有一個内錐面、起到托住橡膠圈與浮動環并使兩者在空間保持一定位置的座腔。浮封環需(xū)成對使用，一個随旋轉件旋轉（動環），另一個相對靜止（定環），在動(dòng)環與浮封座之間以(yǐ)及在定環與浮封座之間的錐面處，各裝(zhuāng)入一個具有圓形斷面的橡膠圈，在裝配(pèi)預緊力作用下橡膠(jiāo)圈在浮封座(zuò)形成的密封腔内受軸(zhóu)向壓縮産(chǎn)生變形。産生垂(chuí)直于浮封座錐面的彈力Fb和(hé)垂(chuí)直浮封環(huán)錐面(miàn)的彈力Fc，彈力Fc分(fèn)解為(wéi)軸向分力Fca和徑向分力Fcr。彈力Fb是橡膠圈與浮封座錐(zhuī)面緊密接觸實現b處密封，彈力Fc是橡膠圈與浮封環錐面緊密接觸(chù)實現c處密封，軸向分力Fca使兩浮(fú)封環密封(fēng)面緊密接觸，實現(xiàn)a處(chù)密封，Z終實現整個密封系統的5處密封要求（圖2）。

圖1 浮(fú)動油封結構

浮封環的密(mì)封接觸表面寬度為（0.2～0.3）mm，内部(bù)的(de)錐形間隙有利于(yú)潤滑油進入密封面。潤滑油通過毛(máo)細作(zuò)用、旋轉時的離心作用以及(jí)密封腔内溫(wēn)升後内壓(yā)增(zēng)大的作用進入密封間隙，形(xíng)成一層很薄的油膜，從而實現密封、潤(rùn)滑及冷卻，同時還(hái)可避免兩浮封環(huán)接觸端面過度磨損發熱所引起的橡膠圈老化(huà)變形、失去彈性。當(dāng)浮封環亮帶(dài)磨損時，橡膠圈的彈性還可起到一(yī)定的自動補償作用。

3　原因分(fèn)析

圖2 浮動油封密封原理

針(zhēn)對此問題，成立了專門的(de)問題原因分析小組(zǔ)，對此問題産生的可能原因進行了全面的剖析，具(jù)體原因查證分析(xī)過程與初步分析(xī)如下。

（1）檢測浮封座外唇口尺寸為Φ384.3mm。

（2）檢測浮動油封膠(jiāo)圈組合後尺寸為Φ385.5mm。

（3）在裝配過程中，因橡膠(jiāo)圈的硬度過高，O形圈裝配不到位(wèi)，導緻O形圈的位置(zhì)不(bú)同，變形抗力增大，從而導緻浮封(fēng)環的端面(miàn)比壓不一緻，密封力也(yě)不同，而導緻漏油。

（4）浮封(fēng)環裝配後由于受到不平衡的(de)力(lì)的作用，導緻密封力的不平衡，造成浮封環的端面比壓産生畸變，而導緻漏油。

（5）浮動(dòng)油封(fēng)在工作時，由于浮封環所受的軸向(xiàng)力過(guò)大，使浮封環的端面比壓增大，緻使浮(fú)封環的密(mì)封亮帶損壞，O形圈(quān)與浮封環接觸的擠壓力過大，而O形圈的撕裂(liè)強度又過(guò)低，為此，導緻浮封環将O形圈擠壞而使橡膠圈破裂(liè)，Z終導緻密封漏油(yóu)失效。

（6）浮動油封在裝配時，橡膠圈有被劃傷(shāng)的可能性，在工作過程中會(huì)出現裂紋，從而(ér)使O形圈遭到損壞(huài)，導緻密封力的顯著(zhe)降低，密封系統便遭到破壞，Z終使浮(fú)動油封失效而漏油。

（7）從橡膠圈材料(liào)的撕裂強度來看，NBR的(de)撕(sī)裂強度在（16～17）kN/m，若采用炭(tàn)黑補強其強度可達到20kN/m；而FPM的撕裂強度僅為（12～13）kN/m。可見，FPM材料的撕裂強度比NBR材料要低(dī)，在同樣的工作負荷條件(jiàn)下，NBR材料的使(shǐ)用性能狀态要明(míng)顯的好于FPM材料。

4　相(xiàng)關試驗與分析驗證

4.1不同橡膠圈材料的動态性能試(shì)驗對比

為了驗(yàn)證不同橡膠圈材料(liào)的亮帶磨損情況，在浮動油封的動(dòng)态性(xìng)能試驗機上，做了如下驗(yàn)證試驗，試驗參數：轉速100r/min（線速度1.96m/s），試驗時間12h。

通過對比驗證試驗可以看出，在同(tóng)樣的工作條件下，FPM65材料的浮封環的亮帶有磨損痕迹(jì)，FPM60材料的(de)浮封環亮(liàng)帶有(yǒu)很輕微的磨損痕迹，NBR60膠圈材料(liào)的浮封環亮帶基(jī)本看不出任何磨損，3種橡膠圈的浮封環亮帶磨損(sǔn)對(duì)比如(rú)圖3所示。

4.2不同橡膠圈材料的動态性能試驗對比(bǐ)

