（机械工程专业论文）密炼机端面密封装置及其润滑系统的研究.pdf

北京傀工大学工程碟士学位论文 密炼机端蘧密封装置及其润潦系统的研究 擒要 密炼机上所使用的端面密封属于机械密封。本文在机械密封原理的基 硝上，遴遗对蓬蠢乡 设备静艮对，莠针对弱蔫新霞蹋寮炼枫密封装置存在 的闯飕，对密炼机的端面密封装置及其涧滑系统进行了详尽的研究和分 橱，提嬲了最傀耽麓密封装置以及逶台露户使鼹酶润滑系统，并遵过本厂 的实践加以验证。 密封装置中动、定环是疆个最主要舱黪擦剐。通过对其结构性、加工 性、材料及硬度匹配性以及密封面堆焊耐磨合金的研究分析，为优化密封 装置提供了切实可行的理论分析及数据。 密辫原理中，鬻封眈鹾怒影镌密封效柒的重要霞索之一。通过递论分 析，为不同规格密炼机密封比压的计算提供了一套计算依据。 密炼橇正常运转和维修缀黧要豹一个环节是澜滂。为保证端藩整封懿 正常工作，对密炼机的稀油润滑系统进行了研究和分析，以期给用户提供 合理鹃潺漪方寨。 关键词：密炼机、端面密封、润滑、密封比压 襄京张忑大学工程壤士学位豫文 s t u d y o nd 峨ts t o pa l l dl u b r i c 融i o ns y 蜘m o f 琢绷m 蠢m 没e f a l l s 1 1 r 度c l d 潲ts t o po f 融t e m 蠢m i x c r 螽o fm e 癌a l l i c a ls e 藤，k 獭 sp a p e c o m p a r 抽gn a d o n a l 刚p n e n tw j mf o f e i g no n e s ) 雒t 0 搬ee x i s t i l l gi s 8 u e sf 醣 叠e 蠡l s s 嗲o f 叠e 叠缝m 窿m 奴封，氇ed u s 辩o p 鼗珏a 蕴戳s y s 垂e 整蘸 i l l t 哪a lm i 煳w e r ei l l v e s 缸g a t e da i l da l l a l y z e db a s e do nm e c h a n i c a ls e a l 呻e i p l 嚣，a n d 氆e 煳o s 毋垃m i z 。ds e m 戤眭翘d 粥* 螽镌d1 油r i e a t i 滩 s y s l 菇1w 馓p 斑翻m 蕊捷巅穗l 镟， 蠡。s es 嗣毽螽o n s 纛a v eb e 睫v 穗瘀舔务y p r 枷c e0 f o u fc 伽嘲a n y _ 瓤o v 至憋豳窑a 热硅s 拖蛭。萎a 猡穗培癌s e a l 氐铡c ea 耩抟l 撼纽量匠艇黻p 鑫丞暑。 攮m i sp 却e r ， 氆e 静s t r t l c t u f e s ，p l 佻e s s 矗l g 搿耐锄髓c e ，m 撇i 稚激a t c 墒g w i t l li t sh a r d n e s s ，ds t a c k w e i dw 锄r - 辩s i s t a i l ta 1 1 0 yo n 髓d 一呶c ew 啦 藏鹂霭蕊诫建p r o v d 舔脚i 鼷赫矗毓s 溯e 氆搿a n 建翻重曩谗f o | 糙a 癌诬 f o ri i n o v e m e n to f8 e a ld e 、r i c ep a n c o f o fs e 越娅n c 泌e ，s e 破蹲e c 童萎醅p f e s s 撒ei sam 趟o f 鼢魄越h 采s 毯曩l | 秘$ e 雌s e 窿e 嘏：髓鞭疆舔e 穗嚣o f c l i c 瓣鞠a l 磷逸龇e a l 棚藤。弧f 醴s 碰 s p e c i f i op r e s s u r ec 斌c u l a t i o no fi n t e m a lm i x e rw 她d i 脯r e n ts i z e sc o _ l l l db e p 整勤鞠瓣畦， l u b 撕c a l i o ni s i m p o f t 锄tf 撕n o 册巅o p e r a t i o n 黼d 街a 矗l t c n a n c eo f i n t 哪a l m i x e r h lo r d 黼t o 罂啦饿l t e ed l 王s ts t o p 抽w 幽g 黻d e f 越l d p r o v i d ea 臻蕊艘您kl 潮e 戳i 摊s 蘸罐i o n 酝疆魅鲷躜燃；嫡ll 娃隧e a 主i | o ns y s 融n 趣s 艇镬e 莲 a n da n a e d 量运yw 鞑烬：缒嘲癯慨抓s t s 姆，l “酬c 癍1 鼬，s e 越s 辨c 主p 嬲s 北京化工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明 引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过麓作晶戒果。对本文酶研究徽出重要贡献酶个人霖集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果出本人承担。 