劉鑫

（國家能源集團神東（dōng）煤炭集團高端設備研發中心（xīn），陝西榆林 719315）

0　引言

浮動油封（fēng）誕生於20世紀50年代後期，Z初用於取代推土機履帶行走機構上的橡膠（jiāo）油封，結構屬於動密封的一種，是一種緊湊型的金屬端麵密封，主要用於低速重載場合，在煤塵大、泥沙多（duō）、水（shuǐ）氣（qì）多等惡劣（liè）的工（gōng）作環境下（xià）具有超強的密（mì）封性能，並具有耐磨、端麵磨損後能自動補償等優點；因其（qí）結（jié）構簡單、密（mì）封可靠和（hé）壽命較長等優（yōu）點，在煤礦機（jī）械中（zhōng）被（bèi）廣泛應用，如刮板輸（shū）送機、轉載機等。

刮板輸送機是煤礦綜采設備的主要組成部分，鏈輪（lún）組件是刮板輸（shū）送機的重要（yào）組成部分（fèn），其能否安全可靠運行，直接關係到礦井生產。刮板輸送機在使（shǐ）用過程中，鏈輪（lún）組件出現（xiàn）漏油現象，導致鏈輪組件（jiàn）失效，直接嚴重影響了礦（kuàng）井的正常生產。

1　問題

維修部門新裝配的刮板輸送機機頭鏈輪組件，在空載試機運（yùn）行（háng）不到30min時，發現鏈輪冒煙漏油，經停機拆解後發現為浮動（dòng）油封（fēng）的紅棕色O形橡（xiàng）膠圈已經斷裂並掉下碎塊，經相關人員現場（chǎng）查看分析，係浮動油封漏油致使軸承處缺油，軸承在缺油工況下使用30min，局部高溫導致橡膠圈失效，O形（xíng）圈材料為氟橡膠，浮動油封的規格為350-375-38。

2　浮動油封的密封與磨損機理

浮動油封一般是由一對浮動密封環（以下簡稱浮（fú）封環）、兩個橡膠圈、兩個浮封座等6部分組成的密封係統（圖（tú）1），共5處密封要求。浮封環是一個軸向（xiàng）呈馬鞍形，由鐵合金材料製成的浮動式的端麵密封環。橡膠圈是一軸向截麵為圓（yuán）形而截（jié）麵（miàn）直徑較粗的橡膠環。浮動座是含（hán）有一個內錐麵、起到托住橡膠圈與（yǔ）浮動環並使兩者在空間（jiān）保持一定位置的座腔（qiāng）。浮封環需成對使用，一個隨旋（xuán）轉件旋轉（動環），另一個相對靜止（定環），在動環與浮封（fēng）座之間以及在（zài）定環與浮封座之間的錐麵處（chù），各裝入一個具有圓形斷麵（miàn）的橡膠圈，在裝配（pèi）預緊力作用下橡膠圈在（zài）浮封（fēng）座（zuò）形成的密封腔內受軸向壓縮產（chǎn）生（shēng）變（biàn）形。產生垂直（zhí）於（yú）浮封座錐麵的彈力Fb和垂直浮封環錐麵的彈力Fc，彈力Fc分解為軸向分力Fca和徑向分力Fcr。彈力Fb是橡（xiàng）膠圈與浮封座錐麵（miàn）緊密接觸實現b處（chù）密封，彈力Fc是橡膠圈與浮封環錐（zhuī）麵緊（jǐn）密接觸實現（xiàn）c處密封，軸向分力（lì）Fca使兩浮封環密封麵緊密接觸，實現a處密封，Z終實現整個（gè）密封係統的5處密封要求（圖2）。

圖1 浮動油封結構

浮封環的密封接觸表麵寬度為（0.2～0.3）mm，內部的錐形間隙有利於潤滑油進入密封麵（miàn）。潤滑油通過毛細作用、旋轉時的離（lí）心作用（yòng）以及密（mì）封腔內溫升（shēng）後內（nèi）壓增大的作用進入密封間隙，形成一層（céng）很薄的油膜，從而（ér）實現密封、潤滑及冷卻，同時還可（kě）避免兩浮（fú）封環接觸端麵過度磨損發熱所引起的橡膠圈老化（huà）變形（xíng）、失去彈性。當浮封環亮帶磨損（sǔn）時，橡膠圈的彈性還可（kě）起到一定的自動補償作用。

