论文部分内容阅读
摘 要：行星减速箱是高炉生产布料的关键设备，对高炉生产顺行有很大的影响，其输出轴端的密封性是影响使用寿命的关键问题。本文通过对行星箱输出轴端密封机构的改造，采用加装机械密封和盘根、骨架油封共同使用的改造安装，从而保证了输出轴端的密封和润滑。延长了行星箱的使用周期，降低了维护工人的劳动强度，提高了设备利用率，降低了企业成本，增加了效益。
关键词：行星减速箱；密封；改造
一、前言
在高炉生产中，炉顶装料设备起着举足轻重的作用，炉顶装料设备是用来装料入炉并使炉料在炉内合理分布，同时要起炉顶密封作用的设备。而行星减速箱是炉顶设备气密箱的主体部分，也是炉顶设备的关键部分之一
二、问题的提出
八钢炼铁分公司现有5座430m3高炉，其中4座为无钟式炉顶，1座为有钟炉顶。无钟炉顶采取布料溜槽布料，是高炉配料系统的关键设备，其主要作用是为高炉炉内布料。布料器时由行星减速箱，气密箱，布料溜槽和控制系统等组成。行星减速箱通过两根同心伸出轴带动气密箱内的双联齿轮上部大齿轮使布料溜槽做圆周运动，另一个大齿轮则通过小齿轮，涡轮蜗杆，扇形铜齿轮使溜槽倾角的位置改变达到多角度均匀布料的目的。并且操作灵活，以满足高炉布料和炉顶调剂的要求，行星减速箱是布料器的的主体传动部件，也是无料钟炉顶的关键设备，由于行星箱是气密箱的动力源设备，而气密箱又受炉顶顶热煤气及炉顶高温高压的影响，工作条件较为恶劣，润滑条件差，传动阻力大，经常发生设备故障。主要表现在以下方面：行星箱运行一段时间后由于密封性查，润滑油泄露，炉内瓦斯灰及气体窜入行星箱内，导致箱体内顶压润滑油加不进箱体内，如将箱体内气体排出，再加入油会对人员造成伤害，因为气体内含有大量煤气，箱体内被瓦斯灰及高压其他包裹，造成轴承卡阻，运行困难及电机温升过高，甚至布料溜槽不能任意改变角度，无法进行多角度布料造成必须休风，更换行星箱影响生产。行星箱的设计使用周期原为一年，但由于多种原因，行星箱的使用寿命只有三个月左右，严重影响了高炉生产的顺行，为此通过分厂专工及检修人员的认真分析，我们对行星箱的输出轴端的密封进行了优化改造。
三、故障原因分析
通过对行星箱的拆检，我们发现导致行星箱使用周期下降的主要原因：行星箱输出轴端是垂直向下的，因其安装在炉顶气密箱上，环境温度高且粉尘极大，压力波动较大，运行过程中极易造成输出轴端密封装置严重磨损，从而使箱体内的润滑油泄露，失去润滑介质使轴承严重损坏而无法运行。
行星箱在设计上密封装置采用的是软填料密封，即使用6圈盘根通过压紧法兰由6个螺栓压紧使盘根膨胀来达到密封的目的。这种密封装置的最大缺点就是虽然可一次性压紧，但在使用一段时间后由于填料干磨烧损或磨损而造成润滑介质泄露，这样就需要多次紧固螺栓来达到压紧的目的，然而行星箱安装在气密箱中，平时无法进行调节，必须等到高炉休风时将行星箱从气密箱上吊出才能进行调节压紧，影响高炉正常生产。
选用怎样的密封形势是解决问题的关键所在，结构上我们知道密封系统所用的材料和零件一般都存在着热力不稳定的问题，在密封介质及周围环境媒介的作用下，会降低密封系统的可靠性并且在机械作用的影响下，其可靠性会降低几个数量级。机械作用中，磨损是主要原因之一，磨损破坏了接触表面，使密封装置的尺寸、形状、质量或原件的表面状态发生变化，扩大装配间隙，磨损的结果对密封连接处的间隙分布和接触压力都有很大的影响，最终导致密封件的密封性降低。
四、解决方法
我们通过查阅资料和技术人员讨论，决定采用在原基础上加装机械密封和骨架油封的方法来解决。机械密封是与轴做相对滑動，在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持贴合并配以辅助密封达到阻漏的轴封装置。需要在两根传动轴上均增加机械密封及骨架油封，本文详细介绍细轴的密封改造，粗轴装配原理一致。如图1，左图为行星减速箱细轴，右图为行星减速箱粗轴。
原装配图图2如下。
齿轮1与齿轮2分别靠键与细轴和粗轴连接。原始密封仅靠盘根进行密封；一旦盘根磨损后将导致泄漏，泄漏后各种炉内杂质进入减速箱内，将阻止轴承转动，影响溜槽动作。现场图3所示。
改造后如图4所示。
放大图5。
