AMP 熱模鍛壓力機(jī)濕式離合Z 型機(jī)械密封失效原因分析

胡延?xùn)|，胡巧利，潘澤星

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 722409）

引言

AMP 熱模鍛壓力機(jī)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、航空、五金工具等領(lǐng)域，是進(jìn)行大批量、高精度鍛件的首選設(shè)備。該壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)通過(guò)電機(jī)經(jīng)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)飛輪。飛輪被支撐在右軸承體上，并可旋轉(zhuǎn)。在釋放做功行程的情況下，飛輪與偏心軸通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)的濕式離合器將力傳遞連接，同時(shí)將彈簧加壓的制動(dòng)器通過(guò)液壓脫開(kāi)。偏心軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)一個(gè)連桿被作為線性運(yùn)動(dòng)傳遞到滑塊。濕式離合器同時(shí)也作為壓力機(jī)的超載保護(hù)裝置[1-2]。

濕式離合器具有推力大、動(dòng)作靈敏、慣性小、速度快、摩擦盤(pán)磨損小等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被國(guó)內(nèi)、國(guó)外廠家得到了大力推廣。為了使得濕式離合器（如圖1 所示）內(nèi)部的摩擦盤(pán)保持良好潤(rùn)滑和冷卻，摩擦盤(pán)不得不長(zhǎng)期浸泡在流動(dòng)的專用傳動(dòng)液當(dāng)中。由于飛輪在不停地旋轉(zhuǎn)做功，摩擦盤(pán)和飛輪之間就有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。Z 型機(jī)械密封被安裝在了飛輪和摩擦盤(pán)之間，起到阻止流體泄漏的作用。

圖1 濕式離合器結(jié)構(gòu)圖

1 Z 型機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)及工作原理

Z 型機(jī)械密封靠彈簧的拉力被固定在飛輪的凸臺(tái)上，端面具有含有金屬材料的耐磨復(fù)合材料構(gòu)成，Z 型結(jié)構(gòu)的密封在安裝離合器齒套時(shí)給予了一定的預(yù)壓力，保證流體不泄漏。

在正常工作時(shí)，Z 型機(jī)械密封相當(dāng)于密封的動(dòng)環(huán)，齒套相當(dāng)于靜環(huán)，兩者靠一對(duì)垂直與統(tǒng)一旋轉(zhuǎn)偏心軸軸線作相對(duì)滑動(dòng)的端面結(jié)合，在流體壓力和安裝時(shí)給與的預(yù)壓力作用下保持貼合，而達(dá)到限制工作流體沿轉(zhuǎn)軸泄漏，無(wú)填料的裝置。端面之間有一層微米級(jí)的液膜，使動(dòng)環(huán)和靜環(huán)分離開(kāi)來(lái)，從而降低了端面的摩擦熱。Z 型機(jī)械密封的主要作用是將容易泄漏的軸向密封改為難以泄漏的端面密封，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 Z 型機(jī)械密封失效原因分析

2.1 密封本身的制造缺陷

Z 型機(jī)械密封不同于常規(guī)的機(jī)械密封，動(dòng)環(huán)接觸面非石墨等硬度較高的材料，它具有一定的彈性。這種復(fù)合材料的接觸面在加工時(shí)平面度不好，所以在實(shí)際安裝后，摩擦副之間有一定的間隙，存在流體泄漏。

2.2 新舊密封更換時(shí)造成的泄漏

Z 型機(jī)械密封由于摩擦副的運(yùn)動(dòng)，舊密封在長(zhǎng)時(shí)間使用后，會(huì)對(duì)齒套接觸面造成一定的磨損，在更換新密封時(shí)，由于新舊密封接觸面寬度的不一致，造成安裝后摩擦副接觸面不是很緊密，造成了流體的泄漏，因此，設(shè)備在正常維修時(shí)，為了保證新密封在齒套端面的貼合性，要求每次維修時(shí)必須對(duì)齒套端面精密磨削。

2.3 摩擦對(duì)密封的影響

摩擦是動(dòng)密封中不可避免的，摩擦力的大小與密封件的材質(zhì)、流體種類、流體壓力、工作溫度、速度、密封面的表面粗糙度等因素有關(guān)，它直接影響密封件的密封性能和壽命。

在正常工作條件下，Z 型機(jī)械密封和齒套之間相互貼合旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生大量的摩擦熱，使材料端面的溫度升高，流動(dòng)的潤(rùn)滑油會(huì)將大部分熱量帶走，保證密封的正常工作。但是溫度的升高會(huì)給密封的正常工作帶來(lái)一系列問(wèn)題：

1）摩擦副端面溫度的升高，極易造成端面油膜氣化，摩擦副由原來(lái)的良好潤(rùn)滑變?yōu)楦赡Σ翣顟B(tài)，進(jìn)而對(duì)密封圈造成更加嚴(yán)重的損傷。

2）干摩擦的出現(xiàn)，會(huì)加快摩擦副的磨損，縮短密封圈的壽命。

3）干摩擦?xí)斐蓹C(jī)械密封復(fù)合材料的碳化，使得復(fù)合材料與齒套端面粘連在一起，失去功效。

4）由于Z 型機(jī)械密封基體材質(zhì)為丁腈橡膠，在高溫作用下Z 型結(jié)構(gòu)會(huì)降低彈性，摩擦副之間就會(huì)產(chǎn)生一定的間隙，從而出現(xiàn)泄漏流體的現(xiàn)象。