3　原因分析

圖（tú）2 浮動油封密封原（yuán）理

針對此問題（tí），成立了專門（mén）的問題原因分析小組，對此問題產生（shēng）的可能原（yuán）因進行了全麵的剖析，具體原因查證分析過程與初（chū）步分析如下。

（1）檢測浮封座外唇口尺寸為Φ384.3mm。

（2）檢測浮動油封膠圈組合後尺寸為Φ385.5mm。

（3）在裝配過程中，因橡膠圈的硬度過高，O形（xíng）圈（quān）裝配不到（dào）位，導致O形圈的位置不同，變形抗力增大，從而導致浮封環（huán）的端麵比（bǐ）壓不一致，密封力也不同，而導（dǎo）致漏油。

（4）浮封環裝配後由於受到不平（píng）衡的力的作（zuò）用，導致密（mì）封力的不平衡，造成浮封（fēng）環的端麵比壓產生畸變，而（ér）導致漏油。

（5）浮動油封在工作時，由於浮封環所受的軸向（xiàng）力過大，使浮封環的端麵比壓增（zēng）大，致使浮封環（huán）的密封亮帶損壞，O形圈與浮封環接觸的擠壓力過（guò）大，而O形圈的撕裂強度又過（guò）低，為此（cǐ），導致浮封環將O形（xíng）圈擠壞而使橡膠圈破裂，Z終導致密封漏（lòu）油失效。

（6）浮動油（yóu）封在裝配時，橡膠圈有被劃傷的（de）可能性，在工作（zuò）過程中會（huì）出現裂紋，從而使O形圈（quān）遭到損（sǔn）壞，導致密封力的顯著降低，密封係統便遭到（dào）破壞，Z終使浮動油封失效而漏油。

（7）從橡膠圈材（cái）料的撕裂（liè）強度來看，NBR的撕裂強度在（16～17）kN/m，若采用炭黑補強其強度可達到20kN/m；而FPM的撕裂強（qiáng）度僅為（12～13）kN/m。可見，FPM材料的撕裂強（qiáng）度比NBR材料要低，在同樣的工作負荷條件下，NBR材料的使用性能狀態要明顯的（de）好於FPM材（cái）料。

4　相關試驗與（yǔ）分析驗證

4.1不同橡膠圈材料的動態性能試（shì）驗對比

為了驗證不（bú）同橡膠圈材料（liào）的亮帶磨損情況，在浮動油封的動態（tài）性能試驗機上，做了如下驗證試驗，試驗（yàn）參數：轉速100r/min（線速度（dù）1.96m/s），試驗時間（jiān）12h。

通過（guò）對比驗證試驗可以看出，在同樣的工作條（tiáo）件下，FPM65材（cái）料的浮（fú）封環的亮（liàng）帶有磨損痕跡，FPM60材料的浮封環亮（liàng）帶有很輕微的磨損痕跡，NBR60膠圈材料的浮封環亮帶基本看不出任何磨損，3種橡膠圈的浮封環亮帶磨（mó）損對比如圖3所示。

4.2不同橡膠圈材料的動態性能試驗對比

使用專業分析軟件（ANSYS15.0），對（duì）FPM65，FPM60與NBR60橡膠圈材料的FEA/CAE進行（háng）分析（xī）對比，O形橡膠（jiāo）圈的接觸應力變化雲圖分析結果如圖4所示。通過CAE對橡膠（jiāo）圈的接觸應力應變分析，可以看出，FPM65橡膠圈材料的接觸應力應變（biàn）明顯的大於NBR60材料的應力；FPM60橡膠圈材料的接觸應力應變稍微大於NBR60材料的應力，因此，在同樣（yàng）的工況條件下，硬度高（gāo）的FPM橡膠圈材料的橡（xiàng）膠圈易（yì）造成破壞，易造成（chéng）密封體係失效而導致密封破壞。

