李宏士①　崔守彬　張磊

（朝陽重機集團（tuán）有限公司，遼寧朝陽　122000）

　　摘　要：介（jiè）紹了（le）立磨磨輥密封的作用與型式，以及（jí）磨輥油（yóu）封的基本常識，重點（diǎn）提出了（le）有關（guān）磨輥油封（fēng）泄漏（lòu）的一些因素，並介紹了立磨磨（mó）輥（gǔn）密封的典型設計（jì）及一些發展動態。

　　關鍵詞：立（lì）磨磨輥；密封；油（yóu）封

　　前言

　　立磨經曆了近半個世紀的不斷改進和（hé）完善（shàn），在水泥工業生料、煤粉及礦渣粉磨領域獲得了全（quán）麵推廣和普遍采用，磨輥是（shì）立磨中的關鍵部件，其使用的軸承都是大型軸承，軸承的正常工作與否直接影響設備的正常（cháng）運行和生產（chǎn）成（chéng）本。由於其（qí）工作環境惡（è）劣，溫度高，粉塵大，振動大，氣體潮濕，磨輥（gǔn）漏油現象時有發生（shēng），影響軸承壽命和生產成本，因此磨輥密封設計至關重要。

　　2　立磨磨輥密封的作用與型式

　　2.1立磨磨輥密封的作用

　　立磨磨輥密封的作用是（shì）防止工作介質（軸承潤滑油）向外泄漏（lòu）和防（fáng）止外界雜物進入軸（zhóu）承。工作介質泄露導致潤滑油的浪費和汙染（rǎn）環境，如補充潤滑油不及時會損壞軸承。在顆粒（lì）細（xì）小的磨粒工作環境中（zhōng），大量微小硬質顆粒很容易進入（rù）立磨（mó）磨輥軸承內部，惡化軸承工（gōng）作環境（jìng），降低潤滑效果，甚至在滾道麵形成（chéng）壓痕，引起點蝕甚至滾道（dào）麵剝落，降低軸承的工作壽（shòu）命。

　　2.2立磨磨輥密封的型式

　　立磨磨輥密（mì）封的型式通常有填料密封和油封密封（fēng）（旋轉軸唇形密封圈），油封密封由於係統結構簡單、使用壽命長、製造維修方便而得到廣（guǎng）泛（fàn）應用。在磨輥密封設計中（zhōng），一般采用氣封裝置加油封的組合設計型（xíng）式，氣封裝置（zhì）是正壓，立磨內工作狀況是負壓，形成壓力差，氣封裝置防止細小顆（kē）粒進入油封內，是在油封基礎上的又一重防護。

　　3　立磨磨輥（gǔn）油封簡（jiǎn）介

　　3.1磨輥油封的分類

　　磨輥（gǔn）油封從結構上通常分為骨架式油封和無骨（gǔ）架式油（yóu）封，骨架式油封用的Z多。骨架式油封常用（yòng）的又分為（wéi）外露骨架油封和內包骨（gǔ）架油封，骨架（jià）油封按唇口的形式又分為普通（tōng）型和（hé）雙唇型，如圖1所示。外露（lù）骨架唇形油封特點是剛性好（hǎo）、定位（wèi）準（zhǔn）確、同軸度好、散熱性好，有更好的密封性能，需要更高的安裝水平和加工（gōng）精度。內包骨架唇（chún）形油封特點是用途廣泛，易於安裝。密（mì）封唇（chún）的作用是防止泄漏（lòu），在條（tiáo）件惡劣的工況下使用帶副唇的（de）油封以延（yán）長油封壽命。油封的副唇起（qǐ）一個防塵作用，防止雜質侵（qīn）入油封密封唇口處，造成磨損而損壞（huài）。但副唇（chún）處往往潤滑不良，摩擦力較（jiào）大，造成油封幹（gàn）摩擦而損壞，所以使用雙唇油封時一定要在雙唇之間填滿（mǎn）潤滑脂（zhī）。在工作環境許可（kě）的情況下，應盡量（liàng）選用單唇油封^[1]。

　　3.2磨輥油封的密（mì）封原理

　　磨輥油封的密封屬（shǔ）於磨（mó）輥旋轉下的動態密封，動態密封的原理有（yǒu）著許多學派，分別提出（chū）了表（biǎo）麵張力理論、吸（xī）附理論和邊界潤滑（huá）理論等諸多理論。其中比較有影響的是ETJagger提出的（de）“新月麵理論”和（hé）Horvel等人提出的微型泵理論^[2]。

