摘要］軸端密封裝置是臥軸式混凝土攪拌機(jī)的重要部件，曾制約著攪拌機(jī)的發(fā)展。論述了早期及近期軸端密封的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及失效方式，并指出在工藝以及使用方面可以保證并進(jìn)一步提高軸端密封的壽命。

臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)具有攪拌力強(qiáng)、拌和質(zhì)量好、生產(chǎn)率高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于塑性、半塑性、干硬性混凝土及砂漿的生產(chǎn)。雙臥軸攪拌機(jī)還廣泛裝備于混凝土攪拌樓、站，作為主機(jī)。由于攪拌主軸為臥式橫置，工作時完全浸沒在研磨能力很強(qiáng)的砂石、水泥材料之中，形成對軸端密封裝置的特殊要求［1］。在過去很長一段時間內(nèi)，軸端密封技術(shù)一直制約著臥軸式混凝土攪拌機(jī)的發(fā)展。早在1940年，德國桑索霍芬公司（BHS）就推出了雙臥軸攪拌機(jī)，但因軸端密封技術(shù)不成熟，其發(fā)展基本處于停頓狀態(tài)。直到20世紀(jì)70年代初，由于這項技術(shù)得到突破，該機(jī)型在德國BHS公司和ELBA公司、意大利的SICOMA公司等企業(yè)又重新得到發(fā)展。近年來隨著軸端密封技術(shù)的突破性發(fā)展，臥軸式混凝土攪拌機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。

軸端密封位于攪拌機(jī)的攪拌軸上，處于攪拌葉片（缸體內(nèi)）與支承軸承（缸體外）之間，其主要作用是防止軸端漏漿，即攪拌機(jī)在工作時泥漿由缸體上的固定部件與旋轉(zhuǎn)部件之間的間隙向缸體外擠出。泥漿中的細(xì)小顆粒，進(jìn)入軸端間隙后，將磨損固定和旋轉(zhuǎn)部件以及密封件。若泥漿堵塞了潤滑油口，泥漿在固定和旋轉(zhuǎn)部件間隙內(nèi)部分硬化，使磨損加快，導(dǎo)致軸端漏漿；若泥漿進(jìn)入并破壞軸承，將造成整機(jī)無法正常工作。

1 早期攪拌機(jī)的軸端密封

1.1 軸端密封的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

國內(nèi)早期的混凝土攪拌機(jī)軸端密封的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，浮動密封環(huán)、轉(zhuǎn)轂、攪拌軸、密封圈和滑轂組成內(nèi)腔，由單獨(dú)油道供油使內(nèi)腔保持一定壓力，防止水泥漿和污染的油脂滲入；浮動密封環(huán)、轉(zhuǎn)轂、攪拌筒法蘭和滑轂組成迷宮式外腔，由單獨(dú)油道供油使外腔保持適當(dāng)?shù)膲毫?，防止水泥漿侵入。工作時浮動密封環(huán)A通過O型圈與滑轂的摩擦力保持靜止不動，浮動密封環(huán)A通過O型圈的摩擦力與轉(zhuǎn)轂一起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)轂由攪拌軸驅(qū)動，兩浮動密封環(huán)的接合端面產(chǎn)生相對運(yùn)動，形成光滑的環(huán)帶，隔離內(nèi)外腔達(dá)到密封效果。J型密封圈的主要作用是防止浮動密封環(huán)內(nèi)腔的潤滑油向外泄漏。這種密封結(jié)構(gòu)也被稱為開式結(jié)構(gòu)。

1.2 軸端密封的工作條件及失效形式要保證軸端密封正常工作，必須滿足以下基本條件：

（1）內(nèi)外腔油脂始終保持適當(dāng)?shù)膲毫?。攪拌機(jī)工作時，水泥漿侵入外腔迷宮，與油脂混合并稀釋使之消耗，所以使用前必須充滿油脂，使用中需不斷補(bǔ)充油脂，并通過一定的壓力將油脂擠出以抵消其消耗。

（2）兩浮動密封環(huán)之間的接合端面要保證一定的貼緊度，其接觸壓力一般為0.4～0.7MPa。在加工與裝配中，保證均勻的定動間隙有一定難度，所以間隙內(nèi)的潤滑油在縫隙各處產(chǎn)生的阻力也不相等。攪拌機(jī)工作時，殼體內(nèi)的泥漿因其本身重力以及攪拌葉片的擠壓，在軸端產(chǎn)生一定壓力，當(dāng)此壓力大于潤滑油在攪拌軸與蓋板之間的間隙產(chǎn)生的最小阻力時，泥漿會進(jìn)入間隙，對攪拌軸與蓋板造成磨損；當(dāng)該間隙不斷擴(kuò)大并被泥漿充滿時，泥漿就會進(jìn)入蓋板與擋圈之間的間隙，進(jìn)而進(jìn)入定動間隙中，直至破壞J型油封并從此處向滑環(huán)轂外溢出，造成軸端漏漿。另外，如使用前或使用中未向軸端密封內(nèi)泵油，也容易破壞軸端密封。

