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混凝土攪拌機軸端密封技術的發展

時間:2020-03-01 14:35:33 來源:駿輝機械-市場部 點擊:19226次

       軸端密封裝置是臥軸式混凝土攪拌機的重要部件,曾制約著攪拌機的發展。論述了早期及近期軸端密封的工作原理、結構特點及失效方式,并指出在工藝以及使用方面可以保證并進一步提高軸端密封的壽命。


       臥軸強制式混凝土攪拌機具有攪拌力強、拌和質量好、生產率高、適應性強的優點,適用于塑性、半塑性、干硬性混凝土及砂漿的生產。雙臥軸攪拌機還廣泛裝備于混凝土攪拌樓、站,作為主機。由于攪拌主軸為臥式橫置,工作時完全浸沒在研磨能力很強的砂石、水泥材料之中,形成對軸端密封裝置的特殊要求[1]。在過去很長一段時間內,軸端密封技術一直制約著臥軸式混凝土攪拌機的發展。早在1940年,德國桑索霍芬公司(BHS)就推出了雙臥軸攪拌機,但因軸端密封技術不成熟,其發展基本處于停頓狀態。直到20世紀70年代初,由于這項技術得到突破,該機型在德國BHS公司和ELBA公司、意大利的SICOMA公司等企業又重新得到發展。近年來隨著軸端密封技術的突破性發展,臥軸式混凝土攪拌機得到了廣泛的應用。


       軸端密封位于攪拌機的攪拌軸上,處于攪拌葉片(缸體內)與支承軸承(缸體外)之間,其主要作用是防止軸端漏漿,即攪拌機在工作時泥漿由缸體上的固定部件與旋轉部件之間的間隙向缸體外擠出。泥漿中的細小顆粒,進入軸端間隙后,將磨損固定和旋轉部件以及密封件。若泥漿堵塞了潤滑油口,泥漿在固定和旋轉部件間隙內部分硬化,使磨損加快,導致軸端漏漿;若泥漿進入并破壞軸承,將造成整機無法正常工作。


1 早期攪拌機的軸端密封


1.1 軸端密封的基本結構及工作原理


       國內早期的混凝土攪拌機軸端密封的基本結構如圖1所示,浮動密封環、轉轂、攪拌軸、密封圈和滑轂組成內腔,由單獨油道供油使內腔保持一定壓力,防止水泥漿和污染的油脂滲入;浮動密封環、轉轂、攪拌筒法蘭和滑轂組成迷宮式外腔,由單獨油道供油使外腔保持適當的壓力,防止水泥漿侵入。工作時浮動密封環A通過O型圈與滑轂的摩擦力保持靜止不動,浮動密封環A通過O型圈的摩擦力與轉轂一起轉動,轉轂由攪拌軸驅動,兩浮動密封環的接合端面產生相對運動,形成光滑的環帶,隔離內外腔達到密封效果。J型密封圈的主要作用是防止浮動密封環內腔的潤滑油向外泄漏。這種密封結構也被稱為開式結構。




1.2 軸端密封的工作條件及失效形式要保證軸端密封正常工作,必須滿足以下基本條件:


(1)內外腔油脂始終保持適當的壓力。攪拌機工作時,水泥漿侵入外腔迷宮,與油脂混合并稀釋使之消耗,所以使用前必須充滿油脂,使用中需不斷補充油脂,并通過一定的壓力將油脂擠出以抵消其消耗。


(2)兩浮動密封環之間的接合端面要保證一定的貼緊度,其接觸壓力一般為0.4~0.7MPa。在加工與裝配中,保證均勻的定動間隙有一定難度,所以間隙內的潤滑油在縫隙各處產生的阻力也不相等。攪拌機工作時,殼體內的泥漿因其本身重力以及攪拌葉片的擠壓,在軸端產生一定壓力,當此壓力大于潤滑油在攪拌軸與蓋板之間的間隙產生的最小阻力時,泥漿會進入間隙,對攪拌軸與蓋板造成磨損;當該間隙不斷擴大并被泥漿充滿時,泥漿就會進入蓋板與擋圈之間的間隙,進而進入定動間隙中,直至破壞J型油封并從此處向滑環轂外溢出,造成軸端漏漿。另外,如使用前或使用中未向軸端密封內泵油,也容易破壞軸端密封。


 


1.3 軸端密封的結構形式及特點


       從圖1中可看出存在以下不足:外腔雖然形成迷宮,但開口與攪拌機拌合區直通,外腔壓力建立較困難,水泥漿極易侵入并與油脂混合,稀釋并消耗油脂。為保證密封效果,首先在制造精度上要保證間隙均勻,其次在使用中要不間斷地補充大量油脂以抵消油脂的消耗,但大量油脂混入攪拌機拌合區,會使混凝土性能受到一定影響,在生產高強度混凝土和特種混凝土時,都對攪拌機軸端密封的油脂消耗量提出嚴格限制。在保證可靠密封的前提下,混入攪拌機內的油量應越少越好。另外由于轉轂由軸肩定位,而滑轂由攪拌筒端板定位,則攪拌筒兩端板距離的焊接誤差將直接影響到兩浮動密封環之間接合端面的貼緊度,很難保證0.4~0.7MPa的接觸壓力。裝配過緊會出現密封件早期磨損,降低使用壽命;裝配過松則浮動密封環接合端面的貼緊度不能保證密封效果。國內早期攪拌機采用的軸端密封基本屬于上述結構形式,有的將外腔迷宮加大,有的轉轂呈管狀套于攪拌軸上并用鍵與攪拌軸連接,滑轂套于轉轂上,但都未解決上述形式所存在的問題。有的在滑轂與法蘭之間加墊片調整,但安裝不好會造成漏油,密封環接合端面的接觸壓力只能依靠安裝人員的經驗,攪拌機的裝配質量依然不能得到可靠保證。