学位论文作者签名：一自 硝年乒月d 翻 北京化工大学工程磺士学位论文 1 1 引言【1 2 铷p 第一章概述 炼胶设备是轮胎生产和各种橡胶制品生产中不可缺少的关键设备，其性能水平决 定者轮胎和各种橡胶制品生产过程的首道工序一炼胶工序的炼胶质量。出于其固有 的关键作用，随着轮胎行业和其它橡胶制品工业的快速发展，作为橡胶机械中历史古 老的炼胶设备也获得了长足的发展。 目前，在炼胶工序中唱主角的炼胶设备依然是开放式炼胶机( 简称开炼机) 、密 闭式炼胶机( 简称密炼机) 以及与它们相配套的各类辅机。密炼机作为橡胶( 塑料) 工业中炼胶的主要设备，其能否正常、平稳、安全地进行1 二作，直接关系到整个生产 线能否正常工作。密炼机的工作条件是很苛刻的，它必须满足高温、高压且有瞬间商 负荷和高峰值的要求，同时必须满足湿炼胶工艺的要求，因此对密炼机的性能要求很 高。密炼机是把从加料装置加入的物料，在密炼室内通过一对相向回转的转子，在压 砣施加的压力下，在两回转转子大间隙间、转子与密炼室壁的间隙间、转子与压砣及 卸料门的间隙间受到强烈的摩擦、剪切、挤压、撕裂和折卷，使物料得以充分的捏炼， 同时在温度控制下，胶料的分子链得以适度的氧化断链，物料得以充分的分散和均化， 进而通过不同的炼胶工艺炼制出所需的塑炼胶或混炼胶。在密炼机中，密炼装置是密 炼机的心脏，胶料的塑炼和混炼均在密炼室内完成。密炼室是密闭的。工作时，两个 转子相对回转转子轴颈与密炼室侧壁之间的环形空隙，在炼胶时是容易漏料的。为 了防止物料的漏出，在转了轴颈和密炼室侧面壁处需装设端面密封装置。 密封问题是密炼机炼胶使用中的关键问题，密炼机转子端面密封的好坏，是衡量 密炼机性能的重要指标。密封不好，漏料、漏粉，不仅污染环境，且改变胶料成分比 例，严重影响胶料的质量。好的密封形式，能确保不漏料、不漏粉，有仅保证胶料的 质量，而且改善操作人员的工作环境，体现了以人为本的理念。 1 2 端面密封装置结构形式吲k 1 2 端面密封装置结构形式 5 】【6 北京化工大学工程硕士学位论文 端面密封装置结构形式有多种多样。但对于湍面接触式密封，总的可分为内压式 农努压式簿封两释。强压式静游蟊密封蔗捂密封魄压由羚力艨0 | 起蘸，霖雨压式的灞 面密封比压最终是由工艺油和密炼整里物料的压力所形成的。 1 2 。l 矫聪式密封装嚣豹结构形式s 粥 图i 一1 为弹簧式密封装置结构。动环由销子固定在转予l 二，动环由四个弹簧压 紧在定环上。定环和动娣闯静篦透国弹簧压力露定，弹簧压力鲻螺母来调节。这稀密 封装置结构简单，但黢求4 个弹簧腱力相同，而实际很难调节致。 厥丸仃 乳a w f 浆岁| ( 、一 1 动环，2 一定环 图1 一l 弹簧式密封浆鬣结构 蚕l 一2 秀菝叉式密势装菱缝秘。每令密封装篱在援叉上帮骞一组蝶形撵簧，弹 簧力通过超杠杆作用的拨叉传到定环上，使定环和动环压紧。动环和定环间的比压由 蝶形弹簧压力决定，但很难保证每个密封装置弹簧压缩量相同，即很难保证四个密封 装萋豹动环器定舔阕豹魄压獯凌，影稍密封效菜。 a a l 一劫环，2 一定环 幽l 一2 拨叉式密封装鼹结构 2 北京化工大学工程硕士学位论文 图l 3 为液压拨叉式密封装鞭。在混炼过程中，转子受轴向力作用，产生轴向 窜动，造成鑫隶端和传凌漆密封蠹淀逛不嗣。采掰渡匿援叉式密封装簧鞠可克鼹上述 缺陷。在拨叉上部有一个液压缸，通过拨叉杠杆，在油压的作用下，动、定环间产生 压力。由予四个密封装置油压相同，所以四个密封西的比压栩嗣。该密封装置密封效 采良婷。荑闺戳r r 瓯公司称之淹孵h 鍪密封装黉。魏装置中密封面篦压掰懿通遗淮 压来调憨。液压油压最低且密封面处不漏物料则为最佳密封状态。 图1 3 液压拨叉式密掰装置结构 蚕l 4 为涵蘸意蕊定霞液压式密封装置。一个密努瑶毒个漓缸，蕊滔塞秆坐 在边支架上，缸体顶在定环上，在胍力油的作用下，在定环与动环之日j 产生压力，达 到密封的嗣的。动、定环阍的比压大小靠浊压柬调节。所有液压缸油压保持一致，使 每个密封疆豹院压耱同。英国f r a n c l s s 拜矗并 ( 系列密炼祝采闻戴释结穆、美瓣f a r r e 乙 公司的f 3 7 0 系列大燃密炼机均采用类似的密封装置。本公司3 7 0 l 密炼机采用与 f r a n e i s s a 碑相同原遵，但油缸出4 个改为3 个油缸。该密瓣装置重量轻，与f y h 壅密封装鬣相篦，取清u 笨重静援叉，安装方霞。置动、定环压力点在3 4 点处形 成平面，克服了拨叉雁定环只有2 点会使定环产生摆动、动环偏偏磨的缺陷。 北京化童大学工程颈士攀位论文 l 一籀嚣，2 一定邵 豳1 4 油缸威腿定圈液压式密封装置结构 弹簧强殛式密封装爨结擒如图l 5 爨示。戴赞密封结构销辫效果有防止胶料泄 出静爰嫖纹装置。定环妇弹簧拉动，使动、定环闻产生需要院隧这弱密封的弱的。由 于弹簧拉力调整均匀困难，使4 个密封面比压一致不易实现，我公司上世纪6 0 年代 雳过我结构，理已虿暴耀了。 1 一动环，l 定环 图l 一5 弹簧扑露试整封装登臻掬 1 - 2 2 内压式密封装置的结构形式n 2 】 润滂油 瓣 】一动环，2 一定环 圈l sy 形露内压式密封装置绩搦 霭l 一6 淹y 形霞海压式密封装鬣结梅。定环为y 形橡胶( 或聚氨脂) 。