5）由于長(zhǎng)時(shí)間溫升，密封圈會(huì)發(fā)生塑性變形，甚至老化變硬，使得密封圈徹底失效。

2.4 安裝裝配時(shí)清洗不徹底

Z 型機(jī)械密封在安裝時(shí)，對(duì)表面清潔度有一定的要求，許多密封在維修時(shí)端面無(wú)明顯磨損、劃痕等現(xiàn)象，但是存在一定的泄漏，這是因?yàn)閆 型槽內(nèi)夾雜了許多小顆粒，使得機(jī)械密封在工作時(shí)回彈不靈活，造成一定的泄漏。

2.5 安裝操作不當(dāng)帶來(lái)的損傷

由于齒套外形尺寸大，重量達(dá)到1.2 t 多，安裝時(shí)一般采用橋式起重機(jī)起吊的方式進(jìn)行裝配，Z 型機(jī)械密封被裝配在飛輪凸臺(tái)上，兩者在接觸過(guò)程中撞擊是不可避免的，這種撞擊在裝配時(shí)對(duì)密封圈有一定的損傷，有些擠壓傷會(huì)對(duì)密封圈造成永久的損傷，裝配后出現(xiàn)失效的現(xiàn)象。

2.6 安裝時(shí)齒套與偏心軸同軸度變差大

Z 型機(jī)械密封首先被提前固定在飛輪凸臺(tái)上，齒套用脹緊套被固定在偏心軸上，在裝配過(guò)程中，齒套壓縮Z 型機(jī)械密封后會(huì)對(duì)齒套有個(gè)反作用力，這個(gè)反作用力給安裝齒套帶來(lái)了一定的困難，隨著固定脹緊套螺栓的扭矩不斷增大，齒套可能會(huì)存在一定的傾斜，也就是齒套相對(duì)于偏向軸的同軸度變差，這就需要在實(shí)際裝配過(guò)程中不斷測(cè)量齒套端面到飛輪的距離，同時(shí)調(diào)整脹緊套螺栓的預(yù)緊力，保證四周誤差在0.3 mm 左右。

2.7 齒套端面表面粗糙度不夠

由于密封圈與齒套端面在做高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒套端面的粗糙度對(duì)密封圈的壽命影響非常大，齒套端面粗糙度至少要達(dá)到0.8 以上。

2.8 飛輪端面軸向跳動(dòng)大

由于飛輪被固定在右軸承體上，軸承的端面用螺栓緊固，長(zhǎng)時(shí)間使用，可能會(huì)使得螺栓松動(dòng)，從而導(dǎo)致飛輪端面軸向跳動(dòng)大。

在上述情況下，可用密封工具將底座固定在床身，用人工攀車(chē)方法，測(cè)量飛輪最大直徑處端面軸向的跳動(dòng)度，端面跳動(dòng)度應(yīng)小于0.15 mm，否則需要檢查軸承端面的固定螺栓。

3 濕式離合Z 型機(jī)械密封安裝注意事項(xiàng)

Z 型機(jī)械密封的壽命與安裝人員專業(yè)水平的高低關(guān)系緊密。作為超大零件裝配的一種，安裝時(shí)稍有不慎，都會(huì)對(duì)后續(xù)使用造成很大的影響，所以在日常維修安裝時(shí)要注意以下問(wèn)題[1]：

1）進(jìn)行安裝時(shí)，嚴(yán)格按照指導(dǎo)說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行，并隨時(shí)用深度尺測(cè)量記錄密封的壓縮量，保證密封的壓縮量達(dá)到廠家要求值。

2）安裝時(shí)，Z 型機(jī)械密封應(yīng)先進(jìn)行清洗，特別是Z 型溝槽內(nèi)要用壓縮空氣進(jìn)行清理，防止將固體顆粒物帶入，并在裝配前對(duì)密封摩擦副兩個(gè)端面分別涂抹潤(rùn)滑脂，防止啟動(dòng)時(shí)干摩擦導(dǎo)致受損。擦拭時(shí)必須用不掉棉絮切柔軟度較好的材料進(jìn)行，不得隨意用包裝紙等物品擦拭。

3）在安裝前，應(yīng)先觀察摩擦面是否受損，是否有劃痕，嚴(yán)禁將有問(wèn)題密封裝入。

4）新安裝密封后，應(yīng)先對(duì)齒套腔體充分潤(rùn)滑，待腔體內(nèi)空氣全部排除，油泵壓力表穩(wěn)定在1 MPa 后進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)不得帶載荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

由于鍛壓設(shè)備屬于大型設(shè)備，在熱模鍛壓力機(jī)中運(yùn)用大規(guī)格機(jī)械密封的實(shí)例不是很多。而機(jī)械密封本是一種要求比較高的精密部件，不論從加工到裝配都有很高的要求，因此希望本文的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)能夠?qū)υ擃愒O(shè)備維修人員提供一定的幫助，從防止流體泄漏源頭著手，正確判斷此類問(wèn)題。