矿用减速机密封结构的介绍及改进

张天帅

摘要：在矿山和煤炭开采领域，矿用减速机的应用十分广泛，在查阅资料后得知，此类机器的常见故障为密封失效。故本文以矿用减速机密封结构介绍及改进为题，分别对高速轴结构和低速轴密封结构的特点和改进方案进行介绍，希望为相关行业提供借鉴。

关键词：矿用减速机;密封结构;高速轴

引言：煤炭和矿山行业的传动部是矿用减速机的主要应用领域，由于减速机的应用环境较为复杂且恶劣，故对其密封性提出了非常严格的要求。但在实际应用阶段，密封失效的现象屡见不鲜，此类现象在发生后，会导致润滑油泄漏和轴承失效，不利于机器的后续使用。因此对此项课题进行研究，其意义十分重大。

1.高速轴密封结构及改进方案

1.1高速密封轴的结构特点和密封失效原因

接触式密封是矿用减速机高速轴所采用的方式，其中橡胶骨架油封作为密封件，如图1所示，骨架油封经过唇口弹簧后，会导致密封唇口和接触面之间产生压力，在压力的作用下，橡胶唇由于具有弹性，因此而变形，在变形后唇口和轴之间的关系会更加紧密，最终使密封的目的达成。在密封过程中润滑油所起到的作用不容忽视，究其原因，主要是唇口和轴之间需要在润滑油的支持下形成油膜，最终实现密封的目的。如果唇口和轴之间没有形成油膜，唇口会因为摩擦生热而碳化，从而丧失应有的作用[1]。

在运用此类减速结构时，高速密封结构发生失效的使用时间普遍不超过2个月，其原因有如下几点：

（1）粉尘影响：工作环境中含有大量粉尘，且这些粉尘随着空气进入到减速机之中，润滑油会被污染，污染物进入润滑油后，会导致骨架油封唇口的磨损程度愈加严重;此外，外部粉尘会与油封产生直接的接触，简言之，就是由粉尘由外部进入后，同样会造成相同的后果。

（2）温度影响：高速轴具有非常快的转速，在工作状态下，其转速会超过每分钟1500转，因此其温度相对偏高，常常超过100℃，再加上丁腈橡胶是骨架油封的主要材质，此类材质在高温环境下老化速度会加快，具体表现为弹性丧失，导致唇口与轴之间压紧力严重下滑，泄漏问题也会随之出现。

（3）加工精度：零件在加工过程中，如果精度和表面硬度与要求不符，均会导致密封面磨损程度加深，继而引发泄漏事故。目前，国内外对零件加工精度、表面硬度、尺寸、形状和表面粗糙度提出了严格的要求，其硬度应超过45，且能够随着圆周速度的提高而增强。

1.2高速密封轴的改进方案

针对密封结构存在的不足，笔者制定了改进方案，如下所述：

（1）选择性能优越的透气塞，避免外界灰尘通过孔隙进入设备内部，污染润滑油，与此同时，还要做好带副唇油封的选择，通过此类油封的使用，使主密封唇得到保护，并且将机械式迷宫密封增设到骨架油封的外部，以此来起到封尘的作用。目前，常用的机械式迷宫密封，且结构可大致分为两类，一种是径向密封结构;另一种是轴向密封结构，由于轴向密封结构在应用过程中，会出现两个迷宫槽间隙无法调整的问题，在此背景下，径向密封迷宫封槽结构应运而生，这种结构与轴向密封结构相比，具有安装和使用方面的优点，故应用价值极为显著。

（2）选择合适的氯化橡胶和其他材料，究其原因，主要是此类橡胶与丁腈橡胶相比，能够在高温环境下保持良好的工作性能。

（3）促进密封表面加工质量的提升，应按照国际有关规定进行加工，确保密封零件在加工尺寸、精度、表面粗糙度和硬度上与要求相符。

2.低速轴密封结构

密封件具有非常大的尺寸规格，线速度偏低、扭矩较大，且难以更换和维护，属于低速轴密封结构的主要特点，也是低速密封结构与高速轴密封结构之间的差距。骨架油封密封和浮动密封是现阶段矿用减速机输出端常用的密封结构。接下来，本文会对骨架式接触密封和浮动式密封进行介绍。