工艺油陆 止胶料沿转予与挡圈间隙流出，润滑油进入y 形醐内，使y 形圈帐开抱住转予，使胶 瓣、粉料不易瀑出。效静结棱数缺点燎：不耐蘑，簧经常更换￥彤疆。 g x 囊内压式密封装爱结 句翔圈l 一7 所示。装鬻静定环鼹定在密炼室静侧壁上， 动环安装襁转子轴颈上，间转子一起转动。动环与定环的接触酾采用耐磨合众加工面 毒 北京化工大学工程硕士学位论文 成，并且动环的耐磨合金硬度高于定环，这样磨损的首先是定环，方便维修和更换。 内环上装有调整螺栓，压缩弹簧，弹簧反力使动环与静环接触，在两台金面上产生初 始比压。密封装置开有工艺油的注油孔。注入工艺油的主要作用是使进入密封腔内的 物料软化形成糊状物，高压工艺油压在动环端面上，使动、定环间产生一定比压，比 压由工艺油压力及物料流溢状况决定。密封面间润滑油润滑油提供。此种密封装置结 构特点是：动、定环都是两半的，且在挡圈外面更容易。另外，密封面距转子端面较 远，物料流动距离远，压力损失大，漏料少，密封容易。 图1 7g k 型内压式密封 国内外密炼机密封装置形式有两个主流川，一是美国f a r r e l 公司的f y h 型密封 装置( 如图l 一3 所示) ，一是德国骶p 公司的g k 型弹簧内压式结构( 如图1 7 所示) 。 无论是内外式密封装置还是外压式密封装置，动环和定环都是整个密封装置的核 心零件。因此，其结构性、工艺性是否合理将直接影响密封装置使用性能。国内外常 用的密封装置中动环和定环结构有两半的，也有整环的。定环密封面处硬度比动环低 h r c l 0 左右。日本神钢的动、定环密封面均堆焊硬质合金，且动环的密封面硬度低于 定环的，其使用寿命最长可达8 年之久。 1 3 润滑系统 国内外大型密炼机的端面密封润滑系统大多采用稀油润滑。密封装嚣中动环与定 环之间的密封属于动密封。密封面之间需要注入润滑油起到减少磨损和散热降温的作 5 北京化工大学工程硕士学位论文 用，同时动、定环间形成的油膜也起到一定的密封作用。密封面能形成油膜的压力的 选择以及润滑油品质、注油点位置的选择都会影响到密封效果。 1 4 端面密封装置的密封及润滑原理 1 4 1 端面密封装置的密封原理【- s 端面密封属于机械密封的一种。它有两个密封元件，即动环和定环。动、定环在 垂直于轴的光洁而平直的表面上，在介质静压力和弹簧力的作用下相互贴紧，并作相 对旋转运动而达到密封的目的。密炼机端面密封装置通常有两个密封点。一个点是动 环与定环之间的接触面，在弹簧、油压和密封介质等的压力所产生适当的紧压力作用 下，这两个光洁、平直的端面紧紧结合，并在两端面问维持一层极薄的润滑油膜。这 层油膜起到润滑端面、提高密封效果、延长使用寿命的作用。另一个密封点是定环和 挡圈之间的密封，采用各种辅助密封圈( 如o 型密封圈等) ，其作用是防止液体从定 环与挡圈之间漏出。 端面密封( 机械密封) 是一项新型密封技术，与其它密封方法相比，有如下优点： ( 1 ) 密封性能可靠在正常使用情况下，端面密封可以做到不泄漏或很少泄漏。 据有关资料介绍，其泄漏量为填料密封的1 1 0 0 ； ( 2 ) 寿命长在正常情况下，可以连续运行l 2 年或更长时间，而且在运行期间 一般不需要进行维修； ( 3 ) 摩擦功率损耗小一般为填料密封的1 0 5 0 ； ( 4 ) 适用范围广除了适用于一般机械外，也适用于低温、高温、真空、高压和 有腐蚀性、易燃等工作介质及运行条件较苛刻的设备的密封。 端面密封的缺点是，较结构复杂，动、定环端面加工要求高，需要一定的安装技 术，成本也较高。 1 4 2 端面密封装置的润滑原理d 7 在机械密封中，一般靠在动、定环摩擦面之间所形成的液体介质的液膜进行润滑。 6 北京化工大学工程硕士学位论文 因此，维持摩擦面的波膜是保证机械密封稳定运转、延长使爝寿命所必不研少的。 撬藏密封中静动、定环之闻的戆擦，不阕象箨”f 会出凌下凋情况： ( 1 ) 千摩擦动、定环之间的摩擦面上无液体注入，因而无液膜存在，运转时 其结果必然是瘴擦巍发热，磨损加劁，进丽造成泄漏。 ( 2 ) 边赛摩擦动、定环闻的压力增大或者液体在摩擦藤圭= 形成液膜熊力较差时。 液体将被从间隙中挤出。由于摩擦淡面不是绝对平的，而是凸凹不平的，谯凸处就有 粘着磨损，蕊四处贝g 僳持液体的润滑性毙，造成边界润滑。边界润滑豹磨损帮发热程 度为孛蛰。 ( 3 ) 半液体润滑滑动表面的凹处存有液体，接触面之间维持层很薄的液膜， 所以磨损秘发热情况减轻。由于动、定环闻豹渡鹱在其出口她有表露张力，簸限割了 介质的瀵漏。 ( 4 ) 波体润滑当动、定环问的聪力不足而使间隙增大时，波膜增厚。此时不存在 匿髂接触，教无磨损瑷象。毽在这瓣精提下，由于动、定环溺黥闻辕较大，数起不到 密封作阁，造成的溜漏严重。在实际应用中，这羊申情况一般鬣不允许出现的。 端谢密封动、定环间多半处于边界和半液体润滑状态，丽半液体润滑黼够在摩擦 系数最小( 霹瘗损与发热令人满意) 鳆揍嚣下获搿最好戆密封效果。 要傻得端面密封能在良好的澜滑条件下工作，需要对介质特性、压力、溢度、滑 动速度等因索进行综合考虑。动、怒环间压力的恰当选择、润滑结构的合理性以及动、 定强摩撩裘嚣震量静稳蹇都是保滠寮錾骞效工露敬重要因素l ”l 。 密炼机上的端面密封装置的润滑属于静压润滑，就是将有压力的润滑液直接注入 摩擦面。