一种盘根-板簧浮动结构测试试验研究

2020-08-19王继光刘建平

矿山机械 2020年8期

王继光，李伦，刘建平，冯雁，尤立

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室河南洛阳 471039

3河南科技大学机电工程学院河南洛阳 471003

用于低阶煤干燥或热解的回转窑由于回转直径大、温度高，其旋转密封的密封性要求较高[1-2]。笔者申请了一种复合式回转窑密封装置专利(专利号 2016 1 0291724.5)[3]，该密封装置采用板簧压紧盘根的浮动式密封结构，板簧压紧盘根在密封面上周期性地上下浮动，浮动过程中盘根始终压紧密封面。但根据密封结构尺寸自制的非标板簧的弹性模量未知，且板簧和盘根在密封装置内的摩擦、变形等情况也未知，为了验证该密封结构的合理性，笔者设计了盘根-板簧浮动密封系统关键技术参数的测定方法及装置 (专利号 2016 1 0897070.0)[4]，通过试验得出板簧的弹性模量和盘根-板簧的匹配参数。

笔者设计制作了 3种厚度的板簧 (10、8、6 mm)，分别测试其在变形量 0～20 mm状态下的弹性模量，找出一组能使盘根发生压缩变形，且与压板形成浮动密封的压力参数。

1 试验装置的设计

盘根下端支撑装置如图 1所示，试验装置如图 2所示。支撑装置主要由板簧、支撑板、盘根、支撑螺栓、调整螺母、支撑块以及机架组成。盘根底部有压力传感器，顶部有垂直施压的杠杆机构、压板和顶部压力传感器，盘根前后两侧分别有 2个摩擦板 (摩擦板表面粗糙度为 3.2 µm)，后摩擦板固定在机架上，前摩擦板固定在沿水平导柱前后滑动的前侧压板上，通过横向压力传感器对前侧压板施加力。

图1 盘根下端支撑装置示意

图2 压紧试验装置

试验时，首先利用两端的横向加载螺母对盘根侧面施加一定的压紧力，确保盘根横向有一定的预变形量，根据横向压紧力和摩擦系数算出盘根两侧面与摩擦板之间的摩擦力；然后通过顶部杠杆机构对压板和盘根顶部施加垂直向下的压力，进而推动盘根在两摩擦板之间滑动而产生一定量的向下位移，压缩板簧。在此过程中，顶部传感器和底部传感器分别测得顶部杠杆向下施加的压力和底部板簧向上提供的支撑力。当杠杆压力释放时，板簧向上推动盘根复位到稳定位置，底部传感器测得板簧对盘根的支撑力。

2 试验仪器及设备

试验所需仪器及设备如表 1所列。

表1 试验仪器及设备

3 试验结果

3.1 板簧压缩试验

测定板簧的弹性模量时，将盘根底部固定在支撑座和顶部压板之间，用顶部杠杆机构加载垂直压力，当加载稳定时测量板簧顶部到底部支撑板的距离，即板簧的变形量。3种板簧压缩试验结果如图 3所示。

3种板簧的弹性变形量与所受的载荷基本上成线性关系，因此 3种板簧可视为完全的弹性材料。3条直线的斜率k不同，即 3种板簧的弹性系数k不同：k10=243.74 N/mm，k8=124.86 N/mm，k6=46.87 N/mm。这与实际工况相符。

图3 3种板簧的弹性力与变形量的关系

3.2 盘根-板簧匹配参数试验

试验时，将板簧与支撑板水平放置在底部传感器上，拧紧水平方向上的一对螺栓横向压紧盘根以限定其横向变形，用顶部压力传感器和压板压紧盘根，并使盘根发生一定的垂直位移 (15 mm)，进而使板簧变形；松开顶部杠杆，盘根在板簧的向上弹力作用下上升，此时底部传感器的压力值就等于底部传感器以上所有零件的质量加上摩擦力，记下顶部传感器的正压力值；在盘根下压后被板簧的弹力顶回的过程中，记录顶部传感器正压力值及盘根的横向压缩量。试验结果如表 2所列。