　　3.2.1“新月麵理論”

　　骨架油封通常由密封體、加強骨（gǔ）架和自緊螺旋彈（dàn）簧組成（chéng），在（zài）自由狀態下，其內徑比（bǐ）軸要小，有（yǒu）一定的（de）過盈量，當油封裝入油封座和軸上（shàng）之後（hòu），油封唇口的壓力和自緊螺旋（xuán）彈簧的收縮力對軸產生一定的徑向（xiàng）壓力，再（zài）加上潤滑（huá）油腔的壓力，共同決定著與軸（zhóu）之間的摩（mó）擦力，油封在（zài）開始旋轉時，摩擦力矩較大，而後逐漸下降（jiàng）趨於穩定。工作時，油封唇口在接觸壓（yā）力的作用下，形成一密封接觸環帶，潤滑油滲入密封接（jiē）觸環帶，形（xíng）成一（yī）層（céng）油膜，此（cǐ）油膜具有流（liú）體潤（rùn）滑特（tè）性。在（zài）液體表麵張力（lì）的作（zuò）用下，油膜的剛度恰好使油膜與空氣接觸端形成（chéng）一個新月（yuè）麵，防止了工作（zuò）介質的泄漏，從而實現密封。油封的密封能力，取決（jué）於密封麵油膜的厚度，厚度過大，油封泄漏；厚度過小，可能發生（shēng）幹摩（mó）擦，引（yǐn）起油封和軸磨損；密封唇與軸之間沒有油膜，則易（yì）引起發熱、磨損。因此，在安裝時，必須在（zài）油封上（shàng）塗些（xiē）油，同時保證（zhèng）骨架（jià）油封與（yǔ）軸心（xīn）線垂（chuí）直，若不垂直，油封的密封唇會（huì）把潤滑油從軸上排幹，也會導致（zhì）密封唇的過度磨損。

　　3.2.2微型泵理論（lùn）

　　由於（yú）油封內（nèi）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成不對稱分布，油封儲油端與空氣端產生（shēng）不同的壓力變化，從而產生（shēng）兩向不同的泵油作用，使潤滑油定向流動，從（cóng）而達（dá）到密封（fēng）的目的。

　　3.3磨輥油（yóu）封的材質

　　用（yòng）作（zuò）油封的（de）橡（xiàng）膠主要有丁腈橡膠、聚氨酯橡膠（jiāo）、丙烯酸酯橡膠、矽橡膠和氟橡膠。其中丁（dīng）腈橡膠耐油但耐低溫性差，聚氨酯橡膠耐磨但摩擦係數高，一般在0.5以上，容易摩擦生熱，丙烯酸酯橡膠耐熱耐氧化（huà）耐臭氧，但耐寒性差，室溫下（xià）的彈性差（chà）、耐磨性差，矽（guī）橡膠（jiāo）耐高（gāo）溫和低溫，但矽橡膠（jiāo）的抗張強度和抗撕裂強度等機械性能較差，氟橡膠則具有耐高（gāo）溫耐油性能。由於（yú）磨輥軸承潤滑中一般采用150～220號工業齒輪油，且環（huán）境溫度較高，而氟（fú）橡膠具有優良的耐油和耐高溫性（xìng）能，因此磨輥（gǔn）油封一（yī）般選用氟橡膠。

　　4　磨輥油封泄漏因素的分（fèn）析

　　4.1油封本身的因素

　　4.1.1密封唇的前唇角（α）與後唇角（β）要（yào）獲（huò）得無泄漏的唇形（xíng）油封，除選擇合適的彈性材料外，密（mì）封帶的形狀和位置（zhì），密封帶和（hé）彈簧的相對位置具有十分重要的作用。密封麵由兩個相交的錐麵形成（見圖1），前唇角（α）指密封唇的前唇麵與軸（zhóu）線的夾角，後唇角（β）指密封唇的後唇麵與軸線（xiàn）的夾（jiá）角（jiǎo）。要求α＞β，為（wéi）獲得良（liáng）好的密封效果，α=40°～60°，β=20°～35°。彈簧中心與（yǔ）密封唇口中心要有一軸向（xiàng）偏置量，其值一般為R=0.4～0.7mm^[3]，R值過小甚至（zhì）趨於零無法保持油膜，不利於密封（fēng）；R值過大增加摩擦生熱，同時接觸寬度（dù）增加（jiā），接觸應力變小，致使油封唇口與軸之（zhī）間的“臨界油膜”潤滑擴大成流體潤滑，造成（chéng）泄漏。

