印钞机擦版辊冷却系统密封装置的改进

印钞机擦版辊冷却系统密封装置的改进

印版机是印刷行业的一种独特的印刷设备。使用一段时间后，其冷却系统的泄漏成为一个突出的问题，整个冷却系统无法正常工作，严重影响了印版的质量和工作效率。此外，维修费用和成本也显著增加。针对这种情况,对印钞机冷却系统的密封装置进行了改进设计。1错误分析1.1擦版辊冷却液工作压力印钞机擦版辊冷却系统密封装置是冷却系统的一个重要部件,安装在印钞机擦版辊上,印钞机擦版辊工作转速为ω=200r/min;冷却液回流温度t=60℃,冷却液工作压力P≦0.3MPa;同时擦版辊每转1周还要承受3次较大的冲击载荷。1.2普通的机械密封点由于结构上的限制,冷却系统的入口和出口集中在一个部件上,其结构如图1所示。该结构既是冷却系统的出入口,又是一个旋转接头。有以下结构特点:①结构紧凑,但密封点较多;②存在机械密封,显然,机械密封是该结构的主密封点;③动环、静环采用了炭化硅和石墨这一典型的硬和软材料的搭配,提高了动、静环在一定磨损后的相互补偿的能力,使得该密封点不至于立即泄漏;④端面密封靠弹簧作用使密封面自然贴紧形成密封。因此弹簧的最大变形量和弹性系数是影响机械密封性能和寿命的两个重要参数。1.3泄漏的部位及泄漏改进前该装置密封部分局部图如图2所示。由于该密封装置存在多个密封点,因此也可能有多处发生泄漏。由印钞机冷却系统进出口结构示意图可知,可能出现泄漏的地方有3处:①O型圈与炭化硅压块锥面之间:由于O型圈在装配前没有约束,因此装配中可能从锥面中脱落;在系统受到冲击或发生轴向窜动,也可能从锥面脱落,从而导致泄漏。②机械密封部分发生泄漏,即炭化硅压块端面和石墨环端面之间发生泄漏,机械密封处是密封泄漏的一个主要方面。③橡胶垫圈6与轴2端以及橡胶垫圈6与静环7端面之间的端面密封(静密封)也可能发生泄漏。根据该部件在使用中的坏损情况分析,造成泄漏主要有以下几方面的原因:1导引孔过小在结构上未对O型密封圈进行约束,同时,该结构的导引孔过小,位置也不合理,不能有效地汇聚泄漏的冷却液并及时地加以导出。从而导致轴承腐蚀而使整个系统无法正常工作。2密封端面比压对密封效果的影响碳化硅环与石墨环端面存在相对运动,密封面靠弹簧压力压紧而形成密封。它是该密封结构的主密封点,也可能是主要的泄漏点。显然,它是决定机械密封性能和寿命的关键。因此,对密封端面的加工要求很高,同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜,必须严格控制端面上的单位面积压力即端面比压。端面比压过大,不易形成稳定的润滑液膜,会加速端面的磨损;端面比压过小,密封面不能很好贴合,使得泄漏量增加。所以,要获得良好的密封性能又要有足够的使用寿命,在设计和安装机械密封时,一定要保证端面比压在最合适的范围内。通过对密封元件的失效分析,我们发现动环的表面擦亮、变色和静环上有同心圆纹理,由此可以确定机械密封端面比压过大。2改进的设计2.1基于印钞机擦版辊系统内部改进设计的改进设计由于受到印钞机擦版辊系统的整体结构和功能要求的限制,并为了能顺利实现积木式安装,因此在改进设计的过程中,对印钞机擦版辊系统的其它部分不作修改,也不改变密封装置的外形尺寸,只对该装置的内部结构进行了改进设计。2.2密封腔内温度t通过测量,密封腔处的回流冷却液的压力p不大于0.3MPa;机械密封端面相对滑动速度v不大于0.3m/s,密封腔内的介质温度t约60℃。根据以上3个工作参数,确定机械密封为一般机械密封。结构形式仍采用弹簧内置、静止式平衡结构;密封端面材料用软、硬两种不同材料配对;窄环用软材料——石墨,宽环用硬材料——炭化硅。一般地,机械密封端面比压不大于0.6MPa,弹簧比压在0.2MPa左右。2.3机械密封端面磨损原机械密封用弹簧直径d=2.5mm,由于弹簧比压过大(>0.5MPa),从而使得机械密封端面压力过大而导致机械密封端面磨损加剧。为此,重新对弹簧进行了计算,确定了新的弹簧参数。计算如下(见表1):根据上面的计算,确定选用弹簧丝直径2.5mm,中径16mm,自由长度26mm(选用数据组I)。2.4机械密封的改进密封装置改进后的局部结构如图3所示。改进1:在外套上开密封槽(图3中1处)。从密封失效的分析可知,为了保证O型密封圈在装配过程中以及在整个系统受到冲击或轴向窜动时不至于从压块锥面脱落,因此在结构上作了改进,即在外套内孔的表面挖一个密封槽以防止O型密封圈的脱落,装配时可先将O型密封圈放在槽内,然后再进行其它各个零件的装配。同时取消动环的锥面。改进2:对密封泄漏液的引导,从结构上也作了改进(图3中2处)。为了能及时地将泄漏的冷却液导引出去,以防腐蚀轴承。在设计中,对导引孔的位置作了改变,让引导孔尽量移到轴承的边沿并加大孔的尺寸;同时在引导孔处增开环形泄漏槽,利用系统旋转时产生的离心力的作用将泄漏的冷却液自动排出密封装置外,以保护密封装置内的滚动轴承不受冷却液腐蚀。改进3:对橡胶密封圈与轴端面之间的密封,也作了结构上的调整(图3中3处)。密封装置中端面密封都是靠弹簧的弹力形成端面压力,因此只要保证弹簧有足够的弹力,端面密封也就得到了保证。但弹簧压力受到机械密封端面比压的限制,如果弹簧弹力过大,密封面压得过紧,则可能导致碳化硅环与石墨环端面之间的摩擦磨损加剧和磨损的不均匀,使得机械密封发生泄漏。因此在重新计算机械动密封端面比压之后,重新确定了弹簧的参数。此外,为了保证橡胶垫圈与转轴端面以及橡胶垫圈与石墨环端面之间的端面密封能有足够的压力使得密封表面贴紧而形成密封,在结构上也作了改进,即在转轴的端面上加工一个小凸台表面出来。这样改进有两个好处:1)在相同弹簧力作用下,使得密封面之间有更大的压强,从而贴合得更紧;2)能更好地保证凸台表面的加工质量,以利提高其精度和光洁度。2.5机械密封端面平面度机械密封动环、静环端面的表面粗糙度要求很高:静环石墨端面要求抛光至Ra0.2,动环炭化硅端面要求研磨至Ra0.4,机械密封端面平面度不得大于0.9μm;此外,端面对各自回转轴的垂直度为≤5μm。2.6改进后的结构经过上面的分析、计算、和结构上的改进,我们得到本次