李向陽　劉剛　徐昕

　　密封對機械產（chǎn）品防（fáng）止“三漏”、保證設備的正常潤滑動作及安全運轉起著至關重要的作用。立磨對密封（fēng）的要求較高，尤其是磨輥軸承對密（mì）封的要求。油封設置於靜止與旋轉部件之間，用於（yú）防止潤滑油泄漏和防止外界塵土、物（wù）料等雜質進入軸承室內腔的動密封原件（jiàn），具有結（jié）構簡單、密（mì）封性能好，對軸（zhóu）的振擺（bǎi）、偏心的隨動性（xìng）能等特點，因而被（bèi）廣泛應用於立磨磨輥軸承密（mì）封中。磨輥是立磨中的關鍵部件，其使用（yòng）的軸承都是大型軸承，價格昂貴，由於磨機內部工（gōng）作環境惡劣、溫度高、粉塵多（duō）、振動大、氣體潮（cháo）濕，磨輥漏油現象發生或者油封密（mì）封（fēng）失（shī）效時，直接影（yǐng）響軸承的使用安全，降低軸（zhóu）承使用（yòng）壽命，增加設備運行風險與維護成本。因此，完（wán）善的磨輥密封解決方案直接決定著（zhe）立磨磨輥工作的可靠性、使用效率和運（yùn）行（háng）維護成（chéng）本，甚至會影響整個立磨係統的穩定性。
　　1　磨輥密封的密封原理
　　密封的目的在於，在一處有可（kě）能發生泄漏而要對其施以密封的地方，設置一個完善的（de）物理壁（bì）壘。磨輥密封屬於磨輥旋轉狹隘的動態密（mì）封，動態密封的原理有許多學派，分別提出了表麵張力理（lǐ）論、吸附理論和邊界潤滑理論等（děng）諸多理論，其中比較有影響的是E.T.Jagger提出的新月麵理論和Horvel等人提出的微（wēi）型泵理論^[1]。現（xiàn）分別（bié）對其進（jìn）行介紹。
　　1.1　新（xīn）月麵理論
　　骨架油（yóu）封通常由密封體、加（jiā）強骨架和自緊螺旋彈簧組成，在自（zì）由狀態下，其內徑比軸要小，有一定的過盈量，當油封裝入油封座和（hé）軸上之後，油封（fēng）唇口（kǒu）的壓力（lì）和自緊彈（dàn）簧的（de）收縮力對軸麵產生一定的徑向壓力，再加上潤滑油腔的壓力，共同決定著與軸之間的摩擦力，油封初始旋轉時，摩擦力矩較大，而後逐漸下降趨於穩定。工作時（shí），油封（fēng）唇（chún）口在接觸（chù）壓力的作用下，形成一個（gè）密封接觸環帶，潤滑油滲入密封接（jiē）觸環帶，形成一層油膜，油膜具有流體潤滑特性。在（zài）液體表（biǎo）麵張力（lì）的作用下，油膜的剛度恰好使油（yóu）膜與空氣接觸（chù）端形成一個新月麵，防止工作介質的泄（xiè）漏，從而實現密封。油封的密封能（néng）力，取決於密封麵油（yóu）膜的厚度，厚度過大，油封泄漏；厚（hòu）度（dù）過小，可能發生摩擦，引起油封（fēng）和軸麵磨損；密封唇與軸之間沒有油膜，則易引起發熱、磨損。因此，在安（ān）裝時，必須在油封上（shàng）塗些（xiē）油脂，同時保證骨架（jià）油封與軸的軸心線垂直，若不垂直，油封的密封唇會把潤滑油從軸上排幹，也會導致密封唇的過度磨損。
　　1.2　微型泵理論
　　由於油封內徑小於軸的直徑，二者屬於過盈配合，加上彈簧的作用使得接觸區域上接觸壓力呈不對稱分布，油封儲油端與空氣（qì）端產生不同的壓力變化，從（cóng）而產生兩向不同的（de）泵油作用，使潤滑油定向流動，從而達到密封的目的（de）。
　　2　磨輥密（mì）封失效原因分析
　　密封失效引起磨輥潤滑油泄漏的部位主要是油封唇部與磨輥軸套（油封副）結合部、油封基體與油（yóu）封腔體結合部。失效的主要（yào）原因包括軸（套）的問題、油（yóu）封的問題、配（pèi）合的問題、安裝（zhuāng）及使用維護等（děng）方麵的問題^[2]。
　　2.1　軸（套）的問題
　　1）軸（套）的表麵粗糙度：軸（zhóu）的表麵粗糙（cāo）度對密封的（de）作（zuò）用非常關鍵，如果軸的表（biǎo）麵粗糙度過大，軸（zhóu）表麵的凸峰會穿過油（yóu）膜與密封唇口接觸，在油（yóu）封轉動時（shí）易刮傷唇口，導致唇（chún）口很快磨損，密封失效；如果（guǒ）軸的表麵（miàn）粗糙度過小，油容易從（cóng）密封接觸（chù）處（chù）擠出，導致（zhì）油膜變薄或破裂，從而（ér）增大摩擦和磨損，使密封受（shòu）到破壞從而失效。所（suǒ）以軸的表麵粗糙度有一個合適的範圍，一般Ra控（kòng）製在0.4～0.8μm。
　　2）軸（套）的表麵硬度：由於在工作過程中，與唇（chún）形油封接觸的軸麵長期處於唇口的摩擦下，久而久之容易磨損軸徑，因此此處軸（套（tào））表麵硬度應提高（gāo），一般控製（zhì）在50HRC以上。
　　3）軸（套）的表麵（miàn）加工狀態與形位公（gōng）差：如果軸（套）表麵存在加工痕跡和損傷，會造（zào）成油封泄露，同樣如果軸（套）的圓度和跳動量超過了油（yóu）封的適應（yīng）能力（lì），也會造成油封泄漏。
