采煤机用浮动油封装配间隙研究_宋相坤

由浮动油封的密封与磨损机理可知，装配间隙的 本栏目编辑 李文民 大小既要保证浮封环密封面上润滑方式以及 O 形圈压 缩量在规定范围之内，又要使浮封环背锥受到足够的 推力保证其磨损后能够自动更新，具有尽可能长的使 用寿命，这就需要确定一个合理的装配间隙。
2 浮动油封装配间隙确定方法
2.1 浮动油封试验与装配间隙的确定
静态情况下，记录浮动油封装配完毕后的初始装 配间隙，然后利用加载装置为浮动油封施加轴向力， 记录在不同轴向载荷下装配间隙值，并根据浮封腔和 浮动油封的结构尺寸计算出 O 形圈相应的压缩量；接 着对加载装置进行卸载，使浮动油封自由回弹，记录 回弹结束后浮动油封的装配间隙值。该项试验旨在通 过测量不同装配间隙下 O 形圈的压缩量和卸载后的反 弹情况，得出 O 形圈在较好的弹性范围内，装配间隙 允许的最小值 S1。 进行浮动油封动态试验时，可以由电控箱读出电 动机电流，换算出扭矩，去除系统转动引起的初始扭 矩，得出某装配间隙下浮动油封产生的摩擦扭矩。根 据静态试验得出的轴向压力与装配间隙的一一对应关 系，即可算出在不同装配间隙下浮动油封浮封环密封 面间的摩擦系数。根据摩擦系数与润滑状态的对应关 系[4]，即可判断浮封环密封面上的润滑状态。根据浮 动油封动密封机理，可以确定在吸附膜边界润滑状态 下允许的最小装配间隙 S2。 对比静态试验得出的最小装配间隙 S1 和由动态 试验得出的 S2，二者当中的较大值即为浮动油封合理 的装配间隙值 SY。
本栏目编辑 李文民
4 结语
随着煤矿产量的提高，采煤机的可靠性越来越受 到重视。浮动油封是采煤机摇臂上的关键零部件，其 可靠性直接影响了整机的生产效率。在分析浮动油封 密封和磨损机理的基础上，通过试验的方法给出浮动 油封的装配间隙，并提出了具体保证措施，有效提高 了浮动油封在生产实践中的使用寿命。
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参 考 文 献
[1] 付 林，杜长龙，高魁东. 螺旋钻采煤机钻头运动参数的优化 设计 [J]. 矿山机械，2010，38(9)：16-19.
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配间隙值进行滚筒连接套等零件的设计和装配，但浮 动油封往往达不到预期使用寿命。为解决该问题，有 学者提出通过控制浮封环密封面上的压力来调节装配 间隙[1]，也有学者用有限元分析的方法对装配间隙与 浮封环密封面压力进行了定量计算 [2-3]。深入研究浮 动油封装配间隙的确定方法和保证措施，对有效提高 浮动油封的使用寿命和采煤机生产效率意义重大。笔 者拟通过试验的方法，来确定浮动油封装配间隙合理 值。

4 结论
(1) 提出了一种基于数值模拟的螺旋钻采煤机稳 定器布局新方法——逐步约束法。 (2) 与均匀布局法相比，利用逐步约束法进行稳 定器布局，在钻杆钻进过程各阶段均能更加有效的控 制钻杆变形，减小钻采偏斜。 (3) 对于所研究的钻杆，利用逐步约束法布局 稳定器时，应把稳定器布局在距主机端 13.750 m、 26.825 m、37.625 m、46.400 m 这几个位置处。为了 钻进时布局稳定器的方便，可把这几个距离换算成距 钻头端的距离。
浮动油封试验装置如图 3 所示。通过该试验装 置，可进行浮动油封的多项试验。这里仅研究装配间 隙对浮动油封 O 形圈压缩量、浮封环密封面摩擦系数 或润滑方式的影响情况。
1 浮动油封的密封与磨损机理
浮动油封结构如图 1 所示。一套浮动油封有 4 处 静密封和 1 处动密封。4 处静密封为 2 个受压变形的 O 形圈与浮封环背椎和静环腔、动环腔内锥间的密 封；动密封为 2 个浮封环密封面间的密封。
Abstract：The paper indicated the problems during service of the floating seal used for shearers, and analyzed its sealing and wearing mechanism. It also put forward the method of determining the fitting clearance of the floating seal used for the cutting device of the shearer, and offered the measures of ensuring the fitting clearance in production practice, which was conductive to prolonging service reliability of the floating seal and productivity of the shearer. Keywords：shearer; floating seal; fitting clearance; determination method; assuring measure
浮
动油封因结构简单、密封可靠和寿命较长等优 点，大量应用在采煤机摇臂输出轴上。其装配
基金项目：天地科技股份有限公司青年基金创新项目 (KJ-JJ2011-TDSH-04) 作者简介：宋相坤，男，1980 年生，硕士，助理研究员，主要 从事采掘机械设计工作。
间隙是浮动油封装配和设计滚筒连接套等零件的重 要依据。采煤机用浮动油封往往由于装配间隙调整 不当或无法保证而导致使用寿命大幅度降低，严重 影响了生产效率和设备可靠性。 目前，国内专门对浮动油封装配间隙的研究报 道较少。实践中多依据浮动油封生产厂家提供的装
