王繼光，李 倫，劉建平，馮 雁，尤 立

1洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

3河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 河南洛陽(yáng) 471003

用 于低階煤干燥或熱解的回轉(zhuǎn)窯由于回轉(zhuǎn)直徑大、溫度高，其旋轉(zhuǎn)密封的密封性要求較高[1-2]。筆者申請(qǐng)了一種復(fù)合式回轉(zhuǎn)窯密封裝置專利(專利號(hào) 2016 1 0291724.5)[3]，該密封裝置采用板簧壓緊盤根的浮動(dòng)式密封結(jié)構(gòu)，板簧壓緊盤根在密封面上周期性地上下浮動(dòng)，浮動(dòng)過程中盤根始終壓緊密封面。但根據(jù)密封結(jié)構(gòu)尺寸自制的非標(biāo)板簧的彈性模量未知，且板簧和盤根在密封裝置內(nèi)的摩擦、變形等情況也未知，為了驗(yàn)證該密封結(jié)構(gòu)的合理性，筆者設(shè)計(jì)了盤根-板簧浮動(dòng)密封系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的測(cè)定方法及裝置 (專利號(hào) 2016 1 0897070.0)[4]，通過試驗(yàn)得出板簧的彈性模量和盤根-板簧的匹配參數(shù)。

筆者設(shè)計(jì)制作了 3種厚度的板簧 (10、8、6 mm)，分別測(cè)試其在變形量 0～20 mm狀態(tài)下的彈性模量，找出一組能使盤根發(fā)生壓縮變形，且與壓板形成浮動(dòng)密封的壓力參數(shù)。

1 試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

盤根下端支撐裝置如圖 1所示，試驗(yàn)裝置如圖 2所示。支撐裝置主要由板簧、支撐板、盤根、支撐螺栓、調(diào)整螺母、支撐塊以及機(jī)架組成。盤根底部有壓力傳感器，頂部有垂直施壓的杠桿機(jī)構(gòu)、壓板和頂部壓力傳感器，盤根前后兩側(cè)分別有 2個(gè)摩擦板 (摩擦板表面粗糙度為 3.2 μm)，后摩擦板固定在機(jī)架上，前摩擦板固定在沿水平導(dǎo)柱前后滑動(dòng)的前側(cè)壓板上，通過橫向壓力傳感器對(duì)前側(cè)壓板施加力。

圖1 盤根下端支撐裝置示意

圖2 壓緊試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)時(shí)，首先利用兩端的橫向加載螺母對(duì)盤根側(cè)面施加一定的壓緊力，確保盤根橫向有一定的預(yù)變形量，根據(jù)橫向壓緊力和摩擦系數(shù)算出盤根兩側(cè)面與摩擦板之間的摩擦力；然后通過頂部杠桿機(jī)構(gòu)對(duì)壓板和盤根頂部施加垂直向下的壓力，進(jìn)而推動(dòng)盤根在兩摩擦板之間滑動(dòng)而產(chǎn)生一定量的向下位移，壓縮板簧。在此過程中，頂部傳感器和底部傳感器分別測(cè)得頂部杠桿向下施加的壓力和底部板簧向上提供的支撐力。當(dāng)杠桿壓力釋放時(shí)，板簧向上推動(dòng)盤根復(fù)位到穩(wěn)定位置，底部傳感器測(cè)得板簧對(duì)盤根的支撐力。

2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

試驗(yàn)所需儀器及設(shè)備如表 1所列。

表1 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 板簧壓縮試驗(yàn)

測(cè)定板簧的彈性模量時(shí)，將盤根底部固定在支撐座和頂部壓板之間，用頂部杠桿機(jī)構(gòu)加載垂直壓力，當(dāng)加載穩(wěn)定時(shí)測(cè)量板簧頂部到底部支撐板的距離，即板簧的變形量。3種板簧壓縮試驗(yàn)結(jié)果如圖 3所示。

3種板簧的彈性變形量與所受的載荷基本上成線性關(guān)系，因此 3種板簧可視為完全的彈性材料。3條直線的斜率k不同，即 3種板簧的彈性系數(shù)k不同：k10=243.74 N/mm，k8=124.86 N/mm，k6=46.87 N/mm。這與實(shí)際工況相符。

圖3 3種板簧的彈性力與變形量的關(guān)系

3.2 盤根-板簧匹配參數(shù)試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，將板簧與支撐板水平放置在底部傳感器上，擰緊水平方向上的一對(duì)螺栓橫向壓緊盤根以限定其橫向變形，用頂部壓力傳感器和壓板壓緊盤根，并使盤根發(fā)生一定的垂直位移 (15 mm)，進(jìn)而使板簧變形；松開頂部杠桿，盤根在板簧的向上彈力作用下上升，此時(shí)底部傳感器的壓力值就等于底部傳感器以上所有零件的質(zhì)量加上摩擦力，記下頂部傳感器的正壓力值；在盤根下壓后被板簧的彈力頂回的過程中，記錄頂部傳感器正壓力值及盤根的橫向壓縮量。試驗(yàn)結(jié)果如表 2所列。

表2 盤根-板簧參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

密封裝置設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同厚度的板簧。由于不同板簧的彈性不同，不同正壓力時(shí)盤根與鋼板的摩擦力不同，因此 3種板簧與盤根組成的浮動(dòng)密封系統(tǒng)參數(shù)也不同。摩擦力與板簧的彈性支撐形成 15 mm的位移，該位移就是盤根-板簧形成浮動(dòng)密封時(shí)所采用的合理匹配參數(shù)。