论双卧轴强制式搅拌机轴端密封设计

论双卧轴强制式搅拌机轴端密封设计
【摘要】本文从强制式搅拌机轴端密封构造特点、及运动过程分析出发，根据多年大量实践经验探索、设计出几种较好轴端密封形式。

【关键词】强制式搅拌机;轴端密封
近年来，单双卧轴强制式混凝土搅机发展很快，已充分体现出它的生产效率高，搅拌质量好的优势，它将逐渐取代双锥形搅拌机，因此该种形式的搅拌机很有发展前途，但砂浆容易顺着搅拌轴侵入轴端密封使密封面产生剧烈磨损，使搅拌轴滚动轴承等零件加速损坏，故本人经过设计JS1000和JS1500双卧轴型后，对轴端密封进行了研究，认为卧轴式混凝土搅拌机能否有好的前景，一个很重要的因素就是要解决好轴端密封问题，彻底解决漏浆问题，而改进和完善轴端密封，一直是工程技术人员最为关心的问题。

下面就本人多年来实践经验探讨一下几种轴端密封形式的设计。

1浮动密封特点
浮动密封属于端面机械密封的一种特殊形式，其结构简单，端面密封压力能自行补偿，砂浆不易浸入，润滑脂油不外泄，密封效果好，适合在低速重载作业条件恶劣处使用。

2浮动密封的构造
浮动密封是由两个金属浮封环和两个C型密封橡胶圈组成，金属浮封环用合金铸铁或粉末冶金等材料制成，其外形为圆锥体。

3浮动密封的工作原理
在转动的浮动环与转动之间及固定的浮封环与固定毂之间的锥形体处各放置一个大截面O型密封橡胶圈，当转动毂和固定毂相互压紧后，两个密封圈就产生弹性变形，而被压扁成椭圆形断面，这样，既密封了圆锥体外的空间，又因密封圈所产生的弹性使两个浮封环产生相对的轴向力，使两个磨擦接触端面互相贴得很紧，从而保证了足够的密封作用，而当两个接触的端面磨损后，密封橡胶圈的弹性可起一定的补偿作用，仍然能保证两者端面的互相贴紧，继续保持良好的密封效果。

4轴端密封
轴端密封是卧轴强制式搅拌机的特殊结构和重要部分，它由搅拌轴支承及轴端密封（包括骨架，油封，轴承，支承座，浮动密封环等组成）它的作用就是：保护轴端处的支承轴承不受砂浆侵蚀，防止轴端处漏浆，以延长轴承、主轴等零件的使用寿命，确保搅拌系统的正常工作，两种结构形式的密封装置如图（7，8）
所示：原理是：（1）外油道密封：它是起第一道密封作用，通过手动或机动油泵连续供油输送一定压力的润滑脂，所供之油脂一方面作为相对滑动面的润滑油之用，另一方面供转动零件的间隙形成外油道密封，此处油脂向外缓慢流动，通过环形缝隙C使油少量渗出以抵住砂浆向转动处的缝隙内渗入保护内部零件不受磨损，这就是搅拌轴轴端密封所独有的密封特点。

（2）浮动密封：它是第二道密封，当第一道密封受到砂浆的渗入后，浮动密封将起到长期而主要的密封作用。

浮动密封中的两个浮动环相互接触面在一定压力下转动而产生摩擦，为了减少磨损保持良好的密封状态，经手动或机动供油器输送一定压力的润滑脂，使两环相互接触端面有较好的润滑，从而延长了使用寿命，又长期保持良好的密封效果。

5轴端密封装置的两种结构形式
（1）封闭式结构
其特点是：（A）外形尺寸紧凑（B）外界灰尘不易侵袭（c）不足之处是：若操作者不重视按时向轴端密封注油（指手动加油脂），则易使砂浆对轴承侵蚀，导致轴承和轴损坏。

（2）外置隔离结构
其特点是：（A）安装浮动密封一需专用工具（B）省去止推轴承（C）当浮动密封鹰损而漏浆容易发现（D）当浮动密封座损已出现漏浆，决不会侵袭到支承轴承（E）安装和修理方便（F）不足之处是：外形尺寸稍大一些。

根据以上两种轴端密封结构的特点，可以看出：外置隔离式结构可弥补封闭式结构的不足之处，经实践也证明，外置隔离式结构是优于封闭式结构。

但是上述轴端密封，虽然具有一定的可靠性，但结构较复杂，加工工艺繁锁，制造装配困难，砂浆易进入，成本高，为了克服上述缺陷，寻求一种简单可行，安全可靠的轴端密封是十分必要的，因此，我经过调查分析研究先后设计了三种轴端密封结构，第一种如图7所示：它的工作原理是：A，B两孔为油脂的注入，它通过输入油管与手动油泵（图中未显示）相联接经B孔注入的油脂可抵达浮动密封环5的内腔，主要起着润滑作用，以减少浮动密封环端面间的磨损。

经A孔注入的油脂经转动壳3外围的环形缝隙抵达挡浆环2的内端，这些充满缝隙的油脂，不仅可阻挡砂浆向它的内部侵蚀，还可将侵入的砂浆挤出来（因为手动油泵可以0—10MPa的压力推动油脂向前运动）。

