混凝土攪拌機軸端漏漿分析與改進(jìn)

王松，孫家宏，林琪，李玉良

（徐州徐工施維英機械有限公司，江蘇 徐州 221004）

0 引言

混凝土攪拌機作為攪拌站的核心部件，其運行的可靠性關(guān)系到整個攪拌站的正常生產(chǎn)。一旦發(fā)生故障，將給客戶帶來巨大損失。而軸端漏漿作為影響攪拌機可靠性的主要故障之一，一直受到各界學(xué)者的關(guān)注。本文以某品牌攪拌機為例，從制造、裝配環(huán)節(jié)對軸端漏漿產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以提高軸端密封的可靠性及使用壽命。

1 軸端密封原理

如圖1所示為某品牌攪拌機軸端密封結(jié)構(gòu)。內(nèi)迷宮環(huán)、內(nèi)座腔固定在攪拌軸上，隨攪拌軸轉(zhuǎn)動；外迷宮環(huán)、外座腔固定在殼體上；座腔內(nèi)放置一對浮動環(huán)，左側(cè)浮動環(huán)在 O 形圈摩擦力作用下隨內(nèi)座腔一起轉(zhuǎn)動，右側(cè)浮動環(huán)跟隨外座腔靜止不動，兩浮動環(huán)相對旋轉(zhuǎn)。

該密封結(jié)構(gòu)由三道密封組成：第一道為油脂密封，通過向迷宮環(huán)與浮動環(huán)之間的小間隙腔體內(nèi)持續(xù)注入黃油，使油脂充滿整個腔體以阻隔混凝土的進(jìn)入；第二道為浮動環(huán)密封，通過 O 形圈壓緊兩個經(jīng)過配對研磨的浮動環(huán)，兩環(huán)端面緊密貼合形成密封面，進(jìn)而阻止混凝土的進(jìn)入；第三道為骨架油封密封，主要防止浮動環(huán)內(nèi)腔的黃油泄漏，保證浮動環(huán)密封面得到充分潤滑，起降溫減磨作用。

圖1 軸端密封結(jié)構(gòu)

2 軸端漏漿分析

因第一道密封并非封閉腔體，油脂與混凝土之間無法形成絕對隔離界面，而是混合在一起流至浮動環(huán)處，故第一道密封僅起到緩沖作用。第二道密封依靠緊密貼合的浮動環(huán)形成絕對隔離，是軸端密封的主密封。故本文重點分析影響浮動環(huán)密封性能的各項因素。

2.1 端面比壓

端面比壓即為兩浮動環(huán)中間接觸面的壓力，其直接決定了浮動環(huán)的密封性能。壓力由兩側(cè)的 O 形圈提供，而壓力的大小由內(nèi)、外座腔的相對軸向尺寸決定。

經(jīng)分析，影響內(nèi)、外座腔相對軸向尺寸的因素主要有攪拌軸的軸向尺寸精度、殼體端板間軸向尺寸精度以及軸套軸向尺寸精度等。因攪拌軸與殼體均較長，受機床加工能力與精度的限制，其軸向尺寸偏差較大，通過尺寸鏈計算，內(nèi)、外座腔裝配到位后軸向相對尺寸偏差約±1.5mm。而內(nèi)、外座腔間的相對軸向尺寸偏差標(biāo)準(zhǔn)在±0.5mm 以內(nèi)，故已嚴(yán)重超標(biāo)。導(dǎo)致兩浮動環(huán)的端面比壓不符要求，進(jìn)而影響浮動環(huán)的密封性能。

改進(jìn)措施：單純依靠提高機加尺寸精度較困難，可通過在裝配環(huán)節(jié)控制，消除尺寸鏈偏差。如圖2所示，優(yōu)化外座腔裝配方式，外座腔與殼體端板間留有調(diào)節(jié)間隙。當(dāng)內(nèi)、外座腔外部間距 t 調(diào)至設(shè)計尺寸時（t 可用量具測得），浮動環(huán)間的端面比壓即符合標(biāo)準(zhǔn)，密封性能得到保證。