使用專業分(fèn)析軟件（ANSYS15.0），對FPM65，FPM60與NBR60橡膠圈材料的FEA/CAE進行分析對比，O形橡膠圈的接觸應力變化雲圖分析結果如圖4所示。通過CAE對橡膠圈(quān)的接觸應力應變(biàn)分析，可以看(kàn)出，FPM65橡膠圈材料的接觸應力應變明顯的(de)大于NBR60材料的應力；FPM60橡膠圈材料的接觸應力應變稍微大于NBR60材料的應力(lì)，因此，在同樣的工況(kuàng)條件下，硬(yìng)度高(gāo)的FPM橡膠圈材料的橡膠圈(quān)易造成破壞，易造成(chéng)密封體(tǐ)系失效而導緻密封破壞。

圖3 3種橡膠(jiāo)圈的浮封環亮帶磨損對比

圖4 橡膠(jiāo)圈的接觸應力應變

5　基本結論

通過上述的試驗(yàn)驗證(zhèng)與FEA/CAE分析，可以得出以下基本結論。

（1）浮動油封漏油的主要原因系由于浮(fú)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(jú)部的接觸應力過大，緻使浮封環在工(gōng)作時受到過大的軸向力作用下，端面比壓也(yě)急劇增大，超出了标準範圍的要(yào)求，從而使密封亮帶受到損傷，Z終使橡膠圈與浮封環之間産生相對(duì)滑動(dòng)，而O形橡膠圈的撕裂強度又過低而遭到(dào)損壞後，浮封環的密封力得不到及時的提供(gòng)，緻使密封體系嚴重失效，從而(ér)使浮封環的端(duān)面比壓(yā)過大且不穩定所(suǒ)緻。

（2）浮動油封相配件的精度可能存在誤差(chà)，如箱體，軸承及軸的加工精度等。

（3）機架系統的剛性不夠(gòu)，造成浮動油(yóu)封系統失效。

（4）浮封環工(gōng)作時端面比壓的急劇增大，系由于(yú)各種可能原因的變差，緻使工作時，橡膠圈(quān)的變形抗力增大所導緻。

可見，保證浮封環的端(duān)面比壓的穩定可靠且符合标準(zhǔn)要求是實現浮動油封密封的先決必要條件(jiàn)，此條(tiáo)件必須要保證到(dào)位且滿足(zú)，否(fǒu)則，易造成浮動密封的失效而影響設備的(de)正常運轉。

6　糾正及預防措施

（1）适當調(diào)整浮動油封的端面比(bǐ)壓，使其端面(miàn)比壓在相對合理的标準範圍内。

（2）嚴格控制浮動(dòng)油封相配件的(de)精度，如軸承及軸的加工精度、密封座(zuò)加工精度、粗糙度和同(tóng)軸度等。

（3）嚴格對機架系統的剛性進行控制，以保證浮動油封的整個機(jī)構支(zhī)撐系統的剛性(xìng)。

（4）嚴格控制浮動油封橡膠(jiāo)圈的硬度變化，使各處均勻，變差不超過±SHOREA5硬度單位，使浮動油封受力均衡，以(yǐ)保證其端面比壓的(de)穩定可靠。

（5）适當(dāng)降(jiàng)低橡膠圈的硬度(dù)或更換為(wéi)NBR膠圈材料，以降低浮動油(yóu)封的(de)端面比壓，更換為綜合性能較(jiào)好的NBR橡膠材料，避免性能(néng)的變化導緻端面比壓變化(huà)，而導緻密封失效，繼而影響密封的正(zhèng)常工作。

（6）提(tí)高橡膠圈材料的撕(sī)裂強度，使橡膠(jiāo)圈能夠承受較大的軸向(xiàng)力(lì)，保證(zhèng)在工作過程中不緻因橡膠圈的撕裂而損壞，進而影響浮動油封(fēng)的密封(fēng)性能(néng)，Z終使浮動密封失(shī)效。

（7）對于精密支撐零部件如軸承等處的油位應定期關注，發現問題立即采取相關的補救措(cuò)施進行糾正，以免因為潤滑不當産生不應有的損害。

（8）在裝配時需(xū)使用專門的裝配工裝，保證O形(xíng)橡膠圈的裝配位置的準确性(xìng)，從而保證浮(fú)動油封的端面比壓的穩定性，以滿足浮動油封(fēng)的正常工(gōng)作條件。

7　結(jié)語

通過将浮動(dòng)油(yóu)封的橡膠圈材料由氟橡膠改進為丁晴橡膠，進一步(bù)改善橡膠圈的力學綜合性能，以降低浮動油封的端(duān)面比壓及改善(shàn)橡(xiàng)膠圈的抗撕裂性能(néng)來滿足現場工況條件，并在安(ān)裝過程中嚴格按照規定步驟進行安裝和檢測，測試和(hé)運行過程中保證鍊輪的潤滑和冷(lěng)卻，順利通(tōng)過了空載8h的出廠檢(jiǎn)測，并(bìng)在(zài)後期安裝在刮(guā)闆輸送機上正常(cháng)運行。

通過對(duì)鍊輪浮動(dòng)油封存在問題的認真分析(xī)并(bìng)采取了相應的改進措施，從實際應用中可以看到(dào)，鍊輪漏油問(wèn)題也得到了有效的控制(zhì)，避免了(le)由于浮動密封漏油導緻設備損壞，提高了設備開機率，保證了(le)設備的正常運行。

來源：《設備管(guǎn)理與維修》2019年18期