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工程机械履带链节的密封装置结构设想
2005年11月7日 16:49  来源:《建设机械技术与管理》  作者:攀钢矿业公司白马铁矿筹建处 程立
    摘 要∶本文根据国外某些产品的结构设计,针对我国工程机械的现状,提出一种履带链节密封装置的初步结构设想。

  关键词∶履带链节 密封装置 结构设想

  1 概 述

  在履带式工程机械(尤其是推土机),带组合环节的履带链,其重量占整个机身重量的16%~19%。它由很多机械加工件组成,但它的寿命却只有推土机其它总成部件的 1/3~1/2.5。为了提高履带的寿命,最有效的办法是使履带销与销套之间实行密封润滑。但是研制可靠履带链节密封装置,是一个涉及到材料学、设计学、摩擦学与密封工艺等一系列学科的综合性问题。目前我国生产的各型推土机及其它工程机械的履带链节,还没有一种是采用密封润滑方式的因而造成履带的使用寿命短,一般只有2~3年,因而消耗费用高。本文将根据某些国外产品的履带密封装置,提出一种改进国内产品结构的设想。

  2 使用履带链节密封装置的可行性

  2.1 履带密封的初期产品

  60年代初美国卡特匹勒公司生产了一种带有两个碟形弹簧(图1.a)的简易自紧密封圈,材质为金属,链节内未封有润滑油,且密封性不甚良好,但它在一定程度阻止土壤进入运动副。尽管这种密封圈的寿命还很低,但链节的耐磨性却提高了30%。能够生产出这种履带是因为当时的生产工艺已达到相当水平,能把链节的径向与轴向间隙控制在保证密封圈工作能力所要求的值以内。(见表1)

  2.2 履带密封的改进型

  70年代中后期,卡特匹勒、小松等公司已生产出具有密封润滑性能的履带,它既能防止土壤磨粒进入,又能使润滑油保持在链节销和销套之间。这种密封(如图1.b、c),通常由弹性体(新氨基甲酸发动机乙酯橡胶)制成的呈V型或W型断面的轴向皮碗1与腈化橡胶制成的承载环2组成,轴向皮碗套装在隔圈3上。卡特匹勒公司 指出,为了研制令人满意的链节密封圈,花费了十多年的时间,对用塑料、橡胶、薄钢材及烧结而成本身能润滑的材料所制成的许多密封圈样品作了实验。链节装上了密封圈和采取润滑方式,使履带结构变得复杂化,且提高成本(约17%),但这使履带的寿命延长了50%。卡特匹勒公司和小松公司都提供了类似的资料。

  3 一种履带链节密封装置的设想

  3.1 材料的选择使用

  要使用履带链节密封装置既能防止土壤磨粒进入,又能使润滑油保持在链节和销套之间,这样的要求,基本上取决于两个主要因素的选择-皮碗的材料和弹性元件的形式,两者需要兼顾。众所周知,密封垫越软,密封效果越好,所以对于履带链节密封圈来说,就考虑采用与蘑粒接触时具有高温耐磨性的聚胺酯类聚合物。然而,有关对履带链节聚胺酯类密封装置的研究,也发现了它有不足之处,即销套面磨损严重。在有限润滑或无润滑条件下,摩擦系数过大,工作性能不好。

  对于在与履带链节密封圈相似的工况下,工作的一些机械部件(如:球铰链、滑动轴承、密封圈等)的结构分析表明,聚酰胺——硬聚合物(E=1.2×103~7×103MPa)最符合所提出的要求,具有较高的强度、耐磨、加工性能好、摩擦系数小、化学稳定性高,在与磨粒接触的摩擦副中,在干摩或半干摩的工况下,其性能良好。聚酰胺的这种性质,使它成为极有前途的密封材料之一。因而对于履带链节密封圈宜选择聚酰胺作为密封材料。

  3.2 对结构形式的选择

  对密封圈外形的严格要求,大大限制了对弹性元件的选择,国外一些公司,对于不同断面形状的环,采用橡胶弹性元件,从密封圈的合成看十分简便,但存在不少缺点,由于流变的影响易老化,又由于使用中温度变化幅度较大,橡胶元件在弹性期内稳定性差,还有强度低和消耗较多的稀有原料。显然,对于形式的螺旋和碟型弹簧,膜片及波纹管等金属弹性元件不存在上述缺点。碟形弹簧最符合紧凑性的要求。阻碍其用作密封弹性元件的缺点是它在较小的弹性行程内,刚性过大。要克服这个缺点,可在其外径或内径一侧开一些不全透的径向切口,亦称为花瓣弹簧。这种弹簧能获得必要的弹性强度,而价格低廉,基于上述考虑,建议使用的链节密封结构采用了有两个花瓣弹簧来加强的V型 断面轴向皮碗(见图2),它考虑了密封圈的紧凑性、材料的工艺性、尺寸的稳定性及机械强度等因素。这种结构能保证皮碗的弹性,聚酰胺在这里作为覆盖物。在皮碗加工时,还要解决一系列未曾研究的问题,其中包括皮碗在使用期内的弹性性能的预测。必须确定一种经强化的皮碗的计算方法,这种方法应考虑花瓣弹簧的弹性以及在交变型养状态下,聚合物压紧力松驰等因素,还有一个重要因素是保证摩擦副最大耐久性的皮碗唇口断面形状的选择。唇口与接触面的夹角应能防止磨料颗粒钻入密封圈内。这些问题都是涉及一系列学科实验等综合性问题,极为复杂,都有待于有条件的厂商或研究机构来进行。

  4 综 述

  经过美国、日本和俄罗斯的专家研究,通过对推土机在磨料土壤条件进行的寿命试验,对四个有密封润滑结构的履带总成作了对比,试验结果证明:改进后的履带寿命较原先履带高33%~52%(按链节极限磨损标准计算).要成功解决履带链密封圈的开发问题,关键在于保证链节必要的轴向间隙不大于0.12mm的设计及工艺的综合能力。在目前条件下,我国完全有能力达到这个标准(精度)。如果能够将有密封润滑的履带开发成功,将给我国的工程机械用户节约大量的备件成本消耗,给产品开发商也节约大量的金属消耗,因而具有十分重大的意义。

 
 [关键词]:履带 密封装置 工程机械  发表评论    【推荐】 【打印

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