矿用卡车MT5500 电动轮密封漏油分析

2021-08-03吴海滨

露天采矿技术 2021年4期

吴海滨

（国家能源集团准格尔能源有限责任公司设备维修中心，内蒙古鄂尔多斯 010300）

特雷克斯MT5500 有效载荷为360 t，车辆总质量为598 t，车长14.87 m、宽7.67 m、高9.05 m。特雷克斯MT5500 搭载1 台16 缸4 冲程柴油发动机，采用交流[1]电气传动系统，最高速度达102.99 km/h。MT5500 电动轮自卸卡车迄今为止一直是哈尔乌素露天煤矿主要的剥离和岩土运输设备之一，由于设备整体载重大，工作周期长，电动轮问题日渐严重，特别电动轮漏油的故障一直困绕着整个车间，降低了设备使用寿命，缩短了总成件的周转周期，增加了人力和财力的损耗。为此，通过对影响矿用大型卡车MT5500 电动轮密封漏油现象的各种因素的分析，分别从电动轮的各个阶段切入，分析影响矿用大型卡车MT5500 电动轮主密封漏油的主要因素，电动轮在维修过程中存在的人、机、料、环等方面的各个环节，从而加深对效果控制因素的认识，为下一步对具体问题进行分析、制定对策、实施整改、效果验证等打下基础，同时培养自查找问题的能力。

1 MT5500 卡车电动轮机械结构和密封组成

MT5500 卡车是全部润滑油润滑，而630E 与MT4400 卡车电动轮大轴承是润滑脂润滑，主密封在电动轮腰部固定密封，矿用大型卡车MT5500 电动轮的2 道主密封固定在电动轮的最顶端和最底部，所以矿用大型卡车MT5500 电动轮的2 道主密封作用距离较长，封油压力较大，对电动轮整体的正常运转产生一定影响。

MT5500 卡车电动轮密封组成如下：

1）由主密封为Garlock 57858/57859 型号金属骨架密封，油封唇口在与轴颈的旋转动接合过程中，产生了1 个径向载荷，即径向压力。这个压力对油封唇口的磨损率和密封性都有着很大的影响。如果该径向压力过小，其摩擦力大为降低，虽可减轻二者的磨损，但油封的密封性能严重下降，造成漏油或严重漏油。如果该径向压力过大，虽有利于增强油封唇口的密封性能，但二者之间的摩擦力增加，二者接触的环面难以形成良好的油膜，所以会加剧二者的磨损，使油封在较短使用期内唇口就遭受损坏并祸及轴颈，出现漏油现象。

2）由轴承压圈上的直径为3.64 mm 的线紧密封，是1 个电动轮是否有漏油现象的最后一道防线，如若改密封出现不能封油那么电动轮随着运行的温度，速度很快将齿油浸染整个电动轮前端盖，严重时还会引起火灾事故。

2 MT5500 卡车电动轮密封漏油分析

从电动轮本身出发，对检修过程逐一进行核实，特别是一些对技术要求比较严格的地方，更要严格确保在标准检修范围内，比如说轴承的间隙，密封胶涂抹的均匀程度，齿轮油注入量。2019 年—2020（上半年）电修车间MT5500 电动轮总成进出厂统计分析见表1。

表1 2019 年—2020（上半年）电修车间MT5500 电动轮总成进出厂统计分析

由表1 发现，矿用大型卡车MT5500 电动轮主密封漏油严重现象调查前，编制了调查计划，收集哈矿汽修车间和轮胎车间一线工人对矿用大型卡车MT5500 电动轮故障的综合评价[2]，结合电修车间2020年的进出厂记录，发现80%的故障为漏油。

2.1 电动轮结构方面

1）主轴的偏心量和加工精度。随着电动轮重复地检修磨损，加上不同外委厂家的不同标准导致现在大部分的主轴的同轴度基本都失去了原有的同轴度[3]，很难找到标准值。主轴的偏心量，当偏心量大于规定值时，轴在运动时产生的振动随转速的提高而增大。使密封唇口受到冲击和不正常的挤压，最终使密封损坏；假如即使保证了主轴的同轴度，也很难保证精度在标准范围内，轴的表面粗糙度太大，轴面易粘附铁屑、灰尘等颗粒，侵入密封唇口与轴摩擦，磨损唇口导致漏油。轴的表面过于光滑，润滑油难以形成油膜或保持，会使密封干摩擦。与主密封接触件的表面粗糙度控制在0.4～1.6 μm，表面的硬度HRC 32～42，增加旋转件镀洛工艺[4]。

2）O 环密封的位置。MT5500 电动轮的2 道主密封固定在在电动轮的最顶端和最底部，所以相比之下矿用大型卡车MT5500 电动轮的2 道主密封作用距离较长，封油压力较大。而O 环密封位于主密封上部，最后1 道封油密封，额定功率为2 014 kW，额定载荷为326 t，如此强大的作用之下，仅靠最外端的密封进行封油，势必会产生很大的故障率，这也是电动轮本身系统上设计的不合理之处。

2.2 主密封受力方面

1）油脂的润滑不同。矿用大型卡车MT5500 电动轮的基本结构各机械部分全部是润滑油润滑，而矿用大型卡车630E 与矿用大型卡车MT4400 等电动轮大轴承是润滑脂润滑，主密封在电动轮腰部固定密封，而矿用大型卡车MT5500 电动轮的2 道主密封固定在在电动轮的最顶端和最底部。