　　4.1.2油（yóu）封唇口的（de）徑向力

　　早期的唇形密（mì）封理論認為，為（wéi）了防止泄漏，密封唇與軸之間的接觸壓力應很大，實（shí）踐證明這種認識是不正確（què）的，因為根據這一觀念設計的油封因摩損快嚴重（chóng）過熱而迅速失效，現代的設計目標已變為在提供足以防（fáng）止泄漏的前提下（xià），盡量減（jiǎn）少密封唇口（kǒu）的（de）接觸載荷。唇（chún）形油封新安裝時的平均接觸載荷約為1MPa，相當於單（dān）位周向長度上的載（zǎi）荷為200N/m，經長時間運行後，接觸載荷慢慢（màn）衰減，衰減後的載荷（hé）至少應維持在初始載荷的50%，即100N/m，一般來講，載荷為100N/m時，油封壽命Z長，超過400N/m時壽命Z短。國內（nèi）在油（yóu）封研究方麵起步（bù）較晚，盡管現（xiàn）在有了長足（zú）進步，但與水平相比，無論在產品結構，還是在橡膠配方以及生產工藝上都有很大的差距（jù）。國家雖（suī）然有了一些唇形油封的設計參數（shù），便要使其應用於實際生產中，沒有一定的專業知識和實踐經驗是較難的。上有名的油封品牌有SKF、FAG、NOK等，磨輥油（yóu）封應優先選用它們（men），如果選用國產油封，一定要選用知名的有實力的口碑好的專業廠家。

　　4.2軸的因素

　　4.2.1軸的（de）表麵粗糙度軸（zhóu）的表麵粗糙度（dù）對密封的作用非常關健，如果軸的（de）表麵粗糙度過大，軸表麵的凸峰會穿過（guò）油膜與密封唇（chún）接觸（chù），在（zài）軸轉動時易刮（guā）傷唇口，唇口很快磨損，密封失效；如果軸的表（biǎo）麵粗糙度過小，油容易（yì）從密封接觸處擠出，導致油膜變薄或破裂，從而增大摩擦和摩損，使密封受（shòu）到破壞（huài）從而（ér）失效。所以軸的表麵粗（cū）糙度有一（yī）個合適的範圍，一般Ra控製在0.2～0.6μm。

　　4.2.2軸的表（biǎo）麵硬度（dù）

　　由於在工作過程中，與唇形油封接觸的軸麵長期處在唇（chún）口的摩擦下，久而久之容（róng）易（yì）摩損軸徑，因此此處軸徑表麵硬度應提高，一般在HRC50以上，或者在此處加設軸套，提高軸套表麵硬度，避免損傷到軸。

　　4.2.3軸的（de）表麵加工狀態和形位（wèi）公差

　　如果軸表麵存在加工痕跡和損傷（shāng），會造成油（yóu）封泄漏。同樣如果軸的圓度和跳動量超過（guò）了油封的適應能力，也會造成油封泄漏。

　　4.3油封與軸的相對速（sù）度

　　油封與軸的相對速（sù）度是影響油封工作壽命的重要因素。在一定的接觸壓力下，相對運動的速（sù）度愈高，摩擦（cā）力越（yuè）大，引起的溫升也越（yuè）高，超過了橡膠材料的工作（zuò）溫度上限（xiàn），造成油封唇（chún）口老化（huà）和唇邊燒傷而形成泄漏（lòu）。因此要選用適（shì）當的橡膠材料和合理的結（jié）構設計。

　　4.4壓力與溫度的影響

　　普通油封的承（chéng）壓能力很（hěn）低，一般小於0.05MPa，當壓力超過0.05MPa時，迫（pò）使油（yóu）封腰部向軸麵彎曲，使油封唇部與軸接觸（chù）寬度增大，接觸壓力和摩擦力增大，溫度升高導致油封失效而泄漏；溫度對橡膠材料及（jí）其工（gōng）作性能有很大影響，溫度不（bú）當（dāng）使橡膠老化和硬（yìng）化，決定著油膜厚度，油膜厚度過大，油封（fēng）就會泄（xiè）漏（lòu）；油膜厚度過小，會發生幹摩擦，導致油封唇部的局部溫（wēn）升同樣使油封失效。

