馮鑫磊， 唐 躍

（1.青島科技大學，山東 青島，266061；2.朝陽職工工學院，遼寧 朝陽 122100）

0 引言

成型機主軸箱密封系統(tǒng)是子午線輪胎成型機的關(guān)鍵部件之一，直接影響到輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量以及成型機的使用壽命，生產(chǎn)工藝不但要求主軸的精度，重點還要考慮它的結(jié)構(gòu)設(shè)計和密封情況，由此為減少泄漏和生產(chǎn)工藝中所產(chǎn)生胎里露線、簾線彎曲等病疵，本文主要探討它的結(jié)構(gòu)設(shè)計和密封圈的選配。

1 研究概述

1.1 原結(jié)構(gòu)設(shè)計

該成型機在使用過程中發(fā)現(xiàn)主軸箱的主軸內(nèi)套及外套容易磨損。成型機主軸在旋轉(zhuǎn)時，尤其是和成型鼓一起旋轉(zhuǎn)時，成型機由于鼓單向伸出，即懸臂梁結(jié)構(gòu)，主軸本身就會輕微彎曲，加之成型鼓自重將近1 噸，在工作過程中高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力就會很大，在這種工作狀態(tài)下，如果主軸內(nèi)套內(nèi)密封圈磨損，就會使主軸內(nèi)套及外套進一步損壞，而且影響輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量，這樣就形成了一種惡性循環(huán)。面對生產(chǎn)中出現(xiàn)的這種問題，我們進行了現(xiàn)場測試，研究分析改進措施。

改造前成型機機頭旋轉(zhuǎn)密封采用骨架式旋轉(zhuǎn)密封圈， 規(guī)格尺寸為 G（160×180×12）mm， 16個密封圈分 4組安裝在4個密封環(huán)內(nèi)， 由于密封圈帶有骨架，材質(zhì)較硬，接觸面積大，摩擦力也較大，溫升快，旋轉(zhuǎn)軸溫度較高，密封環(huán)表面最低溫度為61℃，最高可達75℃，平均溫度為66℃，易造成密封圈老化，引起主軸磨損或拉傷，密封圈損壞較頻繁， 有時由于密封圈損壞造成各路壓縮空氣相互串通，設(shè)備不能正常運行。密封圈平均使用壽命為三個月。骨架式旋轉(zhuǎn)密封圈不但采購費用高，而且采購時間還長，導致機臺漏氣的旋轉(zhuǎn)密封圈不能及時的更換，造成壓力不穩(wěn)定，甚至達不到工藝標準；而且長時間的漏氣，也增加了很多消耗。

具體的原因分析：①整個密封圈外環(huán)缺少支撐，造成旋轉(zhuǎn)密封受力不均，形成旋轉(zhuǎn)過程中的單面磨損，造成外圍零件的損壞，是壽命降低的主要原因；②旋轉(zhuǎn)密封本身的結(jié)構(gòu)問題，導致在安裝過程中容易造成變形，是造成壽命降低的另一原因；③旋轉(zhuǎn)密封外環(huán)固定方式存在缺陷，會造成在旋轉(zhuǎn)過程中外環(huán)轉(zhuǎn)動，造成外圍零件的損壞。

1.2 新結(jié)構(gòu)改進

（1）設(shè)計概述。①用價格較低（密封效果與旋轉(zhuǎn)骨架密封相同）的格萊圈來代替價格較高，采購周期長的旋轉(zhuǎn)骨架密封，來起到密封的作用；②旋轉(zhuǎn)內(nèi)套采用高級氮化鋼38CrMoALA的材料，有高耐磨性，高疲勞強度和較高強度，滲氮后，表面硬度可達HV1000-1200，延長了更換周期；③外部氣環(huán)采用LY12 材料，強度高，塑性好，提高性能，還具有良好的導熱性，利于密封圈高度旋轉(zhuǎn)時散熱；④左右壓蓋兩端增加軸承，提高運行時的穩(wěn)定性，圖1為組裝圖。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計。①旋轉(zhuǎn)內(nèi)套與外環(huán)內(nèi)壁的尺寸及公差尺寸的設(shè)計；②密封圈溝槽的尺寸設(shè)計。在進行溝槽設(shè)計時，要考慮彈性體O 形圈壓縮變形時體積不變的特點，留變形空間。為了減少摩擦，提高密封件的壽命，對與密封件的接觸的槽壁有粗糙度的要求。

（3）格萊圈的安裝。格萊圈在安裝前要對內(nèi)套及外環(huán)進行檢查，倒角和去毛刺處理，應符合以下條件：①工作面不應有凸凹、毛刺、劃痕、缺損等質(zhì)量缺陷；②工作表面組糙度Ra=0.8μm；③非工作表面組糙度Ra=1.6μm；密封圈在安裝前應檢查：密封件無裂紋、氣泡、老化、粘連、損傷等。表面應當光滑、清潔。格萊圈由于彈性較差，硬度較高，不易安裝。安裝時手工輕輕裝入，確保密封圈沒有扭曲。