　　2.2　油封本（běn）身的（de）因素
　　1）油封（fēng）結構設計不（bú）合理。要獲得無泄漏的唇（chún）形油封，除了選擇合適的彈性材料外，密封帶的形狀和位（wèi）置、密封帶和彈簧的（de）相對位置均具有十分重（chóng）要的作用（yòng）。密封麵由兩個相交的錐麵形成，前唇角（α）指密封唇的前（qián）唇麵與（yǔ）軸線的夾角，後唇角（β）指密封唇的後唇麵與軸（zhóu）線的夾角。設計時要求α＞β，同時為（wéi）獲得良好的密封效（xiào）果，一般取α=40°～60°，β=20°～25°。彈簧（huáng）中心與唇口密（mì）封中心要有一個軸向偏置量，其值一般為R=0.4～0.7mm，R值過小甚至趨於零時無法保持油膜，不利（lì）於密封；R值過大（dà）增加摩（mó）擦生（shēng）熱，同時接觸寬度增加，接觸應（yīng）力變小，致使油封唇口與軸之間的“臨界油膜”潤滑擴大成流（liú）體潤滑，造成泄漏。
　　2）油封（fēng）選材不當。選（xuǎn）材時未考慮耐高（gāo）溫（wēn）、抗老化、抗磨損、耐壓（yā）、耐腐蝕等因（yīn）素。
　　3）油封的（de）製造工（gōng）藝不（bú）合理，尺寸精度差。
　　4）油封（fēng）彈簧（huáng）質量差或失效，使油封對軸的抱緊（jǐn）力太小。
　　2.3　配合的問題
　　1）安裝油封的油封座質量差。
　　2）箱體座孔、端蓋、輸出軸不同（tóng）心。唇（chún）形油封新安裝時的平（píng）均接觸載荷約為1MPa，相當於單位軸向長（zhǎng）度上（shàng）的（de）載荷為（wéi）200N/m，經過長（zhǎng）時間運行後，接觸載荷慢慢衰減，衰減後的載荷至少應維持在初始（shǐ）載荷的50%，即100N/m；當箱體座孔、端蓋、輸出軸不同心（xīn）時，可造成油封唇與軸套（tào）接觸不均，致使油封唇口（kǒu）對（duì）軸套的壓緊力不（bú）一致（zhì），局部單位軸向長度的（de）載荷（hé）可超過400N/m。一般來講，載荷為100N/m時，油封壽命Z長，超過400N/m時，油（yóu）封壽（shòu）命Z短。
　　3）長期高溫使橡膠老化和硬化。基於磨內高溫（wēn）工作環境（jìng）及油封旋轉（zhuǎn）產生（shēng）的熱量，油封唇口處溫度一般在120℃左右，長時間運轉促使油（yóu）封老化、失效（xiào）。
　　2.4　安（ān）裝及使用維護等方麵
　　1）油封使用時，未檢查使用前是否有損壞（huài），未（wèi）正確確認密封主唇口的方向。
　　2）裝配時，劃傷（shāng）唇口。
　　3）軸（zhóu）端（duān）、軸肩粗糙度過大、裝（zhuāng）配用力不均（jun1）或一次壓入厚度過大，致使油封唇口翻（fān）轉或使彈簧脫落。
　　4）油封裝配時壓（yā）入不到位，損傷唇口。
　　5）對油封的使用壽命認識不足，超期使用導致油封老化損壞，密封失效。
　　6）設計中未考慮可定期加注潤滑脂（zhī）的結構或未及時向油封處填注潤滑脂，導致油封幹摩擦，溫度升高而（ér）損壞（huài）。
　　3　磨（mó）輥（gǔn）密封失效的（de）危害
　　在由軸承、潤滑、密封等組成的立磨磨（mó）輥係統（tǒng）中，密封是Z薄弱的（de）環節。經統（tǒng）計，67%以上的軸承失效都是由（yóu）密（mì）封失效引起的。磨輥密封失效（xiào）會（huì）使物料微粉、水分等進入磨輥內部，導致潤（rùn）滑油汙染、乳化失效，以致無法（fǎ）形成有效的油膜厚度導致軸承生鏽（xiù）、點蝕、磨損乃至Z終斷裂（liè），情況（kuàng）嚴重時，會導致整（zhěng）個磨輥卡死（sǐ），造成磨機振動大、產量降低，引發停機停產等嚴重後果。
　　4　磨輥密封對密封件的要求
　　1）密封件的承壓能力應不低於0.3MPa，內部應無獨立的彈簧（huáng）設計，減少由於密封變形、彈簧脫落而造成的密封（fēng）失效，同（tóng）時應具有（yǒu）充足的軸向抱緊力，保證密封性能。
　　2）密封件應具（jù）有優（yōu）異的唇口（kǒu）廓形設計（jì），完全滿足磨內高溫（100~200℃）、低速（sù）重載、持續振動等苛刻的使用要（yào）求，以及軸與油封座孔有輕微不對中時的密封性能。
　　3）密封件應具有良好的耐油性，同時能通過擠壓成形的唇口帶來優異的泵油能力（lì），將汙（wū）染（rǎn）物、水分、物料微細（xì）粉擋在外部，特（tè）別是具有防止尺寸大小約為5～80μm的物料顆粒（lì）進入軸（zhóu）承腔室的能力。
　　4）密（mì）封件應耐磨性好，摩擦係數低，能在一定程度上自動補償磨損和幾何精度誤（wù）差，且不易老化。
　　5）在正常使用、良好潤滑的基礎上，要求壽命Z少為2年。
　　5　磨輥軸承密封解決（jué）方案
　　5.1　原密封方案及其缺點
　　原有立磨磨（mó）輥軸承密封是三道油封密封組成，其（qí）結構方案見圖1。