　　4.5安裝和使用的（de）問（wèn）題

　　油封製作精度（dù）較高，對安裝和使用有一定的要求。油封安裝前先清除座孔和軸表麵（miàn）的毛刺和螺旋加工痕，軸上對著密封唇入口處須有圓弧或倒角，以保護密封唇，檢（jiǎn）查座孔和（hé）軸的相關尺寸以達到密封件對尺寸的要（yào）求，將座孔和軸清（qīng）理幹淨。再檢查（chá）密（mì）封件，看密封件安裝前是否損壞，如密封唇是否損傷等，如有應當予以更換，還要（yào）確認（rèn）密封的（de）方向性，一般唇（chún）口（kǒu）麵向（xiàng）要（yào）封隔的潤滑油，因為油封屬單向密封，若油（yóu）封（fēng）方向裝反，唇部起不到密封作用（yòng）而漏油，所以安裝時一定（dìng）要注意安裝方向的正（zhèng）確（què）性。在油封唇部與軸（zhóu）表麵塗敷潤滑脂，可減少唇部損傷的可能，方便安裝。對外露骨（gǔ）架油（yóu）封的外徑進行適度潤滑會利於安裝，而內包骨架油封外徑也應予以潤滑。特（tè）別注意的是，千萬不要直接錘擊油封表（biǎo）麵，尤其是外（wài）露骨架油封，這種方法容（róng）易使金屬外層變形，唇口損壞。為避免油封由於在（zài）工（gōng）作過程中，與唇形油封接觸的軸麵長（zhǎng）期（qī）處在唇口的摩擦下，久而久（jiǔ）之容易摩損軸徑，因（yīn）此此處軸徑表麵硬（yìng）度應提高（gāo），一般在HRC50以上，或者在此處加設軸套，提高軸（zhóu）套（tào）表麵硬度，避免損傷到軸。

　　4.2.3軸的表（biǎo）麵（miàn）加工狀態和形位公差

　　如果軸表麵存在加工（gōng）痕（hén）跡和損傷，會造成油封泄漏。同（tóng）樣如果軸的圓度和跳動量超過了油封（fēng）的適應能（néng）力，也會造成油封泄漏。

　　4.3油封與軸的相對速度

　　油封與（yǔ）軸的相對速度是影響油封工作壽命的（de）重要（yào）因素（sù）。在（zài）一定的接觸壓力下，相對運動的速度愈高，摩擦力越大（dà），引起的（de）溫升也越高，超過了橡膠材料的工作溫度上限，造成油封唇（chún）口老（lǎo）化（huà）和唇邊燒傷而形成（chéng）泄漏。因此要選用適當的橡（xiàng）膠材料和（hé）合理的結構設（shè）計（jì）。

　　4.4壓力與（yǔ）溫度的影響

　　普通油封的（de）承壓能力很低（dī），一般小於0.05MPa，當（dāng）壓力超過0.05MPa時，迫使油封腰部向軸麵彎曲，使油封唇部與軸接觸寬度增（zēng）大，接觸壓力和摩擦力增大，溫度（dù）升高導致油（yóu）封失（shī）效而泄漏；溫度對橡膠材料及其工作性能有很大影響（xiǎng），溫度（dù）不當使橡膠老化和（hé）硬化，決定著油膜厚（hòu）度，油膜厚度（dù）過大，油封就會泄漏；油膜厚度過小，會發生幹摩擦，導致油封唇部的局部溫升同樣使油封失效。

　　4.5安裝（zhuāng）和使用的問題

　　油封製作精度較高，對安裝和使用（yòng）有一定（dìng）的要求。油封安裝前先清除座（zuò）孔和軸表麵的毛刺和（hé）螺旋加工痕，軸上對著密（mì）封唇入口處須有（yǒu）圓弧或倒角，以保護（hù）密封唇，檢查座孔和（hé）軸的相關尺寸以（yǐ）達到密封件對尺寸的要求，將座孔和軸清理幹淨。