改造后，机械密封的静环与压盖，压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封，动环与轴之间的密封为静密封，机械密封的动环与静环发生相对转动，当端面摩擦磨损后，它不仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封，因此这些泄露通道相对来说比较容易封堵，动环与静环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封。它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键，并且机械密封与软填料密封比较有如下优点：
1. 密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量小，按大致统计其泄漏量一般为软填料密封的1/100；2.使用寿命长在油水类介质中一般可达1-2年或更长时间；3.摩擦功率消耗小，机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%-50%；4.轴或轴套基本上不受磨损；5.维修周期延长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需经常性的维修；6.抗振性好，对旋转轴的振动，偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；7.适合范围：机械密封能用于低温、高温、真空、高压不同转速极易各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封，但其缺点有：1.结构较复杂，对制造加工要求高；2.一次性投资高；
二、因各种原因及操作原因，由于炉体内压力向上顶，箱体内加油压力向下顶，改为机械密封后相应的提高了行星箱的使用周期，增加到6-8个月；
三、经过技术人员和检修维护人员多次协商后，现将原有的软填料密封恢复使用，在压三道盘根后加一道油环，润滑防止盘根磨损损坏，再压两道盘根并在盘根压盖上加工凹槽，加一道骨架油封。再将左盘根压盖和轴上加装机械密封进行密封，下图为现场改造装配图及密封件，图6所示。
五、结束语
通过对行星箱输出轴端密封装置的改造，目前基本上解决了窜气和润滑介质泄露的问题，将行星减速箱的使用周期从原来的三个月延长到6-8个月，到目前加装机械密封和骨架油封，盘根同时使用后，延长到现在1年没出现过故障，降低了维修人员的劳动强度，提高了设备的使用寿命和利用率，降低了企业成本，增加了效率，为高炉的顺产创造了条件。
参考文献
1、 《机械设计手册》
2、 《冶金设备液压系统手册》
3、 《冶金动力设计手册》
关键词：行星减速箱；密封；改造
一、前言
在高炉生产中，炉顶装料设备起着举足轻重的作用，炉顶装料设备是用来装料入炉并使炉料在炉内合理分布，同时要起炉顶密封作用的设备。而行星减速箱是炉顶设备气密箱的主体部分，也是炉顶设备的关键部分之一
二、问题的提出
八钢炼铁分公司现有5座430m3高炉，其中4座为无钟式炉顶，1座为有钟炉顶。无钟炉顶采取布料溜槽布料，是高炉配料系统的关键设备，其主要作用是为高炉炉内布料。布料器时由行星减速箱，气密箱，布料溜槽和控制系统等组成。行星减速箱通过两根同心伸出轴带动气密箱内的双联齿轮上部大齿轮使布料溜槽做圆周运动，另一个大齿轮则通过小齿轮，涡轮蜗杆，扇形铜齿轮使溜槽倾角的位置改变达到多角度均匀布料的目的。并且操作灵活，以满足高炉布料和炉顶调剂的要求，行星减速箱是布料器的的主体传动部件，也是无料钟炉顶的关键设备，由于行星箱是气密箱的动力源设备，而气密箱又受炉顶顶热煤气及炉顶高温高压的影响，工作条件较为恶劣，润滑条件差，传动阻力大，经常发生设备故障。主要表现在以下方面：行星箱运行一段时间后由于密封性查，润滑油泄露，炉内瓦斯灰及气体窜入行星箱内，导致箱体内顶压润滑油加不进箱体内，如将箱体内气体排出，再加入油会对人员造成伤害，因为气体内含有大量煤气，箱体内被瓦斯灰及高压其他包裹，造成轴承卡阻，运行困难及电机温升过高，甚至布料溜槽不能任意改变角度，无法进行多角度布料造成必须休风，更换行星箱影响生产。行星箱的设计使用周期原为一年，但由于多种原因，行星箱的使用寿命只有三个月左右，严重影响了高炉生产的顺行，为此通过分厂专工及检修人员的认真分析，我们对行星箱的输出轴端的密封进行了优化改造。
三、故障原因分析
通过对行星箱的拆检，我们发现导致行星箱使用周期下降的主要原因：行星箱输出轴端是垂直向下的，因其安装在炉顶气密箱上，环境温度高且粉尘极大，压力波动较大，运行过程中极易造成输出轴端密封装置严重磨损，从而使箱体内的润滑油泄露，失去润滑介质使轴承严重损坏而无法运行。