圖1　原立磨（mó）磨輥軸承密封結構

　　該密封結構的缺點如下：
　　1）該設計密封由三道油封組（zǔ）成，其中內側兩道油封主唇麵向軸承一側，用來防油，Z外側一道油（yóu）封麵朝磨內一側，用來防塵（主（zhǔ）要是物料微（wēi）粉），由於Z外側一道油封直接與空氣接觸，極易被物料汙染損傷（shāng），形成物料進入軸承腔室的通路，致（zhì）使內側兩（liǎng）道（dào）放油（yóu）油封失效（xiào），進而導致（zhì）整個密封係統失效，造成磨輥漏油、軸承失效等嚴重後果。
　　2）原（yuán）有油封材（cái）料為丁腈橡膠，當潤滑不良時，發熱（rè）量加大極易導致（zhì）油封唇口老化，密封（fēng）失效（xiào）。
　　3）油封副材料（liào）為普通Q235A或45號鋼，硬度不足，極易在（zài）油封副與唇口接觸處（chù）磨出溝（gōu）槽，造成油封損壞失效，磨損產生的細金（jīn）屬屑也會危害軸承使用（yòng）安全。
　　4）由於是三道油封（fēng）同時作用，安裝時容易將油封唇（chún）口的方向（xiàng）裝反，同時安裝時也難以避免翻唇現象的發生。
　　5）原有設計對油封座（zuò）腔、油封副的硬度、粗糙度（dù）、加工精度及形位公差的要求未考慮油封的承受能力，極易產生內（nèi）部損傷。
　　5.2　磨輥軸承密封新方案
　　針對原有密封（fēng）的缺點，提出了一種新的磨輥軸承密封解決方案，即采（cǎi）用（yòng）兩（liǎng）道骨架油封+V型防（fáng）塵封+耐（nài）磨軸套（tào）的新方案，其結構見圖2。