注入的润滑液w 由独立的液压源供给，如液压油泵等。 1 5 密封装置及润滑系统分析 1 5 。l 密辩装置 如静辑述，端_ 瑟密封装置结构较复杂，动环狐鲻不便、寿命短以及润潺等锺题。 以夕 ，密对比压的确定与合理选择、两摩擦副冷却效果的好坏魄直接影响到密封性能。 早期的动环和定环均为整环式结构。密炼机在工作一定时间后，密封面滕损严重， 北京化工大学工程硕士学位论文 更换起来a # 常麻烦，爨换一套大约褥要一周多聪间。针对这一状况，用户大郜倾向于 选择荔羧式动、定环缎稳，鄄动、您环力两半的结梅。餐是，耱换式结褥瓣动拜希l 造 难度较大，变形很难控制。国内一魑橡胶机械厂窳曾尝试过这种结构动环的研制，但 效果均不理想，面购鼷国外产品价格极其昂爨。 影桶整个密封装嚣使用寿命静竣关毽俘是秘环帮定环。韵环与定环俸为一对摩擦 副，其材料的选择、硬度的匹配、堆焊合金的要求、加工精度、密封面接触率等方面 将直接影晌密封装嚣豹使用寿命。 端舔密封的端西受压的稳匀度、密封眈压静鲻一性及稳定性蹩由密封装登的结构 决定的。而密封比压的确定，对于不同型号的密炼机其数值是同的。合理的密封比压 是决定密瓣效果好坏的主要因素。 端磷密封动、定环摩擦面的温度升高会给密辩带来不良的彩响，直接结栗就是促 使润滑液膜破坏，造成动、定环端两集急剧磨损，致使密封失效而产生泄漏n “。温度 戆费褰，一方覆是由予溺嚣摩擦弓| 越缝，要一方纛迄是垂手密瓣分曩弱渥霾j 童蔗凄致。 因此，当温度超过8 0 时，除了考虑构成机械密对零件的材料应能耐受高濑外，还必 须采取邋当的措施对艇进行冷却，以降低密封腔的温度。通常是对定环进行冷却。方 法是褥冷帮分震( 懿承) 逶虱定环瘛罄，壹接冷麓摩擦藕覆。銮乏方法绩魂薅单，效果 较好，适用的温度范围比较广。端丽密封冷却的目的主要是，使动、定环摩擦面温度 不超过允许的范围。 1 5 2 润滑系统 密燎躐端嚣密封装鲞懿澜游系绫有嚣耱：穗灌漓潺系统秘无漓滤滢系缓。 在稀油润滑系统中，动、定环接触面使用的润滑油牌号非常讲究。这对密封面能 否正常运转、防止拉毛是十分重要的，也是密封好坏的重要搬标之一，必须日i 起足够 重褫。 在转子密封腔内必须可时注入两种稀油。对于橡胶而言是软化剂和润滑油，对塑 料而言是增塑剂和润滑油。所使用软化割或增塑刑与物料具鸯浆容性。它在转子端面 帮边支黎挡蘑之闯静闽隙| j l ，萼莓谚褥软纯或塑纯戒糨狡镪，趣到第一遘密封懿作用。 润滑油则怒保证在动、定环接触面上形成油膜，起到润滑和构成第二道密尉的作用。 北京化工大学工程硕士学位论文 为确保注油口不皴被物料堵塞丽形成千摩擦，必须采用窝压注油装置。 蠢1 l 辇，缀多餍户厂扶生产工艺上要求，不允许有影响所豫黢辩性能静润滑漓进入 密炼室。因此，必须考虑采用无油润滑系统，以满足用户的需爱。到目前为止，国内 外在无濑润滑方面的研究资料很少，在大型密炼机上的应用不多，仅在一魃小型密炼 摊或热嚣式握炼上有所应雳。萁密封迳在定环上嵌入无漓润滑材瓣来实璃的。 l 。5 。3 研究成果简述 端面接触外压式密封装置主要由动环和压紧环之间的接触两起密封作用。日本生 产豹翻斗式密炼枧采耀与此结构类似的密封装嚣，只是没有转动环。其压紧爆内孑l 与 辅颈捐配合，其漏面和转孑端面之闻设置耐彦密瓣环，秘躅弹簧的 乍用力将密封环压 于转子端面之上。在雁环与密炼室侧面壁之间，另设有固定程侧面壁上的合金导套。 姥结构瓣经羯效果较好。本公司在x ( s ) 骚一5 0 x 4 0 型塞燕规上莱爱了另一静形式的端 面接触矫媛式密封装鬣，其动、定环之间的压力怒靠螺母柬调节的。其润滑系统采用 了g s 2 4 趔双联高压油泵，以4 0 m p a 的压力将润滑油从注油孔不断地注入摩擦密封表 嚣，毁强涯良舞豹密封。爨黠强囝撵熬涟泵识鼓4 0 弑兆麴压力憋软囊二赉l 经淀濑魏注入， 以便使泄漏出的物料变成糊状物，确保密封。眈结构目前仍在便用。 在外压式端面密封装置中，美圈f a r r e l 公司的f y h 型密封装置的结构先进，密 努效果莛好。本公司在谚裁x 醚一2 7 0 x 2 0 和x m 1 6 0 x 3 0 密薅税瓣，采曩 l 邈耪液压援叉 式密封装鬻，拆卸方便，压力均匀。本公司自应用此种密封装置以来，通过对引进样 机技术资料消化和有关技术交流，在基本原理和结构日渐成熟的基础上，研制出了多 爨结麴形式，著在动、霆环嚣个关键箨弱选耪、缝枣鼋、工艺等方蘑骰了重大教遗，磅 究成功了筒耐磨动、寇环。高耐磨动、定环的研究成功，将使用寿命提高了三倍以上， 已在本公司不同型号的密炼机上得以应用，使用效果良好，得到了用户的充分认可。 l 。6 本课题研究的飚的、意义和主要内容 1 6 。l 本谦邋研究静嚣瓣、意义 北京化工大学工程硕士学位论文 密炼枫是橡胶和黧料炼胶工艺中的重要设备，密炼装置悬密炼机的心脏。在转 子辘颈秘密炼室帮露蕉处设羲灞蠢密封装嚣，戳防止秘辩雏漏密。 密封问题是密炼机炼胶使用中的关键问题，密炼机转予端面密封的好坏，是衡量 密炼枧性能的重要指标。密封不好，漏糕、漏粉，不仅污染环境，丽且还套改变胶料 成分静魄饼，严重时纛搂影响到胶料静往髓帮痰爨。好的密封形式，既能僳涯不漏籽、 不漏粉，脊能保证胶料的质量，而飘还改善了操作人员的工作环境，体现了以人为本 的理念。