行星箱在设计上密封装置采用的是软填料密封，即使用6圈盘根通过压紧法兰由6个螺栓压紧使盘根膨胀来达到密封的目的。这种密封装置的最大缺点就是虽然可一次性压紧，但在使用一段时间后由于填料干磨烧损或磨损而造成润滑介质泄露，这样就需要多次紧固螺栓来达到压紧的目的，然而行星箱安装在气密箱中，平时无法进行调节，必须等到高炉休风时将行星箱从气密箱上吊出才能进行调节压紧，影响高炉正常生产。
选用怎样的密封形势是解决问题的关键所在，结构上我们知道密封系统所用的材料和零件一般都存在着热力不稳定的问题，在密封介质及周围环境媒介的作用下，会降低密封系统的可靠性并且在机械作用的影响下，其可靠性会降低几个数量级。机械作用中，磨损是主要原因之一，磨损破坏了接触表面，使密封装置的尺寸、形状、质量或原件的表面状态发生变化，扩大装配间隙，磨损的结果对密封连接处的间隙分布和接触压力都有很大的影响，最终导致密封件的密封性降低。
四、解决方法
我们通过查阅资料和技术人员讨论，决定采用在原基础上加装机械密封和骨架油封的方法来解决。机械密封是与轴做相对滑動，在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持贴合并配以辅助密封达到阻漏的轴封装置。需要在两根传动轴上均增加机械密封及骨架油封，本文详细介绍细轴的密封改造，粗轴装配原理一致。如图1，左图为行星减速箱细轴，右图为行星减速箱粗轴。
原装配图图2如下。
齿轮1与齿轮2分别靠键与细轴和粗轴连接。原始密封仅靠盘根进行密封；一旦盘根磨损后将导致泄漏，泄漏后各种炉内杂质进入减速箱内，将阻止轴承转动，影响溜槽动作。现场图3所示。
改造后如图4所示。
放大图5。
改造后，机械密封的静环与压盖，压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封，动环与轴之间的密封为静密封，机械密封的动环与静环发生相对转动，当端面摩擦磨损后，它不仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封，因此这些泄露通道相对来说比较容易封堵，动环与静环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封。它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键，并且机械密封与软填料密封比较有如下优点：
1. 密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量小，按大致统计其泄漏量一般为软填料密封的1/100；2.使用寿命长在油水类介质中一般可达1-2年或更长时间；3.摩擦功率消耗小，机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%-50%；4.轴或轴套基本上不受磨损；5.维修周期延长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需经常性的维修；6.抗振性好，对旋转轴的振动，偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；7.适合范围：机械密封能用于低温、高温、真空、高压不同转速极易各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封，但其缺点有：1.结构较复杂，对制造加工要求高；2.一次性投资高；
二、因各种原因及操作原因，由于炉体内压力向上顶，箱体内加油压力向下顶，改为机械密封后相应的提高了行星箱的使用周期，增加到6-8个月；
三、经过技术人员和检修维护人员多次协商后，现将原有的软填料密封恢复使用，在压三道盘根后加一道油环，润滑防止盘根磨损损坏，再压两道盘根并在盘根压盖上加工凹槽，加一道骨架油封。再将左盘根压盖和轴上加装机械密封进行密封，下图为现场改造装配图及密封件，图6所示。
五、结束语
通过对行星箱输出轴端密封装置的改造，目前基本上解决了窜气和润滑介质泄露的问题，将行星减速箱的使用周期从原来的三个月延长到6-8个月，到目前加装机械密封和骨架油封，盘根同时使用后，延长到现在1年没出现过故障，降低了维修人员的劳动强度，提高了设备的使用寿命和利用率，降低了企业成本，增加了效率，为高炉的顺产创造了条件。
参考文献
1、 《机械设计手册》
2、 《冶金设备液压系统手册》
3、 《冶金动力设计手册》