圖2 改進(jìn)后軸端密封結(jié)構(gòu)

2.2 浮動環(huán)定位精度

浮動環(huán)在安裝中需保證 O 形圈不得扭曲或脫落，且浮動環(huán)需對中且不得歪斜。

通過對實際安裝過程跟蹤發(fā)現(xiàn)，工人通常采用螺絲刀將 O 形圈與浮動環(huán)撬入座腔內(nèi)。這使得 O 形圈產(chǎn)生一定的扭曲，且在座腔內(nèi)深淺不一致。同時通過測量浮動環(huán)周圈端面至座腔端面距離發(fā)現(xiàn)周圈距離不一致，最大相差1.5mm，表明浮動環(huán)相對座腔已歪斜。這將導(dǎo)致兩浮動環(huán)端面無法完全對正，且周圈預(yù)緊力不一致，進(jìn)而影響密封性能。

改進(jìn)措施：制作如圖3所示工裝，安裝時先將 O形圈、浮動環(huán)與座腔對正，然后利用工裝均勻下壓即可。經(jīng)試驗證明，該方法操作簡單，且能有效保證 O形圈與浮動環(huán)在座腔中的定位精度。

圖3 工裝

2.3 O 形圈性能

浮動環(huán)的預(yù)緊力來源于 O 形圈的壓變形，因此O 形圈的各項性能參數(shù)至關(guān)重要。經(jīng)查詢相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，O形圈需滿足：（1）常溫下，硬度為60±5（邵氏 A度），拉伸強度不小于11MPa，扯斷伸長率不小于300%。（2）120℃ 條件下，經(jīng)過70小時壓縮永久變形率應(yīng)不大于20%，硬度變化應(yīng)不大于0～+6（邵氏A 度）。通過對失效浮封檢測，部分 O 形圈拆掉后仍處于變形狀態(tài)，沒有及時回彈，說明 O 形圈已失去彈性，導(dǎo)致浮動環(huán)預(yù)緊力降低，進(jìn)而影響密封性能。

改進(jìn)措施：使用符合標(biāo)準(zhǔn)的 O 形圈，裝配前對其性能參數(shù)進(jìn)行檢測。

2.4 注油方式

從圖1可以看出，在浮動環(huán)與骨架密封圈之間有注油口，為確保浮動環(huán)有足夠油脂潤滑，通常采用氣動注油槍注油，一直加注到從骨架密封圈處有油脂溢出為止。骨架密封圈的密封壓力約0.05MPa，理論上該壓力不會造成 O 形圈的變形，但因采用氣動注油槍，供油速度較快，當(dāng)油脂從骨架密封圈出溢出時，內(nèi)部壓力已遠(yuǎn)高于0.05MPa，這將造成 O 形圈移位變形，進(jìn)而影響預(yù)緊力，造成密封失效。

改進(jìn)措施：在浮動環(huán)與骨架密封圈之間開設(shè)一泄油口，注油時打開泄油口，當(dāng)油脂從泄油口流出后注油完畢，再將泄油口堵上即可。

3 總結(jié)

經(jīng)分析，影響該品牌攪拌機軸端密封性能的因素主要有：（1）端面比壓不達(dá)標(biāo)；（2）浮動環(huán)定位精度較差；（3）O 形圈性能不達(dá)標(biāo)；（4）注油方式不合理。其相應(yīng)的改進(jìn)措施分別是：（1）通過裝配測量方法消除尺寸鏈偏差；（2）利用專用工裝保證浮動環(huán)定位精度；（3）使用符合標(biāo)準(zhǔn)的 O 形圈；（4）開設(shè)泄油口消除高壓變形。

經(jīng)驗證，改進(jìn)后軸端密封的可靠性得到顯著提升，軸端漏漿故障率明顯降低，使產(chǎn)品在提升質(zhì)量的同時，為客戶的利益提供保障。