1.3 軸端密封的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

從圖1中可看出存在以下不足：外腔雖然形成迷宮，但開口與攪拌機(jī)拌合區(qū)直通，外腔壓力建立較困難，水泥漿極易侵入并與油脂混合，稀釋并消耗油脂。為保證密封效果，首先在制造精度上要保證間隙均勻，其次在使用中要不間斷地補(bǔ)充大量油脂以抵消油脂的消耗，但大量油脂混入攪拌機(jī)拌合區(qū)，會使混凝土性能受到一定影響，在生產(chǎn)高強(qiáng)度混凝土和特種混凝土?xí)r，都對攪拌機(jī)軸端密封的油脂消耗量提出嚴(yán)格限制。在保證可靠密封的前提下，混入攪拌機(jī)內(nèi)的油量應(yīng)越少越好。另外由于轉(zhuǎn)轂由軸肩定位，而滑轂由攪拌筒端板定位，則攪拌筒兩端板距離的焊接誤差將直接影響到兩浮動密封環(huán)之間接合端面的貼緊度，很難保證0.4～0.7MPa的接觸壓力。裝配過緊會出現(xiàn)密封件早期磨損，降低使用壽命；裝配過松則浮動密封環(huán)接合端面的貼緊度不能保證密封效果。國內(nèi)早期攪拌機(jī)采用的軸端密封基本屬于上述結(jié)構(gòu)形式，有的將外腔迷宮加大，有的轉(zhuǎn)轂呈管狀套于攪拌軸上并用鍵與攪拌軸連接，滑轂套于轉(zhuǎn)轂上，但都未解決上述形式所存在的問題。有的在滑轂與法蘭之間加墊片調(diào)整，但安裝不好會造成漏油，密封環(huán)接合端面的接觸壓力只能依靠安裝人員的經(jīng)驗，攪拌機(jī)的裝配質(zhì)量依然不能得到可靠保證。

2 攪拌機(jī)的軸端密封的改進(jìn)

2.1 開式密封的改進(jìn)

為解決上述問題，國內(nèi)外各混凝土攪拌機(jī)生產(chǎn)廠在開式密封結(jié)構(gòu)上采取了不同的改進(jìn)措施，有效地提高了軸端密封的壽命。

（1）軸端密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法之一。國內(nèi)某廠家改進(jìn)的密封結(jié)構(gòu)如圖2所示，在軸套與防塵蓋之間增加一個彈性面密封環(huán)，使外腔呈密閉狀態(tài)，油脂與水泥漿不直接接觸，有效地避免了水泥漿的侵入。所補(bǔ)充的油量只需滿足彈性密封環(huán)與轉(zhuǎn)轂之間的潤滑消耗即可，使用中進(jìn)入拌合區(qū)的油量較少。軸套由軸肩定位，鍵與攪拌軸連接。為避免攪拌筒兩端板距離的焊接誤差影響兩浮動密封環(huán)接合端面的貼緊度，在軸套與防塵蓋之間可增加調(diào)整墊板。調(diào)整間隙與密封腔無關(guān)，避免了因安裝不當(dāng)造成油脂泄漏對密封腔壓力的影響。檢修時整套軸端密封裝置可以順利地從軸端拆出，結(jié)構(gòu)簡單。

（2）軸端密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法之二

國外某廠家改進(jìn)的軸端密封結(jié)構(gòu)如圖3所示，在密封裝置與攪拌軸之間增加一個軸套，滑轂與轉(zhuǎn)轂套于軸套上，調(diào)整合適后再將轉(zhuǎn)轂與軸套焊接。軸套由軸肩定位，由穩(wěn)釘與攪拌軸連接，這樣可避免攪拌筒兩端板距離的焊接誤差對兩浮動密封環(huán)接合端面貼緊度的影響。轉(zhuǎn)轂外端面與法蘭外端面取齊，外腔迷宮采用單S型，以增加迷宮的長度，使間隙密封更容易形成，加工較簡單、安裝方便。迷宮外開口處在轉(zhuǎn)轂與轉(zhuǎn)板之間增加一道彈性面密封環(huán)，使外腔呈密閉狀態(tài)，有效地避免水泥漿的侵入，同時又利于潤滑油壓力的建立。在適當(dāng)?shù)墓┯蛪毫ο?，只需補(bǔ)充彈性密封環(huán)與轉(zhuǎn)轂之間的潤滑所消耗的油量，可大大減少潤滑油脂混入攪拌機(jī)拌合區(qū)內(nèi)對混凝土性能的影響。