　　再檢查密封件（jiàn），看密封件安裝前是否損壞，如密（mì）封唇是否損傷等，如有（yǒu）應當（dāng）予以更換，還要確認密封的方向性，一般唇（chún）口麵向要封隔（gé）的潤滑油，因為油封屬單向密封，若油封方向裝反，唇部起不到密封作用而漏油，所以安裝（zhuāng）時一定要注意安裝（zhuāng）方向的正確（què）性。在油封唇部與軸表麵塗敷潤滑脂，可減少唇部損傷的可能，方便安（ān）裝。對外（wài）露骨架油封的外徑進行適度潤滑會利於安裝，而內包（bāo）骨架油封外徑也應予以潤（rùn）滑。特別（bié）注意的是，千萬不要（yào）直接錘擊油封表麵，尤其是（shì）外露骨架油封，這種方法容易使金屬外層變形（xíng），唇口損壞。為避免油封縮（suō）空氣，保壓（yā）30min，壓降不超過0.1MPa為（wéi）合格。

　　油封在使用過程中也會產生潤滑不良現象，形成幹摩擦，尤其（qí）是（shì）當幾個油封並列使用時，更容易發生油封燒壞，此時除保證油封唇口（kǒu）有一定的油膜厚度外，Z好有可定期加注潤滑油脂的結構（gòu）。

　　5　立磨磨輥密封的典型（xíng）設計及發（fā）展動（dòng）態

　　立磨磨輥密封典型設計見圖2。

　　在惡劣工作環（huán）境下，油（yóu）封一般都組合（hé）使用，把2～3個同類或不同類型油封按照一定順序安裝在一起組合使用，可（kě）使其（qí）性能提高（gāo）到單個油封達不到的水平。組合使用時（shí），潤滑尤為重要，特別要注意（yì）外側油封的潤滑設計（jì），防止形成幹摩擦，造成油封過早損壞（huài）。由（yóu）於立磨磨輥（gǔn）是（shì）在高粉塵環境中工作，在油封周圍不可避免有粉塵存在，因此磨輥油封一般都選用（yòng）組（zǔ）合設計。有的選用（yòng）兩個單密封唇油封，一個用來防潤（rùn）滑油泄漏，一個防止粉塵（chén）進入，中間有通甘油管（guǎn）路（lù），對外側油封進行潤滑；更多的是（shì）選用三個單密封唇油封，兩個用來防潤滑油泄漏，一個用來防粉塵進入，中間同樣（yàng）有甘油管路，對外側兩個油封進行潤滑。也（yě）有極個別（bié）廠家選用兩個雙（shuāng）唇油封，安裝時（shí）主密封唇都朝向潤滑油側防油泄漏，副唇起到防塵的作用，沒有專用的甘油管路（lù），僅僅在裝配時封入甘油。

　　隨著實踐經驗的不斷積累，人們逐（zhú）漸認識到在立磨這種特殊的工況下，防塵與防泄漏同（tóng）等重要，不重視（shì）防塵設計，一味的強調防泄漏，很（hěn）容易出問題。某公司就發生過現場安裝人員為提高防泄漏（lòu）性能，將三個單唇油封都朝向防油側，導致粉塵很快進入油封致（zhì）使油封（fēng）損壞而發生泄漏。隻要（yào）粉塵進入，必將加速油（yóu）封密封唇的磨損，現在有的生（shēng）產廠家已將三個油封中的兩（liǎng）個用來防塵，一個用（yòng）來防潤滑油泄漏，中（zhōng）間同樣有甘油潤滑管路，取得了很好的效果。

　　6　結語

　　立磨磨輥密封設計與選用（yòng）的好（hǎo）壞，直接影響著密封效（xiào）果，進而影響軸承的正常使用與壽命，從而影響設備的安全運行，因此是磨輥設計的重要一環。

　　參考（kǎo）文獻

　　［1］申東川.油封在（zài）實際應用中的幾點注意事項［J］.液壓與氣動，2003（9）：41.

　　［2］葉盂蜍，李祖（zǔ）彬.汽車（chē）油（yóu）封的研究與（yǔ）進展［J］.特種橡膠製品，2010，Vol.31（6）：71－76.

　　［3］付平，常德功.密封設（shè）計（jì）手（shǒu）冊［M］.北京：化學工業出版（bǎn）社，2009：147－148.

　　［4］李歡.立磨磨輥密封（fēng）圈安裝工具設計及使用［J］.水泥，2013（5）：36.

來源：《冶金設備》2014年4月第2期