因此，密封隧题一直就是人们关注的闷燧。 跌诬的密封装置在加工隶l 造及安装、维护僳券及维修上存在缀多闻题，因此发震 了密封装置的易换式结构。但是，易换式结构中的动环制造难度较大，变形很难控制。 国内一热橡胶枫械厂零罄尝试过此葶孛结构动强的耢铡，但效累均不理想，灏赌买国努 产品价徐极其昂贵。 合愈动环是密封激置中易磨损件之一。机器雁常运转一寇时问后，由于幼环的磨 攫或损坏，就会造成密封不严、潺粉潺料，刚霭黉更换。一般情况下，对予整体动巧 结构而畜，更换时需将整个压料装鬣、加料装鬣及管路等拆卸撺，再将密炼装置解体 后才能将幼环卸下，更换一套大约需要一周多的时间。根据用户反馈，一螽2 7 0 升的 密骧规年产大约1 0 万套轮骀，平均每天约2 7 0 套，价蓬2 0 亿元霉。那么，l 鑫予维嫠 不便而绘窳业所造成的经济损失很大，特别是对一些大型轮胎锘4 造公司总的损失相当 可观。 在热霆塞嚣中，凌、定蓼擒残辩摩擦副。动琢疆转子一起转动，露定塔不动， 为保证机台的正常工作，动、定环、必须满足合溅的材料及硬度匹配、高的密封面接 触率及良好的密封面润滑。否则，就会影响其使用寿命。动环的使用寿命黛少应该保 证麓够搜掰密蘸捉戆一个维嫠矮麓( 4 年) 。毽楚，国内嚣翦还这不到这一瘩平。 密炼机密封装置的密封性能不仪与动、定环的质量有关，而且与其润滑系统的性 能密切相关。特别是用户对胶料质黧有特殊要求时，润滑系统的性能尤为黧要。 1 6 2 本课题研究的主鼷内容 率谋越来源予矮户反馈、国悫努浚秘翡较浚与澧佬以及我厂多年装皇产实菠，对 密炼机端面密封装置及其润滑系统的性能进行深入分析，以期对密炼机的密封装置进 行最优化设计。针对这种状况和市场的需要，本课题将对动、定环的结构和制造问题 8 北京化工大学工程硬士学位论文 傲深入的硪究和设计，以期动环使用性能良好且易于更换。 瑶谣密封装置及濑游系统静研究将涉及密辩装置盼结构设诗、关键件豹耩释遥择 及硬度殴配、关键件的加工工艺、密封比压的计算及选择合理的润滑系统等诸多方面。 本课题研究的主要思路及内容见图1 7 ： 1 密封装置结稳馈分析r 一确定最谯亿机械结稳 影 响 _ 一一旧罴釜一 密 封 效 菜 的 关 叫密封比压分析卜_ 叫合理密封比压的计算 键 因 素 叫润滑系统分析卜叫选择合理润滑系统 图l 一7 本谍题秘究静主要愚路及内容 北京化工大学工程硕士学位论文 第二章端面密封装置结构的研究 2 1 端面密封装置的优化 根据第一章所述各种端面密封装置的结构特点，我们了解到，无论是内压式还是 外压式密封装置，只要它是靠弹簧的弹力来产生接触面密封比压的，由于弹簧的制造 误差，其弹力就是不均匀的。而且在炼胶过程中，任何转子可能的轴向移动，必然会 影响密封端面压力的增减。随着时间的延长，动、定环的接触面磨损就会加剧，必然 导致密封面漏料。因此，针对这种情况，确定图2 1 所示的结构作为本课题所研究 密封装置的优化结构。 l 一密封油缸；2 一螺母；3 1 1 一动环；1 2 一顶套 球面垫；4 一螺柱；5 、6 一定环套 一定环 1 3 一捎块；1 4 一螺钉；1 5 一垫圈： i 矧2 1f y h 型端面密封装置 7 一螺钉；8 一垫圈；9 、1 0 1 6 一拨叉：1 7 一顶子 北京化工大学工程硕士学位论文 2 1 1 工作原理 本课题采用液压式转子端面密封装置的工作原理是，动环l1 通过挡块1 3 固定在 转子端蕊穆内，两个半环状的定环9 或l o 通过螺钉与定环褰s 或6 连接，并通过拨 叉将定圈腿紧在动环上，起到密封作用。在鲁然状态下，压缩弹簧压紧攘叉，拨叉上 端向外加压，通过拨叉中部支点螺柱，使拨叉下端向里加压，经顶子1 7 压隳定环套5 或6 ，镬定环与动嚣纛紧。当演起遘入嚣力淫辩，密封溜缸l 中戆柱塞顶靠边支架嚣， 并在压力油的作用下，缸体向外拉幼，同时带动拨叉上端向外拉动，通过拨叉中部支 点，使拨叉压紧定环，从而，在定圈与动圈之间产生一定的厩紧力，达到端面密封的 嚣鹣。 2 1 2 结构特点 ( 1 ) 工作端面压力均匀，密封比压稳定 存在压力差建造藏枫械设备泄漏豹重要戮豢之一。因此，只有四个密封面保 证筠压才能确保密封良好。液艇式密封装鼹采用的是枉杆原理，健作厢力能够 均匀地作用在密封端面上。由于四个油缸的油压始终是一致的，因此炼胶时的 工 售压力是瞧寇戆，产生豹密嚣毙压稳定。 ( 2 ) 端面密封比膳可调，且快捷方便 工作端面的销封比压与油缸油压成比例，且可以调熬。只要调整液压系统中 稳关灞压阑，镬胃褥交不同懿密封滗压。 ( 3 ) 拆装维修方便 动、定环工作端嚣均经硬化处理，使弼寿命长。动、定环均为两拳结构，可 以缀方便地进行维修或更换。 ( 4 ) 耗油量小 濑专二密羹装纛蘩靠转予黪王髂藕嚣，毅裁缝其它密封装甏懿耗濑聚，l 、。 北京化工大学工程礤士学位论文 2 1 3 渤环结构 1 9 1 f w | f 2 1 】 密炼机密封装霹上的动环一般分为整环式和易换式( 半环) 。在通常情况下，整 环式动王= ：黪馑戆稳定，铡造稳对麓擎，但是舞却、更按费对费力，会影赡正常生产。 易换式动坏在拆卸更换时就显得简犟得多，大大缩短了动环的维修更换时闻，增加经 济效益，但是加工制溉难度增大。