2.2 閉式密封

近年來一些廠家對上述密封結(jié)構(gòu)的主密封進(jìn)行了較大改進(jìn)，采用剛性材料的銷軸器主體與柔性材料黃膠之間的零間隙來實(shí)現(xiàn)密封，將開式密封演變?yōu)殚]式密封。有的廠家還在輔助密封中增加了氣體密封，圖4是某公司閉式軸端密封結(jié)構(gòu)示意圖。

2.2.1 密封原理在定動間隙設(shè)計一耐磨柔性元件—黃膠，通過黃膠將鋼架固定在軸頭外殼上，鎖軸器固定圈通過斜面張緊將鎖軸器主體壓緊在攪拌軸上。黃膠與鎖軸器主體緊密接觸，使定動間隙變?yōu)榱?。?cè)臂限位圈與軸頭保護(hù)圈通過螺栓及緊定螺釘固定在攪拌軸上，安裝后側(cè)臂限位圈被包圍在臂座之中，可保證軸頭保護(hù)圈與側(cè)臂限位圈對軸端的保護(hù)作用，使泥漿不致直接進(jìn)入軸頭保護(hù)圈與短軸套的定動間隙。其密封原理為：第一道是軸頭保護(hù)圈與側(cè)臂限位圈間定動間隙內(nèi)潤滑油的密封作用。在攪拌機(jī)工作前定動間隙各空間內(nèi)充滿潤滑油，工作中通過電動泵以一定壓力自動向定動間隙潤滑油口注入潤滑油，并通過黃膠與鎖軸器主體之間向殼體內(nèi)側(cè)擠出，使定動間隙內(nèi)一直充滿潤滑油。第二道是氣動密封環(huán)的密封作用。在軸頭保護(hù)圈的內(nèi)圓加工一環(huán)形槽，與外接氣源相通，壓力氣體（0.05MPa）進(jìn)入環(huán)形槽后與轉(zhuǎn)動體（緊套在攪拌軸上的短軸套）一起形成氣體密封環(huán)。軸頭保護(hù)與軸套的間隙愈小，則氣體密封壓力愈大。氣體密封環(huán)的壓力可將侵入的泥漿推出定動間隙，將密封由被動阻止泥漿改為主動將泥漿推出。第三道是防塵圈的密封作用。阻止氣體進(jìn)入主密封，使氣體只能通向推出泥漿的方向。第四道是黃膠與鎖軸器主體之間的密封，也是主密封。在此處將定動間隙分成兩個部分，一部分由單向密封圈、鎖軸器主體、黃膠及軸頭外殼組成的密閉工作油腔，形成閉式密封；一部分是開式定動間隙。第五道是單向密封圈，防止?jié)櫥S膠和鎖軸器主體的潤滑油外泄。第六道是骨架密封圈，防止浮動密封環(huán)內(nèi)腔的潤滑油向外泄漏。

2.2.2 失效形式

正常情況下，閉式密封可以更有效地阻止軸端漏漿，其使用壽命比開式密封有較大提高。閉式軸端密封主要用在較大的攪拌機(jī)上，由于攪拌機(jī)體積較大，加工有一定困難，所以殼體兩端固定軸端密封的端面法蘭的同軸度和端面與軸心的垂直度難以保證，導(dǎo)致定動間隙不均勻，對潤滑油的密封、氣動密封以及黃膠與鎖軸器之間的密封造成影響，泥漿也會因此突破密封。因此，閉式密封也需要及時檢查與維護(hù)。

通過以上對軸端密封的分析可以看出，不管是開式密封還是閉式密封，密封性能都受到攪拌筒與攪拌軸的加工精度和裝配工藝的影響。因此，盡管軸端密封在結(jié)構(gòu)形式上已經(jīng)有了較大的改進(jìn)，但是在工藝上，仍然有很大的提升空間。廠家應(yīng)該在考慮性價比的前提下盡可能提高攪拌筒、攪拌軸的加工精度并改善裝配工藝。從使用角度來說，應(yīng)該經(jīng)常對軸端密封進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，及時調(diào)整定動間隙、更換密封件，以避免軸端漏漿的出現(xiàn)，減少因漏漿后損壞大量定動元件而造成的損失。