2 攪拌機的軸端密封的改進


2.1 開式密封的改進


為解決上述問題,國內外各混凝土攪拌機生產廠在開式密封結構上采取了不同的改進措施,有效地提高了軸端密封的壽命。


(1)軸端密封結構改進方法之一。國內某廠家改進的密封結構如圖2所示,在軸套與防塵蓋之間增加一個彈性面密封環,使外腔呈密閉狀態,油脂與水泥漿不直接接觸,有效地避免了水泥漿的侵入。所補充的油量只需滿足彈性密封環與轉轂之間的潤滑消耗即可,使用中進入拌合區的油量較少。軸套由軸肩定位,鍵與攪拌軸連接。為避免攪拌筒兩端板距離的焊接誤差影響兩浮動密封環接合端面的貼緊度,在軸套與防塵蓋之間可增加調整墊板。調整間隙與密封腔無關,避免了因安裝不當造成油脂泄漏對密封腔壓力的影響。檢修時整套軸端密封裝置可以順利地從軸端拆出,結構簡單。


(2)軸端密封結構改進方法之二


       國外某廠家改進的軸端密封結構如圖3所示,在密封裝置與攪拌軸之間增加一個軸套,滑轂與轉轂套于軸套上,調整合適后再將轉轂與軸套焊接。軸套由軸肩定位,由穩釘與攪拌軸連接,這樣可避免攪拌筒兩端板距離的焊接誤差對兩浮動密封環接合端面貼緊度的影響。轉轂外端面與法蘭外端面取齊,外腔迷宮采用單S型,以增加迷宮的長度,使間隙密封更容易形成,加工較簡單、安裝方便。迷宮外開口處在轉轂與轉板之間增加一道彈性面密封環,使外腔呈密閉狀態,有效地避免水泥漿的侵入,同時又利于潤滑油壓力的建立。在適當的供油壓力下,只需補充彈性密封環與轉轂之間的潤滑所消耗的油量,可大大減少潤滑油脂混入攪拌機拌合區內對混凝土性能的影響。


2.2 閉式密封


近年來一些廠家對上述密封結構的主密封進行了較大改進,采用剛性材料的銷軸器主體與柔性材料黃膠之間的零間隙來實現密封,將開式密封演變為閉式密封。有的廠家還在輔助密封中增加了氣體密封,圖4是某公司閉式軸端密封結構示意圖。


2.2.1 密封原理在定動間隙設計一耐磨柔性元件—黃膠,通過黃膠將鋼架固定在軸頭外殼上,鎖軸器固定圈通過斜面張緊將鎖軸器主體壓緊在攪拌軸上。黃膠與鎖軸器主體緊密接觸,使定動間隙變為零。側臂限位圈與軸頭保護圈通過螺栓及緊定螺釘固定在攪拌軸上,安裝后側臂限位圈被包圍在臂座之中,可保證軸頭保護圈與側臂限位圈對軸端的保護作用,使泥漿不致直接進入軸頭保護圈與短軸套的定動間隙。其密封原理為:第一道是軸頭保護圈與側臂限位圈間定動間隙內潤滑油的密封作用。在攪拌機工作前定動間隙各空間內充滿潤滑油,工作中通過電動泵以一定壓力自動向定動間隙潤滑油口注入潤滑油,并通過黃膠與鎖軸器主體之間向殼體內側擠出,使定動間隙內一直充滿潤滑油。第二道是氣動密封環的密封作用。在軸頭保護圈的內圓加工一環形槽,與外接氣源相通,壓力氣體(0.05MPa)進入環形槽后與轉動體(緊套在攪拌軸上的短軸套)一起形成氣體密封環。軸頭保護與軸套的間隙愈小,則氣體密封壓力愈大。氣體密封環的壓力可將侵入的泥漿推出定動間隙,將密封由被動阻止泥漿改為主動將泥漿推出。第三道是防塵圈的密封作用。阻止氣體進入主密封,使氣體只能通向推出泥漿的方向。第四道是黃膠與鎖軸器主體之間的密封,也是主密封。在此處將定動間隙分成兩個部分,一部分由單向密封圈、鎖軸器主體、黃膠及軸頭外殼組成的密閉工作油腔,形成閉式密封;一部分是開式定動間隙。第五道是單向密封圈,防止潤滑黃膠和鎖軸器主體的潤滑油外泄。第六道是骨架密封圈,防止浮動密封環內腔的潤滑油向外泄漏。


2.2.2 失效形式


       正常情況下,閉式密封可以更有效地阻止軸端漏漿,其使用壽命比開式密封有較大提高。閉式軸端密封主要用在較大的攪拌機上,由于攪拌機體積較大,加工有一定困難,所以殼體兩端固定軸端密封的端面法蘭的同軸度和端面與軸心的垂直度難以保證,導致定動間隙不均勻,對潤滑油的密封、氣動密封以及黃膠與鎖軸器之間的密封造成影響,泥漿也會因此突破密封。因此,閉式密封也需要及時檢查與維護。


       通過以上對軸端密封的分析可以看出,不管是開式密封還是閉式密封,密封性能都受到攪拌筒與攪拌軸的加工精度和裝配工藝的影響。因此,盡管軸端密封在結構形式上已經有了較大的改進,但是在工藝上,仍然有很大的提升空間。廠家應該在考慮性價比的前提下盡可能提高攪拌筒、攪拌軸的加工精度并改善裝配工藝。從使用角度來說,應該經常對軸端密封進行維護、保養,及時調整定動間隙、更換密封件,以避免軸端漏漿的出現,減少因漏漿后損壞大量定動元件而造成的損失。


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