圖2　新的磨輥軸承密（mì）封結構

　　5.3　新的密封方案（àn）的優點
　　1）密封和防塵（chén）分別由獨立的功能元件來實現（xiàn），從而達到功能Z佳化。
　　2）V型防塵封（fēng）采用獨特的（de）設計，性能大大優於市場上普（pǔ）通的V型密封，其安裝在旋轉件上，可將其隨（suí）油封座旋轉時收集的灰塵、顆粒等異物倒回並被密封空氣吹回到磨盤上。
　　3）軸向采用（yòng）兩道油封密封結（jié）構設計，油（yóu）封（fēng）唇口采用計算機FEA有限元優化的唇（chún）口廓形，其中靠近磨輥軸承內部一側油封（fēng）主唇朝內（nèi），能有效防（fáng）止循環油外漏，遠離磨（mó）輥軸承內部一（yī）側油封主唇朝外，起到防塵擋灰的作用，能有效防止灰塵進入軸承潤滑係（xì）統。
　　4）安裝時預先在相應的密（mì）封（fēng）接觸麵處填充潤（rùn）滑脂，一方麵（miàn）保證密封處有（yǒu）一定的潤（rùn）滑，提高壽命；另（lìng）一方麵起到防塵的作用；同時為了保證設備的（de）正常潤滑，在軸上（shàng）設有潤滑油通道，方便定期加注（zhù）潤滑脂。
　　5）軸承鋼耐磨軸套硬度高，與油封配合使用時二者壽命均有效增加，且損（sǔn）壞後隻需更換軸套本身，無需擔心對軸的損害。
　　6）設計中對（duì）軸套材料進行了優化選型，同時對軸（zhóu）套、油封座的硬度、粗糙度、壁厚，以及（jí）配合所需的尺寸公差、形位公（gōng）差等參數也予以（yǐ）優化。
　　5.4　新密封（fēng）方案與原有密封方案的比較
　　新密封（fēng）方案與原（yuán）有密封方案（àn）的（de）比（bǐ）較見表1。

表1　新密封方案與原有密封方案的（de）比較

　　5.5　耐磨襯（chèn）套的作用
　　由於旋轉軸和密封之間存在雜（zá）質顆粒和摩擦，會嚴重損壞軸或者軸套。目前立磨行業普遍的處理（lǐ）方式是（shì）在軸上電刷鍍或者更換新的軸套，但電刷鍍加工難度大，修複效果難以保證（zhèng）；普通軸套壽命極短，更換軸套（tào）、油封時又需要將整個磨（mó）輥從磨內吊出，耗時費力。實踐證明，采用大直徑耐磨襯（chèn）套能有效延長油封（fēng）使用壽命，同時減少頻繁更換軸套、停機、安裝拆卸的（de）維護費用。
　　大直徑耐磨襯套的（de）設計特（tè）點：由（yóu）高質量的SAE1008碳鋼製成，有鉻鍍層，以便增強耐磨性和耐腐（fǔ）蝕性；襯套外徑經過特殊磨削處理，可為密封件提供精密的配合（hé）麵；標準襯套壁厚為2.39mm，襯套磨損後易（yì）於更換。標準襯套使得（dé）油封的使（shǐ）用壽命持續提高，有效提高了立磨（mó）係統的可靠性。
　　6　結（jié）束語
　　兩（liǎng）道（dào）骨架油封+V型防塵封+耐磨軸套（tào）的磨輥軸承密封新方案，已經在約200套磨輥裝置中使（shǐ）用（yòng），到目（mù）前為止，磨輥潤滑油泄漏（lòu）事故發生概率僅為（wéi）1%，因密封（fēng）失效（xiào）引起的軸承失效概（gài）率僅（jǐn）為0.5%。實踐證明（míng），采用新密封結構的磨輥裝置，密（mì）封效果好，密封件壽命普遍延長，油封泄漏事故發生的（de）概率大幅度（dù）降（jiàng）低，有效地保護了磨輥（gǔn）軸承（chéng），減少立磨停機次數與時間，提高了立磨係統的可靠性。

來源：《水泥》2016年6期