AMP 熱模鍛壓力機濕式離合Z 型機械密封失效原因分析

胡延東，胡巧利，潘澤星

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 寶雞 722409）

引言

AMP 熱模鍛壓力機被廣泛應用于汽車、農業機械、航空、五金工具等領域，是進行大批量、高精度鍛件的首選設備。該壓力機的驅動通過電機經皮帶傳動帶動飛輪。飛輪被支撐在右軸承體上，并可旋轉。在釋放做功行程的情況下，飛輪與偏心軸通過液壓驅動的濕式離合器將力傳遞連接，同時將彈簧加壓的制動器通過液壓脫開。偏心軸的旋轉運動通過一個連桿被作為線性運動傳遞到滑塊。濕式離合器同時也作為壓力機的超載保護裝置[1-2]。

濕式離合器具有推力大、動作靈敏、慣性小、速度快、摩擦盤磨損小等諸多優點，近年來被國內、國外廠家得到了大力推廣。為了使得濕式離合器（如圖1 所示）內部的摩擦盤保持良好潤滑和冷卻，摩擦盤不得不長期浸泡在流動的專用傳動液當中。由于飛輪在不停地旋轉做功，摩擦盤和飛輪之間就有旋轉運動。Z 型機械密封被安裝在了飛輪和摩擦盤之間，起到阻止流體泄漏的作用。

圖1 濕式離合器結構圖

1 Z 型機械密封的結構及工作原理

Z 型機械密封靠彈簧的拉力被固定在飛輪的凸臺上，端面具有含有金屬材料的耐磨復合材料構成，Z 型結構的密封在安裝離合器齒套時給予了一定的預壓力，保證流體不泄漏。

在正常工作時，Z 型機械密封相當于密封的動環，齒套相當于靜環，兩者靠一對垂直與統一旋轉偏心軸軸線作相對滑動的端面結合，在流體壓力和安裝時給與的預壓力作用下保持貼合，而達到限制工作流體沿轉軸泄漏，無填料的裝置。端面之間有一層微米級的液膜，使動環和靜環分離開來，從而降低了端面的摩擦熱。Z 型機械密封的主要作用是將容易泄漏的軸向密封改為難以泄漏的端面密封，保證設備的正常運行。

2 Z 型機械密封失效原因分析

2.1 密封本身的制造缺陷

Z 型機械密封不同于常規的機械密封，動環接觸面非石墨等硬度較高的材料，它具有一定的彈性。這種復合材料的接觸面在加工時平面度不好，所以在實際安裝后，摩擦副之間有一定的間隙，存在流體泄漏。

2.2 新舊密封更換時造成的泄漏

Z 型機械密封由于摩擦副的運動，舊密封在長時間使用后，會對齒套接觸面造成一定的磨損，在更換新密封時，由于新舊密封接觸面寬度的不一致，造成安裝后摩擦副接觸面不是很緊密，造成了流體的泄漏，因此，設備在正常維修時，為了保證新密封在齒套端面的貼合性，要求每次維修時必須對齒套端面精密磨削。

2.3 摩擦對密封的影響

摩擦是動密封中不可避免的，摩擦力的大小與密封件的材質、流體種類、流體壓力、工作溫度、速度、密封面的表面粗糙度等因素有關，它直接影響密封件的密封性能和壽命。

在正常工作條件下，Z 型機械密封和齒套之間相互貼合旋轉，產生大量的摩擦熱，使材料端面的溫度升高，流動的潤滑油會將大部分熱量帶走，保證密封的正常工作。但是溫度的升高會給密封的正常工作帶來一系列問題：

