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混凝土攪拌機軸端密封技術的發展

發布:hengjian 浏覽:462次

摘要]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,並指出在工藝以及使用方面可以保證並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、生産率高、適應性強的優點,適用于塑性、半塑性、幹硬性混凝土及砂漿的生産。雙臥軸攪拌機還廣泛裝備于混凝土攪拌樓、站,作爲主機。由于攪拌主軸爲臥式橫置,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,進入軸端間隙後,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;若泥漿進入並破壞軸承,將造成整機無法正常工作。

1 早期搅拌机的轴端密封

1.1 轴端密封的基本结构及工作原理

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、轉毂、攪拌軸、密封圈和滑毂組成內腔,由單獨油道供油使內腔保持一定壓力,防止水泥漿和汙染的油脂滲入;浮動密封環、轉毂、攪拌筒法蘭和滑毂組成迷宮式外腔,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型圈與滑毂的摩擦力保持靜止不動,浮動密封環A通過O型圈的摩擦力與轉毂一起轉動,轉毂由攪拌軸驅動,兩浮動密封環的接合端面産生相對運動,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爲開式結構。

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1.2 轴端密封的工作条件及失效形式要保证轴端密封正常工作,必须满足以下基本条件:

(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,與油脂混合並稀釋使之消耗,所以使用前必須充滿油脂,使用中需不斷補充油脂,並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,其接觸壓力一般爲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産生的阻力也不相等。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,在軸端産生一定壓力,當此壓力大于潤滑油在攪拌軸與蓋板之間的間隙産生的最小阻力時,泥漿會進入間隙,對攪拌軸與蓋板造成磨損;當該間隙不斷擴大並被泥漿充滿時,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型油封並從此處向滑環毂外溢出,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 轴端密封的结构形式及特点

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,水泥漿極易侵入並與油脂混合,稀釋並消耗油脂。爲保證密封效果,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,在生産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。另外由于轉毂由軸肩定位,而滑毂由攪拌筒端板定位,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,有的轉毂呈管狀套于攪拌軸上並用鍵與攪拌軸連接,滑毂套于轉毂上,但都未解決上述形式所存在的問題。有的在滑毂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 搅拌机的轴端密封的改进

2.1 开式密封的改进

爲解決上述問題,國內外各混凝土攪拌機生産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毂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。爲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,滑毂與轉毂套于軸套上,調整合適後再將轉毂與軸套焊接。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。轉毂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。迷宮外開口處在轉毂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毂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 闭式密封

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,將開式密封演變爲閉式密封。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 密封原理在定动间隙设计一耐磨柔性元件—黄胶,通过黄胶将钢架固定在轴头外壳上,锁轴器固定圈通过斜面张紧将锁轴器主体压紧在搅拌轴上。黄胶与锁轴器主体紧密接触,使定动间隙变为零。侧臂限位圈与轴头保护圈通过螺栓及紧定螺钉固定在搅拌轴上,安装后侧臂限位圈被包围在臂座之中,可保证轴头保护圈与侧臂限位圈对轴端的保护作用,使泥浆不致直接进入轴头保护圈与短轴套的定动间隙。其密封原理为:第一道是轴头保护圈与侧臂限位圈间定动间隙内润滑油的密封作用。在搅拌机工作前定动间隙各空间内充满润滑油,工作中通过电动泵以一定压力自动向定动间隙润滑油口注入润滑油,并通过黄胶与锁轴器主体之间向壳体内侧挤出,使定动间隙内一直充满润滑油。第二道是气动密封环的密封作用。在轴头保护圈的内圆加工一环形槽,与外接气源相通,压力气体(0.05MPa)进入环形槽后与转动体(紧套在搅拌轴上的短轴套)一起形成气体密封环。轴头保护与轴套的间隙愈小,则气体密封压力愈大。气体密封环的压力可将侵入的泥浆推出定动间隙,将密封由被动阻止泥浆改为主动将泥浆推出。第三道是防尘圈的密封作用。阻止气体进入主密封,使气体只能通向推出泥浆的方向。第四道是黄胶与锁轴器主体之间的密封,也是主密封。在此处将定动间隙分成两个部分,一部分由单向密封圈、锁轴器主体、黄胶及轴头外壳组成的密闭工作油腔,形成闭式密封;一部分是开式定动间隙。第五道是单向密封圈,防止润滑黄胶和锁轴器主体的润滑油外泄。第六道是骨架密封圈,防止浮动密封环内腔的润滑油向外泄漏。

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、攪拌軸的加工精度並改善裝配工藝。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,減少因漏漿後損壞大量定動元件而造成的損失。