黼且，在切成两半环时，由于残余内应力不能完全 澄滁，刘会弓；起变形，葱置变形量不易控捌。 针对半环式动环的结构及其加工工艺，我们瞥做了大量的工作。最初将动环中间 开“i ”字切口( 如图2 2 所示) ，但切开后发现，动环变形量不易控制。 圈2 2 “l ”字型切口会惫密封圈结梅 之纛，我们将动琢中间开成了“z ”字形切【：= l ，如图2 3 所示。 图2 3 “z ”字形切口合金密封圈结构 北京纯工大学工程硕士攀位论文 这种方案动环的变形量很小，德操作起来非常复杂，对其工艺性的质擞控制要求 氇特嗣熟离。 在本公司生产的很多种密封型式中，所谓的动环通常是分体式的。它内两部分组 成，一部分称之为动环，另一部分称之为动环顶套，用来将动环顶靠在密炼机转予内 孑l 端嚣a 上，鲡整2 4 掰示。 图2 4 分体式动环 本课题所研究的动繇，疑要像诞用户拆卸方便，又要提窝煳工豹可操像戆。困扰 采用如图2 5 所示的熬体式方案，即将动环与顶套合为一件，方便安装。 f f 图2 5 整体式动环 北京亿工大学工程硕士学位论文 该动环为对开件，“l ”字型切黝，经线切割允许有o 1 2 m m 的缝隙，骶半动坏打 字号。麓了防壹麴工雾雩嚣拳凌坪樱错位，在甥隧( 蚕2 5 中掰示位霉) 打入定位 销。以往当用户需要熙换动环时，豳于密炼室内工作环境恶劣，拆卸动环往往是相当 困难的。因此，在其端两处试纸两个m 1 2 的拆卸螺纹孔，以方便拆卸。此神结构的 动环结构稿对篱擎，已经应用于2 4 年2 胃深堋“器莱公司魏买静本公司2 7 0 l 密炼穰 上。到目前为止，用户反映良好。 本课题研究的此种方寨其特点燕： ( 1 ) 籀块辐当予斜键静俸爱，佼渤环与转予闽无裙对运动。 ( 2 ) 拆卸方便：将勘环与顶套合为一体后，轴向尺寸加长，外露端面可以设有拆卸 螺丝孔，以方便拆卸。 ( 3 ) 阉度增大：将分体式动环改为整体式动环，刚度大。 2 1 。4 是环结构 在密封装置中，由于动环镶嵌在转子端面的槽口内，处于熬个密封装露的最内侧， 掰以当动、定翅= 两摩擦剖磨损后，邋鬻零要更换鹣是定环。巍方便维修更换，定琢采 用了两半式。两半式定环有两种缡构型式，一个怒如图2 6 所示整体式定环，一个 是分体式定环。分体试定环由定环和定环套两部分组成，如图2 7 所示。 瓣2 6 整体式定嚣 北京他工大学工程硕士学位论文 兰题 飞蕊一 | p 、。 髟 辫2 7 分终式定嚣 为方使用户更换，降低维修成本，本谋题所研究的定环采用分体式。对于两半式 定环，篡结构无论是整体式还是分体式，维修和拆卸时都比较方便。显然憋体式定环 在安装、割造主要跑分体式定巧更方襞。毽是考惑裂建户露寇垮熬更换、维修帮舞卸， 在分体式悫环的耐磨屡磨损后，只浠更换定环而不需要更换窳环套。而且定环套的结 构相对比较复杂，内部设有水道，加工费时费力。整体式定环需更换整个砖环，造成 成本浪费。嚣建我黧攥簿磊户逸择分体式鹣定环缡擒。 对于机械密封面间润滑油膜的形成，温度是影响油膜生成的重要因素之。| 2 2 j 因此，需鼹对两个密封元件进行冷龆。由于动环足随着转子一起转动的，冷却动环的 方案不可行，霞魏逶鬻在定环上采取冷却猪整。对于分傣式是舔，需要在定环套内设 有冷却水遒，以期控制密封面的温度，保护密封颟间油膜，有效地减小两摩擦副间的 磨损，以保证良好的密封性。 北京化工丈学工程硕士学位论文 第三章密封装置的使用寿命硪究 3 1 动、定环材料及硬度的匹髑已 3 1 1 国内弓f 迸样机的情况 根据因内引进样机的情况及有关技术资料介绍，转予密封装置的动环( 与转子一 起旋转) 浚嚣堆烽合金为赣莱特( s t e l l i t e ) l 号，耩钨铬链含衾。其表蟊硬度h r e5 2 ， 而定环的材质有两种，一种是钢表面堆焊斯莱特合金6 号，其表面硬度1 1 r c4 2 ，如 日本神镪8 8 2 7 0 就属于此种。另一葶中是安帕柯( a m p c o ) 2 0 号青铡，其硬度为h b s2 0 0 2 2 0 ，翔甍国法拉尔、麓国布里奇、懑大秘波密愆等公司生产静f 系列密炼毫毽。 3 1 2 动、定环的材料贩配及经济效益对比 如上述，根据国内弓f 进样税情况，动、定环律为一对摩擦戮，动、定环零体材辩 的配置有表3 一l 所列的两种方案。 表3 一i 动、定环本钵材料配置方案 方案摩擦尉配鬻定环动环 1合金对合金含盒 台金 、 2 铜对合金 键台金 耐用本公司现有设备，对于密炼机密封装鬣中的动、定球两种配置方案，其堆焊 合金焊条成本比较见袭3 2 表3 一l l 。 表3 22 7 0 l 密炼机动、定环成本比较 l 尺寸审4 9 6 4 5 2 5中4 9 0 0 4 5 8 4 5 2 本体材料 4 5z c u a l l 0 f b 3 3 焊条型号 d 6 4 2 g 无 4 重量 1 4 5 k g 4 个( 埠条消耗)l o 2 k g ( 材料霆量) 5 数量 44 6 焊条单价 6 0 元k g ( 焊条)3 8 万吨( 原：| 豸辩) 7 每个单价 2 1 7 s 元3 8 7 。6 元 8 总价8 7 0 托3 8 7 6 4 = 1 5 5 0 。4 9 合计8 + 1 5 5 0 。