第2道密封是由O形密封圈4和浮动密封环5等零件所组成，这是最主要的一道密封装置。

其原理是：当O形密封圈4被转动壳3和滑动壳6压紧之后，它不仅可以起到密封的作用，而且还具备了加压的功能，使动环和静环的端面产生一定的工作压力，在这个压力的作用下，两端面紧密贴合，形成了可靠的密封。

当两端面磨损之后，在这个压力作用下，使动环和静环作轴向移动，因而能够实现自动补尝磨损，使密封很可靠。

油封8和油封10分别组成了第3道和第4道密封，当前两道密封磨损之后，这两道密封可阻挡砂浆的渗透，起倒保护滚动轴承11的作用，以免发生更多的砂浆进入
轴承内。

在一般情况下，上述浮动密封还是比较可靠的，其维修周期和使用寿命都较长，从用户使用返馈信息表明，轴端漏浆的问题较少。

在第一道密封中，起着着封堵砂浆作用的油脂是糊状的，从图7可以看出，由于油脂所处的环形缝隙为开放型，因此在工作时这些油脂会逐渐流失，导致砂浆随之向轴承内渗入，因此，第一道密封并非完全可靠。

从原理上讲，第二道密封是安全可靠的，但是一旦砂浆突破第一道密封之后，第二道密封将处于砂浆包围之中，促使第二道密封急剧的磨损，另外，在第二道密封中，其动环和静环端面间的工作压力，直接关系着密封的效果，压紧力过大，将使端面间磨损加剧，发热，甚至咬死，压紧力过小，密封效果显著降低，甚至漏浆，从图7可以看出，压紧力的大小是受着转动壳3、滑动壳6以及搅拌轴和拌筒体尺寸和装配尺寸的影响，因此对这些零件的加工精度要求较高。

除此之外，第三道密封使浮动密封环内腔密闭，这虽然有利于润滑，但也阻挡了砂浆的泄漏，只有在前三道密封均被破坏之后，漏浆孔才有砂浆显示出来，这时整个部件已损坏相当严重了。

图8所示是第二种型式的可自动补偿的轴端密封，动环2靠紧定螺钉固定在搅拌轴上，螺栓6将静环3、橡胶圈1和内压板5联为一体，静环3的端面因受压簧9的压力而与动环2紧密贴合，当动环和静环两端面磨损之后，在压簧9的作用下，静环可走作轴向移动，使两端面始终靠紧。

因此砂浆很难从此渗入到轴承内。

工作时动环、静环两端面间的磨擦热被循环搅拌的砂浆冷却，渗入两端面缝隙的液体可起到润滑作用。

在轴承座8的下方，设置有较为大的漏浆孔，以便观察磨损情况。

当第一道密封损坏之后，作为第二道密封11可以阻挡住砂浆对滚动轴承的侵蚀，使砂浆从漏浆孔卸漏出去。

为了延长橡胶圈的使用寿命，故在内压板5的背面安装了2个销4，在销4的下插入轴承座孔的相应孔中，这样橡胶板只作轴向移动，不能在径向扭转，防止了橡胶的撕裂。

图9所示是第三种型式轴端密封，我公司在不断总结以上两种密封实践经验，改进设计出的，它的特点是用了三道密封防线比图7中密封又多加了一道密封防线，即在密封座前加了两层橡胶密封垫，由于橡胶是具有弹性故它能紧密贴在转动毂之上，使砂浆不能从G点处间隙进入密封座（转动毂）内，密补了砂浆会从两个零件之间装配间隙进入主轴轴承可能性发生，有效防止砂浆无孔不入特点，此种形式轴端密封已在我公司生产的各种强制式搅拌机中应用，经多年产品工业性考核，和收集了用户反馈意见效果都很好，并值得推广应用。

三种轴端密封（图7、图8、图9）结构如下：
6结论
通过对卧轴式搅拌机轴端密封研究分析可得出以下结论：
（1）三种轴端密封效果、使用寿命和可靠性方面都很好、各有好的特点之
处，特别是最后一种轴端密封结构紧凑、工艺简便、制造和安装都较为方便、防砂浆进入效果显著并可降低制造成本，我认为很有一定推广价值。

（2）装浮动密封圈的座腔尺寸和相对位置一要设计合理、这个座腔尺寸是关键性的，它将对浮动密封的可靠性起着很大影响，也是密封处的成功与否的关键之处，在此座腔的尺寸设计自已也探索出一些经验数据。

如图9所示：经实际工况实践验证收到了很好效果。

总之，轴端密封结构设计有待于大量的试验数据和实际使用经验来确定。

（3）轴端密封处供油系统要求进油口设计应合理，油管长度的布局应尽量短并靠尽进油口，油泵规格不易太小否则不能有较好向密封腔输送一定压力的润滑脂，同时，就达不到对浮环相互接触面有较好的润滑作用，也不能将进入密封腔内的砂浆迅速排除。

以上的理论分析和结论的推出，都是自已多年来依据实践经验和机械摩擦学原理、机械润滑学、机械密封原理等理论知识总结分析得出的，并经过长期工业性考核，收到了很好效果，目前我公司强制式搅拌机都采用以上三种密封形式实践证明效果都很好，以上提出的一些观点和经验设计仅供大家来探讨研究。

参考文献：
[1]东北工学院编.机械基础.冶金工业出版社.
[2]哈建工西冶工合编.混凝土机械与桩工机械.中国建工出版社.
[3]机械工程师进修大学出版社编.摩擦学原理.。