圖3 3種橡（xiàng）膠圈的浮（fú）封環亮帶磨損對比

圖4 橡膠圈的接觸應力應變

5　基本結論

通（tōng）過上述的試驗驗證與FEA/CAE分（fèn）析，可以得（dé）出以下基本結（jié）論（lùn）。

（1）浮動油封漏油的主要原因係由於浮動油封的橡膠圈的（de）硬度過（guò）高，橡膠圈的壓縮比急劇增大，橡膠圈局部（bù）的（de）接觸應力過大，致使浮（fú）封（fēng）環在工作時受到過（guò）大的軸（zhóu）向力作（zuò）用下，端麵比壓（yā）也急劇（jù）增（zēng）大，超出（chū）了標準範圍的要求，從而使密（mì）封亮帶受到損傷，Z終使橡膠圈與浮封環之間產生相對滑動，而O形橡膠圈的撕裂強度（dù）又過低而遭到損壞後（hòu），浮封（fēng）環的密封力得不到及時的提供，致（zhì）使（shǐ）密封（fēng）體係嚴重失效，從而使（shǐ）浮封環（huán）的端麵比壓過大且不穩定所致。

（2）浮動油封相配件的精度（dù）可能存在誤差，如箱體，軸承及軸的加工精度（dù）等（děng）。

（3）機架係統的剛性不夠，造成浮動油封係統（tǒng）失效。

（4）浮封環工作時端麵比壓的急劇增大，係由於各種可能原因的變差，致使工作時，橡膠圈的變（biàn）形抗力增大所導致。

可見，保證浮封環的端麵比壓的穩定（dìng）可靠且符合標準要求是實現浮動油（yóu）封密封的先（xiān）決（jué）必要條件，此條件必須要保證到位且（qiě）滿足，否則，易造成浮動密封的（de）失效而影響設備的正常運轉。

6　糾正（zhèng）及預防措施

（1）適當調整浮動油封的（de）端麵比壓，使其端麵比壓在相對合理的標準範圍內（nèi）。

（2）嚴格控（kòng）製浮動（dòng）油封相配件的精度，如軸承及軸的加工精度、密封座加工精度（dù）、粗糙度和同軸度等。

（3）嚴格對機（jī）架（jià）係統的剛性進行控製，以保證浮動油封的整（zhěng）個機構支撐係統的剛性。

（4）嚴（yán）格控製浮動油封橡膠圈的硬度變化，使各處均勻，變差不超過±SHOREA5硬度單位，使浮動油封受（shòu）力均衡，以保證（zhèng）其端麵比壓的穩定可靠。

（5）適當（dāng）降（jiàng）低橡膠圈的（de）硬度（dù）或更換為NBR膠圈（quān）材料，以降低浮動油封的端麵比（bǐ）壓，更換為綜合性能較好的NBR橡膠材料（liào），避免性能的變化導致端麵比壓變化，而（ér）導致密封失效，繼而影響密封的正常工作。

（6）提高橡膠圈材（cái）料的撕裂強度，使橡膠圈能夠承（chéng）受較大的軸向力，保證在工作過程中不致因橡膠圈（quān）的撕裂而損（sǔn）壞，進而影響浮動油封的密封性能，Z終使浮動密封失效。

（7）對（duì）於精密支撐零部件如軸（zhóu）承等處的油位（wèi）應定期關注，發現問題立即采取相關的補救措施進行糾正，以免因為潤滑不當產生不應（yīng）有的損害。

（8）在裝配時需使用專門的裝（zhuāng）配工（gōng）裝，保證O形橡膠圈的裝配位置的準確性，從而保（bǎo）證浮動油封的端麵比壓的穩定性，以滿足浮動油封的正常工作條件。

7　結語

通過將浮動油封的橡膠（jiāo）圈材料由氟橡膠改進為丁晴橡膠，進一步改善橡膠圈的力學綜合性能，以（yǐ）降低浮動油封的端麵比壓及改善橡膠圈的抗（kàng）撕裂性能來滿足現場（chǎng）工況條件（jiàn），並在（zài）安裝過程中嚴格按照規定步驟進行安裝和檢測，測試和運行過程中保證鏈輪的潤滑和冷卻，順利通過了（le）空載8h的出廠檢測，並在後期安裝在刮板（bǎn）輸送機上正常運行。

通過對（duì）鏈輪浮動油封存在問題（tí）的認真分析並采取了相應的改進措施，從實際應用中可（kě）以（yǐ）看到，鏈輪漏油問題也（yě）得到了有效（xiào）的控製，避免（miǎn）了由（yóu）於（yú）浮動密封漏油導致（zhì）設備損壞，提高了設備（bèi）開機率（lǜ），保證了設備的（de）正（zhèng）常運行。

來源：《設備（bèi）管理與維修》2019年18期