圖1組裝圖

2 密封圈靜、動圈設(shè)計

圖2 密封圈截面圖

圖3 格萊圈裝配示意圖

格萊圈是由塑性密封圈與橡膠密封圈兩種材料構(gòu)成的孔用組合密封。相對靜止的結(jié)合面之間的密封稱為靜密封，相對運動的結(jié)合面之間的密封稱為動密封。格萊圈用塑料作摩擦件，起動密封作用；用橡膠作彈性件，起靜密封作用。格萊圈廣泛用于航空、建筑、化工等各種機械的液壓、氣動密封裝置中。

格萊圈是由O 形橡膠密封圈和方形填充聚四氟乙烯（PTFE）密封滑環(huán)兩個組件組合而成。其結(jié)構(gòu)見圖2，它是將填充聚四氟乙烯密封件與橡膠密封件不經(jīng)粘接而采用機械組合的方法將它們安裝在密封腔體中起密封作用的，在使用時摩擦低、啟動小、無爬行并且耐高溫、耐高壓、耐介質(zhì)，是一個雙向密封圈。在無壓力時，靠O 形橡膠密封圈的初始預壓縮變形和填充聚四氟乙烯滑環(huán)的過盈量起密封作用；在有壓力時，由于介質(zhì)壓力的作用是O 形橡膠密封圈更加的貼緊滑環(huán)內(nèi)壁和溝槽壁而起密封作用，屬于壓緊型密封，見圖3。使用一段時間后，將會出現(xiàn)摩擦磨損，這時靠彈性體O 形圈對滑環(huán)的徑向壓力而使滑環(huán)貼緊內(nèi)套內(nèi)壁實現(xiàn)密封，O 形圈這時起一個密封補償作用。也就是說，O形橡膠密封圈除了起靜密封作用以外，還起一個密封補償作用。

3 應用效果

改進后用價格較低的格萊圈代替旋轉(zhuǎn)骨架密封，起到了同樣的密封效果；而且更換周期也比之前的旋轉(zhuǎn)骨架密封三個月更換一次提高到了六個月更換一次。旋轉(zhuǎn)內(nèi)套也從之前的半年更換一次提高到一年更換一次。不但在備件更換方面節(jié)省了費用，而且把更換備件節(jié)省下來的時間用于生產(chǎn)，提高了效益。

改進的方案效果：①為解決受力不均的問題，在整個安裝結(jié)構(gòu)加以改進，通過減少旋轉(zhuǎn)外套的寬度，節(jié)省出空間加大支撐軸承座；②將旋轉(zhuǎn)密封改成8個外環(huán)通過4根螺桿穿銷與軸承支撐配合保證旋轉(zhuǎn)密封的同軸性，減少密封圈的單邊磨損。

4 應用創(chuàng)造的經(jīng)濟效益

（1）初期投入及運行年投入：改造三臺成型機的費用進行計算：左壓蓋250×6=1500元；右壓蓋250×6=1500元；氣環(huán) 653×24=15672元，內(nèi)套3800×3=11400元，O型圈2.5×27=67.5元，格萊圈（由之前的單價1500元/只降到 73 元/只）73×48=3504元， 軸承 80×6=480 元。計：34123.5元。運行年投入：格萊圈的更換周期平均六個月：73元×16只×2次×3臺=7008元，O型圈的更換周期平均一年：2.5×9只×3臺=67.5元。計：7075.5元；合計：34123.5+7075.5=41199元。

（2）年增加效益：先期骨架密封更換周期平均三個月，一年更換使用費用：1500元×16只×4次×3臺=288000元；內(nèi)套一年使用費用：7948元×2次×3臺=47688元；氣環(huán)一年使用費用：2200×8只×2次×3臺=105600元；更換一次密封圈需要5小時，一年所節(jié)省的時間共計：300分鐘×9次×3臺=8100分鐘， 把節(jié)省下來的時間全部轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)，按5分鐘做一條輪胎，每條輪胎按20元/條計算， 共計節(jié)省費用=（8100/5）×20元=32400元。 合計節(jié)省費用：288000+47688+105600+32400=473688元。

5 結(jié)束語

格萊圈因其摩擦低、啟動小、無爬行、耐高壓、耐溫、耐介質(zhì)、性能穩(wěn)定等許多優(yōu)于普通單一純橡膠密封圈，因此格萊圈在設(shè)備中將會得到更加廣泛的應用。但改進后的格萊圈密封運行溫度降低將是我們繼續(xù)關(guān)注和持續(xù)改進的問題。

[1]廣廷洪，汪德濤.密封件使用手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，1994.

[2]成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[3]夏廷棟.實用密封技術(shù)手冊[M].哈爾濱：黑龍江科學技術(shù)出版社，1985.

[4]王紅.格萊圈在某機型中的應用[J].液壓與氣動，2011.

[5]劉天友.子午線輪胎成型機機頭旋轉(zhuǎn)密封改造[J].輪胎工業(yè)，2009.

[6]萬芳新，何春霞，黃曉鵬.碳材料填充PTFE 復合材料摩擦磨損性能[J].潤滑與密封，2008.