参 考 文 献
[1] 卢济武. 煤矿机械大型浮动油封研制与应用 [J]. 润滑与密封， 1993，18(6)：17-19. [2] 孙运友，周常飞，汪崇建. 采煤机浮动油封 O 形圈有限元分析 [J]. 煤矿机械，2010，31(11)：88-90. [3] 徐卫鹏. 基于 ANSYS Workbench 的浮动油封力分析 [J]. 煤矿 机械，2011，32(10)：124-126. [4] 尚顺事，顾家林，康飞宇，等. 影响薄膜润滑摩擦系数的主要 因素 [J]. 石油炼制与化工，2004，35(10)：41-44. □ (收稿日期：2012-05-16)
(a) 装配
(b) 使用一段时间后
(c) 失效
图 2 浮动油封磨损机理 Fig. 2 Wearing mechanism of floating seals
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2.2 试验结果与改进措施
试验结果表明，S Y 值往往由浮动油封 O 形圈的 性能决定，即 S1＞S2。同时发现，少数浮动油封生产 厂家所提供的装配间隙值与试验所得 S Y 值相符，其 他厂家则存在明显差别，且装配间隙与浮封环密封面 上的压力关系也存在较大差别。 从各浮动油封生产厂家提供的资料来看，同一型 号的产品其浮封腔、O 形圈和浮封环的关键结构尺寸 基本一致。以不同厂家生产的浮封环和 O 形圈配对进 一步试验，发现试验结果的差别主要是由于 O 形圈硬 度和浮封环材质等不同造成的。针对这种情况，通过 与常用浮动油封生产厂家交流，规定了 O 形圈材质与 硬度，并对浮封环的材质及其工艺等进行了改进。
图 3 浮动油封试验装置结构 Fig. 3 Structural sketch of test device for floating seals
浮动wenku.baidu.com封的装配间隙是 O 形圈压缩量和浮封环 密封面上压力的综合反映，两者都与浮动油封的密封 和磨损机理密切相关。 采煤机摇臂用浮动油封属于低速重载的摩擦件， 密封面上的润滑油是在动浮封环转动时沿着浮封环内 侧锥面通过毛细和离心力作用慢慢进入的，然后附着 在密封面上，并随密封面一起转动进行润滑。由润滑 理论可知，两浮封环密封面间的润滑主要为吸附膜边 界润滑。静密封通过 O 形圈的压缩变形来实现，动密 封靠吸附在浮封环密封面很薄的一层油膜进行润滑和 密封。 在浮动油封运转过程中，当缺油或吸附油膜厚 度不足以超过密封面上的粗糙峰高度时，密封面局部 就直接接触，形成了干摩擦，也就造成了浮封环的磨 损。通常情况下，随着磨损的进行，浮封环密封面会 连续自动更新，并向内移至内径 (见图 2)，这样既能 保持住油润滑，又能防止外部污物进入。
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3 采煤机用浮动油封装配间隙保证 措施
浮动油封在采煤机摇臂上的安装情况如图 4 所 示，浮动油封的装配间隙不仅与装浮动油封的滚筒连 接套和端盖有关，也同时与轴承座、输出轴轴承、行 星架和压紧螺栓等有关。欲使浮动油封在实践中具有 尽可能长的使用寿命，不仅要确定其合理的装配间 隙，更要在设计、装配和使用等环节对该值进行保 证。
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Study on fitting clearance of floating seals used for shearers
SONG Xiangkun，YUN Ruiguang
Shanghai Branch of Tiandi Science & Technology Co., Ltd., Shanghai 200030, China
(4) 加强日常维护，对压紧螺栓进行定期检查， 防止由于该螺栓的松动或断裂引起滚筒连接套的轴向 移动而造成浮动油封装配间隙无法保证的问题。 目前，浮动油封装配间隙研究成果已在 MG650/ 1620-WD、MG900/ 2245-GWD 等采煤机上应用。实 践表明，装配间隙得到保证后，浮动油封的使用寿命 有了显著提高，达到了预期效果。
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1. 浮封环 1 2. 静环腔 3. O 形圈 1 4. O 形圈 2 5. 动环腔 6. 浮封环 2
1. 支座 2. 张紧装置 3. 电控箱 4. 电动机 5. 油箱 6. 轴组件 7. 静环固定座 8. 浮封腔 9. 动环固定座 10. 加载装置
图 1 浮动油封结构 Fig. 1 Structural sketch of floating seals
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本栏目编辑 李文民
采煤机用浮动油封装配间隙研究
宋相坤，貟瑞光
天地科技股份有限公司上海分公司 上海 200030
摘要：指出了浮动油封在使用中存在的问题，分析了浮动油封密封与磨损机理，提出了采煤机截割部 用浮动油封装配间隙的确定方法，并给出了在生产实践中保证装配间隙的具体措施，有效提高了浮动 油封的使用可靠性和采煤机生产效率。 关键词：采煤机；浮动油封；装配间隙；确定方法；保证措施 中图分类号：TD421.6 文献标志码：A 文章编号：1001-3954(2012)09-0024-03