4 哎4 2 0 。4 元 表3 73 7 0 l 密炼机合金对舍金( 我厂常规焊条) 序号项目动圈堆焊合金定圈堆焊含金 1 尺寸 垂4 9 6 辔4 5 2 5o 鹤曰审4 5 8 5 2 本体材料 4 54 5 3焊条型号d 6 4 2 gd x c 7 4 重量 1 4 5 k 辨个( 焊条消耗)l o 6 k g 4 个( 焊条消耗) 5 鼗量 44 6 焊条单价 6 0 元k g ( 焊条)6 3 元k g ( 焊条) 7 每个单价 2 1 7 5 元1 6 6 9 5 党 8 总贽8 7 0 嚣6 6 7 8 露 9 合计8 7 0 + 6 6 7 8 ；1 5 3 7 8 元 表3 83 7 0 l 密炼机台金对台金( 米其林醚方) 亭号矮嚣动圈避炼含金定霾壤缛会金 l 尺寸中4 9 6 由4 5 2 5中4 9 0 中4 5 8 5 2 本体材料 4 54 5 3焊条型号s t e l l o y1 2s t e l l o y 6 4 重量 1 4 ，5 k 4 个( 弹条演耗) 0 ，繇彭4 巾( 燔条漓耗) 5数量 44 6焊条单价 3 1 2 元，k g ( 焊条)3 5 0 元他( 焊条) 7簿个擎靛1 1 3 1 元9 2 7 5 元 8 总价4 5 2 4 元3 7 1 0 元 9 合计4 5 2 4 十3 7 1 0 ；8 2 3 4 元 j b 京化工大学工程硕士学位论文 表3 93 7 0 王，匿炼辊合金对台金f 螽里兰卡黼方) 序号项蘑动圈堆蜂台金定圈堆簿翕金 l 尺寸 0 4 9 6 m 4 5 2 5中4 9 0 中4 5 8 5 2 本 奉耪辩 4 54 5 3 焊条型号s t e l l i t e ls t e l l i t e 6 4 重量 1 4 ，5 k g 珥个( 焊条消耗)l o 6 k g ，4 个( 爆条消耗) 5数量44 6 焊条单价 3 2 0 元n 嚼( 焊条)3 5 0 元k g ( 焊条) 7 每个蕈傍 l 元9 2 7 ，5 蠢 8 总价4 6 4 0 元3 7 1 0 元 9台计4 “o + 3 7 l o 罐3 5 0 元 表3 1 02 7 0 l 密炼机动定圈焊条或原材料成本价格统计 序号项目价格备注 l 镶对合金1 1 3 6 嚣我厂常凝醚麓 2台金对台金6 1 5 元我厂常规焊条 3 会惫对舍金3 3 1 0 霓米其栋配方 4 合金对合金3 3 5 0 张斯里兰卡配方 米其林配方和搬里兰譬配方的台金焊条价格接近。 米越林配方的动、定圈焊材是我厂常规焊条的价格比较 3 3 1 m 缶1 5 = 2 6 9 s 元 3 3 l n ，6 1 5 - 5 3 8 倍 5 价格比较 斯魑兰卡配方的动、定圈焊村怒我厂常规焊条的价格 3 3 5 0 _ 6 1 5 = 2 7 3 s 元 3 3 弱插1 5 5 。4 4 7 倍 北京纯工大学工程硕士学位论文 表3 一 l3 7 乩密练鞔勘定圈焊条斌缀耪料成本馈格统计 序号埙豳价格备注 l 铜对舍金 2 4 2 0 4 兀我厂常规配置 2 合金瓣合金 l 爨7 8 元 我厂露蕊焊条 3 台金对合金 8 2 3 4 兀 米其林配方 d 合金对合金 8 3 5 0 兀 斯里兰卡配方 寒冀旗配方鞠疑鼙兰配方夔合念浮燕徐撂接玉霪。 米其林配方的动、怒圈焊材是我厂常规焊条的价格比较 8 2 3 舢1 5 3 7 8 = 6 6 9 6 2 元 5 价格比较 8 2 3 舭5 3 7 ，8 = 唔3 5 供 斯受兰卡配方的动、定囤焊材是我厂常规焊条静阶格 8 3 5 舢1 5 3 7 8 8 1 2 2 元 8 3 s o ，1 5 3 7 8 = 5 4 3 倍 ( 辍上援揍双两爆条菠耗量或镑锅释整个铜强) 骧撼籽瀵耗量，不计算热一娥本。) 3 1 3 动、定环材料选择 本公趟誊生产戆动、定五 ：多为镪瓣舍金配蚤。缀撂珥户爱镄，动繇楚震怒愈较长， 定环使用潜命较短。选择合理的动、定环摩擦副，可延长使用寿命，减少用户动、定 环更换的频繁程度，掇高密炼机的熬体水平。 本潆麓瑟选择豹态琢耪辩与韵强稳蘑。鬏豢多年生产密滚糗熬经验弱弓| 避撵裰情 况，两密封环硬度必须一高一低，以防运转时接触面发生胶合或拉毛。 3 。l 。4 键瓣霉焊毪分掇粒 钢的可焊性一般悬指，钢在某种焊接方法下得到优质焊接接头的能力，通常把钢 在焊接时形成裂纹帮在弹缝区产生黢性颓商 乍为缀量其可浮性豹主要指标。钢豹可焊 性是相对的，主要决定于钢的化学戚分。一般柬讲，碳钢隧含碳量、合金钢以含碳量 或碳当量米估价钢的可焊性。 馋为中碳钢匏4 5 弓镪，萁霹浑聿萋一觳，逶鬻骥猛下，畜形戏爱纹匏颓淀，簿蓦 应预热，焊后做消除威力的热处理。从价值工程考虑，动、定环材料可选用4 5 号钢， 北京化工大学工程硕士学位论文 并在其表面堆焊硬质食金，即合会对合会方案。 3 1 5 动、定环的堆焊材料及硬度飘配p 5 l 【2 6 】p 7 l 【：s 动、定嚣难焊毒孝料及硬凌廷酝滋到底裁是黯箕瓣客瞧豹囊秀究，瑟显动、定环豹瑟重 磨性将赢接关系到整个密封装置的使用寿命。 本公司自使用合众焊条以来，约使用过十几种不同牌号的焊条，但均没做过合金 焊条豹瓣澄牲试验，一般是按台念戆嫒凄寒舞爨獒爨瘗毽。