2）润滑油与润滑脂全部都是润滑系统常用的润滑剂[5]，润滑油常指黏度系数较小的油脂，常温下为液态；润滑脂常指黏度系数稍大的油脂，常温下常为膏状。润滑油与润滑脂都用于润滑，但是适用的范围稍有差异。润滑油的流动性强，挥发性稍高，在一些摩擦温升比较大，需用润滑与降温的运用场合采用较多。润滑脂是因为较大的黏度，在设备摩擦面黏附性更好，还可以附着在设备润滑点而不流失；润滑脂可以在设备摩擦面周围形成一个相对密闭的油脂圈，避免异物入侵；同时润滑脂具备比润滑油更好的承载力与减震实际效果。

3）密封压力不同。O 环油封在与轴颈的旋转动接合过程中，产生了一个径向载荷，即径向压力。这个压力对密封的接触面的磨损率和密封性都有着很大的影响。如果该径向压力过小，其摩擦力大为降低，虽可减轻二者的磨损，但油封的密封性能严重下降，造成漏油或严重漏油。如果该径向压力过大，虽有利于增强油封唇口的密封性能，但二者之间的摩擦力增加，二者接触的环面难以形成良好的油膜，所以会加剧二者的磨损，使油封在较短使用期内接触面就遭受损坏并祸及轴颈，出现漏油现象。

2.3 配件质量及运行环境方面

影响油封密封性能的除了径向压力外，还有与油封面接合的轴颈表面粗糙度、轴颈跳动量、旋转表面的线速度以及唇口的光滑程度、橡胶材质等因素有关。另外，轴承缺油或油质过脏及泥沙等杂物侵入，都会加剧接触面磨损并使其与轴颈松旷接触，造成油封密封失效。

由于露天矿的特殊环境原因，电动轮运行在高温，干燥，高尘土的恶劣条件下，电动轮的各项指标都接近极限值，那么电动轮的防尘尤为重要，是保证主密封不漏油的第一道防线。

3 解决方案

1）O 环的材质方面。选择综合性能较好的氟橡胶（FKM）[6]作为旋转骨架密封的材料，其耐高温、耐低温、回弹性、扯断强度、增加生长率都较好，使用温度范围为-70～200 ℃，可有效地提高密封件的使用寿命。

2）装配过程。装配过程如下：①首先装MT5500电机部分，因为设计要求，在电机与主轴基座将有一个高度差[7]，这是通过深度尺进行进准测量该高度差，调整好调间隙片，用轴承压盖通过52 道M18 螺栓扭矩为220 N·m 进行压紧，使电机部分在轴向不能有任何的移位；②将轮毂上轴承加热到120 ℃，用机械磁铁将轴承平稳地吊运到主轴上轴承位上，同时保证轴承位上无任何杂质，因为轴承与轴承位之间是过盈配合，然后将轴承压圈下面放入630～700 mm的调间隙片，通过42 道M18 螺栓扭矩为220 N·m 将轴承压紧，目的是保证轮毂上轴承的间隙在0.45～0.55 mm 之间，这个范围内的间隙是轴承运行最佳区间，既保证轴承正常运行性能要求又提高了轴承的散热性能；③轴承压圈内侧面与主轴接触的部分有一个能放入O 环槽，必须提前0.5 d 用密封胶将O 环进行固定，这个也是最关键的一步，密封胶不能太多，也不能太少，太多会增加O 环密封整体厚度，使O 环在装配时与主轴进行直接的剪切，损坏O 环密封；密封胶太少，又起不到固定O 环的作用，直接是O 环脱落，而且在装配时不能是O 环进行拉伸装配，只能很平滑地放入密封槽内，如若拉伸，根据橡胶的特性，会自动收缩结果是O 环密封太短，达不到封油的效果。

3）装配工艺的革新。传统的装配流程是先装电机压盖，然后装轴承压圈，这样就导致装配过程中轴承压圈内的O 换密封的任何情况都不能及时发现。相反，第1 次进行试装可以及时发现O 换密封的状况，若没有异常，则进行下一步，提前做好预防，避免了在装配时导致直接性的损坏；同时会对轴承压盖调隙片与电动轮主轴接触部分进行均匀涂抹密封胶，这是防止漏油的最后一道防线，延缓电动轮的漏油现象。

4）标准数据。O 换密封为进口件直径3.64 mm为密封圈，国产件为3.76 mm，通过多次试验每次0.02 mm 进行递减测试，研判分析出最合理的尺寸，既保持了密封本身的固有属性，又结合了电动轮运行时产生的损耗，最终确定直径为3.58 mm 的密封圈为最佳尺寸。

5）防尘毛毡装配改进。电动轮最外端为防尘压盖，防尘毛毡切斜口进行缝合，最初是涂抹润滑脂，进过反复验证，涂抹的润滑脂只能在毛毡的表面，并不能完全是整个毛毡全部被软化，未到达完全吸附灰尘的效果。防尘毛毡装配完成后，每隔4 h 进行齿轮油油浸，而非润滑脂润滑，直至24 h 毛毡完全被软化后，方可进行下一步的装配使用，提高了毛毡的吸附效果，保证了主密封运行的关键条件。

6）日常维护保养。由于电动轮本身是各部件比较精密，各部件都有自身的疲劳强度[8]，一度超负荷运行，各链接部件温度升高，磨损严重缩短了电动轮的使用寿命。严格控制矿用大型卡车的载重，清楚地记录运行时间，保养记录，有什么异常情况，车辆匀速运行，缩短使用电制动周期。5 台MT5500 电动轮改进情况统计与分析见表2。