1）摩擦副端面溫度的升高，極易造成端面油膜氣化，摩擦副由原來的良好潤滑變為干摩擦狀態，進而對密封圈造成更加嚴重的損傷。

2）干摩擦的出現，會加快摩擦副的磨損，縮短密封圈的壽命。

3）干摩擦會造成機械密封復合材料的碳化，使得復合材料與齒套端面粘連在一起，失去功效。

4）由于Z 型機械密封基體材質為丁腈橡膠，在高溫作用下Z 型結構會降低彈性，摩擦副之間就會產生一定的間隙，從而出現泄漏流體的現象。

5）由于長時間溫升，密封圈會發生塑性變形，甚至老化變硬，使得密封圈徹底失效。

2.4 安裝裝配時清洗不徹底

Z 型機械密封在安裝時，對表面清潔度有一定的要求，許多密封在維修時端面無明顯磨損、劃痕等現象，但是存在一定的泄漏，這是因為Z 型槽內夾雜了許多小顆粒，使得機械密封在工作時回彈不靈活，造成一定的泄漏。

2.5 安裝操作不當帶來的損傷

由于齒套外形尺寸大，重量達到1.2 t 多，安裝時一般采用橋式起重機起吊的方式進行裝配，Z 型機械密封被裝配在飛輪凸臺上，兩者在接觸過程中撞擊是不可避免的，這種撞擊在裝配時對密封圈有一定的損傷，有些擠壓傷會對密封圈造成永久的損傷，裝配后出現失效的現象。

2.6 安裝時齒套與偏心軸同軸度變差大

Z 型機械密封首先被提前固定在飛輪凸臺上，齒套用脹緊套被固定在偏心軸上，在裝配過程中，齒套壓縮Z 型機械密封后會對齒套有個反作用力，這個反作用力給安裝齒套帶來了一定的困難，隨著固定脹緊套螺栓的扭矩不斷增大，齒套可能會存在一定的傾斜，也就是齒套相對于偏向軸的同軸度變差，這就需要在實際裝配過程中不斷測量齒套端面到飛輪的距離，同時調整脹緊套螺栓的預緊力，保證四周誤差在0.3 mm 左右。

2.7 齒套端面表面粗糙度不夠

由于密封圈與齒套端面在做高速的旋轉運動，齒套端面的粗糙度對密封圈的壽命影響非常大，齒套端面粗糙度至少要達到0.8 以上。

2.8 飛輪端面軸向跳動大

由于飛輪被固定在右軸承體上，軸承的端面用螺栓緊固，長時間使用，可能會使得螺栓松動，從而導致飛輪端面軸向跳動大。

在上述情況下，可用密封工具將底座固定在床身，用人工攀車方法，測量飛輪最大直徑處端面軸向的跳動度，端面跳動度應小于0.15 mm，否則需要檢查軸承端面的固定螺栓。

3 濕式離合Z 型機械密封安裝注意事項

Z 型機械密封的壽命與安裝人員專業水平的高低關系緊密。作為超大零件裝配的一種，安裝時稍有不慎，都會對后續使用造成很大的影響，所以在日常維修安裝時要注意以下問題[1]：

1）進行安裝時，嚴格按照指導說明書的要求進行，并隨時用深度尺測量記錄密封的壓縮量，保證密封的壓縮量達到廠家要求值。

2）安裝時，Z 型機械密封應先進行清洗，特別是Z 型溝槽內要用壓縮空氣進行清理，防止將固體顆粒物帶入，并在裝配前對密封摩擦副兩個端面分別涂抹潤滑脂，防止啟動時干摩擦導致受損。擦拭時必須用不掉棉絮切柔軟度較好的材料進行，不得隨意用包裝紙等物品擦拭。

3）在安裝前，應先觀察摩擦面是否受損，是否有劃痕，嚴禁將有問題密封裝入。

4）新安裝密封后，應先對齒套腔體充分潤滑，待腔體內空氣全部排除，油泵壓力表穩定在1 MPa 后進行空運轉，此時不得帶載荷運轉。

4 結語

由于鍛壓設備屬于大型設備，在熱模鍛壓力機中運用大規格機械密封的實例不是很多。而機械密封本是一種要求比較高的精密部件，不論從加工到裝配都有很高的要求，因此希望本文的經驗總結能夠對該類設備維修人員提供一定的幫助，從防止流體泄漏源頭著手，正確判斷此類問題。