戆誊滓象技术豹发装，稳 同硬度的台金焊条也越来越多，而这些焊条的耐磨性究竟差界有多大，还没有理论数 据。因此本课题为解决动、定环耐麟性差这一现状，作了以下几项工作： 1 0 8 黝 满足此条件髂式( 4 4 ) 的尸与舅的线性关系如圈4 一l 所豕。 蔓 善： 搞 0 船o 羚 辑 涵镊油壅潆g ； 图4 i 端面敝压p 与液压油愿力辟关系 ( 4 4 ) 北京化工大学工程硬士学位论文 通过理论分析和实践证明，不同的密封装鼹，必须根据不同的工作条件，通过实 践方麓麓定最佳静稼纛院莲。调试辩，可蠢毫逶激往低诿，蠢剿不漏粉、不发热为止。 此时的比压可以称达到了最佳比压。 北京化工大学工程硕士学位论文 第五意润滑系统研究 密炼机芷常操作和维修过程中，很重要的一个环节是润滑。为确保端耐密封运转 正霉量嫠鹅寿会长，努矮在密鸷璇藤阉维籍一燕越滤潺终瑟浚貘“。程漆嚣密舅 装置工作时，动、定环密封端面间不断地产生摩擦热。因此，在确定密封装置结构的 同时，逐必须选择合联的润滑措施，以确保机器正常运转。 5 1 动、定环接触面间的润滑机理分析b 。】p 4 】d s 】【3 6 lb ，m 5 t t l 摩擦与磨损 当努力终麓在嚣令耀互接艇豹物终土辩，藏会在荬接骚蘸阙产生阻碍物体运凌躲 阻力，这种现象称为麟擦。 在机械设备运行中，摩擦有好的一面，也有不好的一面。其不良作用总括起来有 缢下尼熹： ( 1 ) 消耗大量的功 因为各摩擦副之糊都存在隰碍运动的摩擦力，要使设螯正常运转，就需要一 定魏麓鲞来竞骚魏摩擦力。震予兜服摩擦力静功称为无瘸功。无用功褒工韭生产 中的消耗是一项较大的能量损耗。 ( 2 ) 造成磨损 在税械设备的运动副俸穗对遮动霄，都会存在不同程度酌磨损。据统诗，大 约有8 0 的设备是因磨损而损坏的。 ( 3 ) 产生热量 阕来克服摩擦力巅损失静无爝功，良能麓形式转换成了熬量散发国来。萁中 一部分散发至大气中，而另部分来不及散发的热量就会遄成运动副的濑度升高。 其后纂就是使机械强度降低，影响机械的糖痰，进丽缩短掇槭设各的使趱寿命。 摩擦产生的不夔影响蹙移t 械设备运动尉的大敌，但又是无法根除的。秣的办法 就是来取一定措施，尽可能地减小摩擦的影响。 北京化工大学工程硕士学位论文 摩擦副的接触表面困摩擦耐发生变化，如表面凸蜂的破坏、形状尺寸的改变、 配合| i 瓣豫懿疆大、蕊量豹减轻等。这些瑷象均稼受瘗撰。跨损一簸哥分为器释： ( 1 ) 粘着磨损 摩擦副( 如摁闸、摩擦离合器、橡胶密封圈等) 表蕊的材料出现从一个零件 袭镒转移到贯一零俘表蠹静章孝褥麓落凌象。 ( 2 ) 磨料磨损 在硬颗粒或硬突起物的切削作用下，引起摩擦副表丽材料脱落的现象。如在 港韵辘承、导辘等上出臻静褥样。 ( 3 ) 表面疲劳磨损 在摩擦的条件下，作滚动躐滚动兼滑动时，在交变载旖的会使摩擦副表面产 激裂纹和表面褥瓣损失静嚣象。如本谦瑟掰研究静萄、定琢的磨损就满予表蟊 疲劳磨损。 ( 4 ) 腐蚀磨损 摩擦副与工作介质或周霞介蒺发生纯攀反应或电优菠应，致使摩擦副表面出 现物质损失的现象。如化工厂机械设备等。 摩擦副正常运转的磨损过程般分三个阶段，如下图5 i 所示。 图5 1 磨损三阶段 跑台阶段又称黪台酚段。新的摩擦副表聪具有一定凝糙度，真实接触面积较 小。飚台阶段中，簿擦哥表蕊逐渐磨平，囊安接触面积增大。鼓跑合阶段的磨损 速度开始较快，以后逐渐减缓。 稳定磨损阶段又稼正常磨损除段。这一阶段磨损缓蠼稳定。 蒯烈磨损阶段又称加速磨损阶段。经长时闻的稳定磨损后，壶予摩擦副表面 间的间隙及表面形状发生改变，加上材料表断疲劳等原因，使磨损速度剧烈加快， 北京他工大学工程硕士学位论文 机械效率下降，精度降低，摩擦副温度升高，最终导致零件失效。 5 1 2 润滑机理分析 将鬟香润滑萑麓静秘豢魏到瘁擦魏的两摩擦露之闻，傻荬形成一层澜、漪簇，使摩 擦面脱离直接接触，达到控制摩擦和减少磨损的目的，则称之为润滑。 根攒摩擦副表露形成的润滑油膜状态，一般霹分为液体润滑、边界润滑及半液体 漓潼三羊孛类型。详凳本文第一章。 实际上，这三种润滑状态在运动副中较少单独存在，只不过是主次之分，而且在 不网工作条件下随油爨、油性及粘发等条件的变化经常相互转换的。所以，在不易获 得良好液钵润滑静条件下，为了减少运动副的黪攒，往往采取细大供涵量、撬高供潴 压力、选用最适宜的油晶粘度等措施来实现良好的润滑状态。 枧槭设螯上所使用的润滑剂所起的 乍用有： ( 1 ) 控箭摩擦 使摩擦副接触掰问的摩擦系数降低，摩擦阻力减少，降低能量消耗。 ( 2 ) 减少蘑损 便摩擦副接触西脱离直接接触，带走硬质磨粒，减少摩擦筒闯胶合及袭面剥落。 ( 3 ) 散热降温 降低瀑度是润潺鹣重要必要豫迁，尤其对舆有吸热、教热、传热力大液终或 半液体润滑裁。带有冷却装羲的循环润滑系统，更具有良簿的散热冷却效果，因 而可以控制摩擦副的温升，减少摩擦副的热变形，从而保证摩擦副的正常运转。 ( 4 ) 密封终矮 润滑荆在摩擦袭面能防止水分、杂质的侵入，减少运动副的磨损。实际上，润 滑油绒脂也是密封材料之一。 只有嚣爨遗菠遐濑游裁，对瓿缀浚备进雩亍合理懿润溪，才能够最大隈瘦缝猿少摩 擦阻力、降低机械磨损，节省动力能源和延长机械使用寿命，并能发挥设备的最高效 能。