2.1骨架式接触密封

骨架式密封的使用缺点如前文所述，并且安装方式较为复杂，导致维修和更换难度极高。此外，在应用这种密封结构时，所需使用的骨架油封规格较大，会加大使用成本。通常情况下，想要使规格尺寸较大的输出轴对密封面的要求得到满足，需要借助高端加工设备制造，因此，加工困难程度较高。以密封原理为切入点得知，采用上述改进方案，可以解决这种密封结构存在的缺陷，但成本过高的问题却无法得到解决。故浮动式密封结构正在取代此类结构。

2.2浮动密封结构

浮动密封属于机械密封结构，具有一定的特殊性，复曲面密封、永久密封和双锥密封是此类密封的其他名称。目前在减速机中这种密封结构的应用逐渐广泛，其发展十分迅速[2]。

浮动密封的类型大致包括两种：第一种为DO型，这种密封的第二道密封元件为O型圈;第二种为OF型，与DO型相比，二者在第二道密封元件上有所不同，此类形式的密封结构，将异型圈作为第二道密封元件。在查阅资料后得知，上述两种类型的浮动密封结构，其组成部分为两个相同的金属环，在精密研磨和配对后，促使密封表面互相接触，最终使密封的目的达成。

2.3密封机理

O型圈和异型圈的功能如下所述：

（1）两个圈的内外径均可以作为静态密封件;

（2）O型圈和异型圈具有弹性作用，在弹性作用的影响下，轴向断面负载会随之产生;

（3）O型圈和异型圈会对密封圈起到固定作用，避免其密封圈在轴的影响下而转动，与此同时，还能与端面相配合，完成对扭矩的传递，传递过程为由动环向静环。在了解后得知，在扭矩传递过程中，仅有一个环会保持旋转的状态，与此同时，在与轴正交的平面内存在两个精密研磨的配合表面，且互相旋转，其中一个为动环，另一个为静环，通过这种措施，使密封面更加紧密，以规避泄漏问题的发生。值得注意的是，两个亮带中间的缝隙形状为楔形，从而为润滑油渗透到内部创造有利的条件，润滑油必须在密封表面永久存在。在毛细作用和离心力的影响下，薄油膜就会在滑动表面之间产生。在第二道密封元件弹性力的作用下，处于密封状态的两个表面会保持密切的连接，而中间油膜的存在，则可以防止高温烧结现象的发生，最终使密封的目的成为可能。

实践结果表明，此类密封结构在矿用减速机中应用可以取得良好的效果，如图2所示。其中浮动密封的效果会受到浮封座加工精度的影响。如果将DO型浮封作为主要选择，应利用数控机床，对座腔进行加工，测定难度相对偏高。而选择DF型浮封，其座腔与圆柱孔相似，加工和测量难度较低，但这种浮封的价格高昂，企业应基于自身需求选择。

总体而言，国内与国外相比，在机械可靠性方面还存在不短的距离，站在机械产品的角度而言，可靠性的重要性不言而喻，建议国家和企业应予以高度关注，通过增加科研投入的方式，缩小国内外间的差距。

结论：综上所述，目前常用的密封结构包括高速密封轴的结构和低速轴密封结构，其中后者可分为骨架式接触密封与浮动密封结构。实践结果表明，浮動密封结构具有良好的应用效果，对其进行适当的改进，有助于延长密封结构的使用寿命。

参考文献：

[1]姚少波.矿用带式输送机减速机断轴原因分析与改进措施研究[J].机电工程技术，2020，49（06）：199-200.

[2]张莹.矿用刮板输送机常见故障及预防[J].能源与节能，2020（03）：125-126.

[3]闫红萍.矿用减速机密封结构的介绍及改进[J].机械管理开发，2017（06）：43-44+50.