AMP 热模锻压力机湿式离合Z 型机械密封失效原因分析

胡延东，胡巧利，潘泽星

（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 宝鸡 722409）

引言

AMP 热模锻压力机被广泛应用于汽车、农业机械、航空、五金工具等领域，是进行大批量、高精度锻件的首选设备。该压力机的驱动通过电机经皮带传动带动飞轮。飞轮被支撑在右轴承体上，并可旋转。在释放做功行程的情况下，飞轮与偏心轴通过液压驱动的湿式离合器将力传递连接，同时将弹簧加压的制动器通过液压脱开。偏心轴的旋转运动通过一个连杆被作为线性运动传递到滑块。湿式离合器同时也作为压力机的超载保护装置[1-2]。

湿式离合器具有推力大、动作灵敏、惯性小、速度快、摩擦盘磨损小等诸多优点，近年来被国内、国外厂家得到了大力推广。为了使得湿式离合器（如图1 所示）内部的摩擦盘保持良好润滑和冷却，摩擦盘不得不长期浸泡在流动的专用传动液当中。由于飞轮在不停地旋转做功，摩擦盘和飞轮之间就有旋转运动。Z 型机械密封被安装在了飞轮和摩擦盘之间，起到阻止流体泄漏的作用。

图1 湿式离合器结构图

1 Z 型机械密封的结构及工作原理

Z 型机械密封靠弹簧的拉力被固定在飞轮的凸台上，端面具有含有金属材料的耐磨复合材料构成，Z 型结构的密封在安装离合器齿套时给予了一定的预压力，保证流体不泄漏。

在正常工作时，Z 型机械密封相当于密封的动环，齿套相当于静环，两者靠一对垂直与统一旋转偏心轴轴线作相对滑动的端面结合，在流体压力和安装时给与的预压力作用下保持贴合，而达到限制工作流体沿转轴泄漏，无填料的装置。端面之间有一层微米级的液膜，使动环和静环分离开来，从而降低了端面的摩擦热。Z 型机械密封的主要作用是将容易泄漏的轴向密封改为难以泄漏的端面密封，保证设备的正常运行。

2 Z 型机械密封失效原因分析

2.1 密封本身的制造缺陷

Z 型机械密封不同于常规的机械密封，动环接触面非石墨等硬度较高的材料，它具有一定的弹性。这种复合材料的接触面在加工时平面度不好，所以在实际安装后，摩擦副之间有一定的间隙，存在流体泄漏。

2.2 新旧密封更换时造成的泄漏

Z 型机械密封由于摩擦副的运动，旧密封在长时间使用后，会对齿套接触面造成一定的磨损，在更换新密封时，由于新旧密封接触面宽度的不一致，造成安装后摩擦副接触面不是很紧密，造成了流体的泄漏，因此，设备在正常维修时，为了保证新密封在齿套端面的贴合性，要求每次维修时必须对齿套端面精密磨削。

2.3 摩擦对密封的影响

摩擦是动密封中不可避免的，摩擦力的大小与密封件的材质、流体种类、流体压力、工作温度、速度、密封面的表面粗糙度等因素有关，它直接影响密封件的密封性能和寿命。

在正常工作条件下，Z 型机械密封和齿套之间相互贴合旋转，产生大量的摩擦热，使材料端面的温度升高，流动的润滑油会将大部分热量带走，保证密封的正常工作。但是温度的升高会给密封的正常工作带来一系列问题：

1）摩擦副端面温度的升高，极易造成端面油膜气化，摩擦副由原来的良好润滑变为干摩擦状态，进而对密封圈造成更加严重的损伤。

2）干摩擦的出现，会加快摩擦副的磨损，缩短密封圈的寿命。

3）干摩擦会造成机械密封复合材料的碳化，使得复合材料与齿套端面粘连在一起，失去功效。

4）由于Z 型机械密封基体材质为丁腈橡胶，在高温作用下Z 型结构会降低弹性，摩擦副之间就会产生一定的间隙，从而出现泄漏流体的现象。

5）由于长时间温升，密封圈会发生塑性变形，甚至老化变硬，使得密封圈彻底失效。

2.4 安装装配时清洗不彻底

Z 型机械密封在安装时，对表面清洁度有一定的要求，许多密封在维修时端面无明显磨损、划痕等现象，但是存在一定的泄漏，这是因为Z 型槽内夹杂了许多小颗粒，使得机械密封在工作时回弹不灵活，造成一定的泄漏。

2.5 安装操作不当带来的损伤

由于齿套外形尺寸大，重量达到1.2 t 多，安装时一般采用桥式起重机起吊的方式进行装配，Z 型机械密封被装配在飞轮凸台上，两者在接触过程中撞击是不可避免的，这种撞击在装配时对密封圈有一定的损伤，有些挤压伤会对密封圈造成永久的损伤，装配后出现失效的现象。

2.6 安装时齿套与偏心轴同轴度变差大

Z 型机械密封首先被提前固定在飞轮凸台上，齿套用胀紧套被固定在偏心轴上，在装配过程中，齿套压缩Z 型机械密封后会对齿套有个反作用力，这个反作用力给安装齿套带来了一定的困难，随着固定胀紧套螺栓的扭矩不断增大，齿套可能会存在一定的倾斜，也就是齿套相对于偏向轴的同轴度变差，这就需要在实际装配过程中不断测量齿套端面到飞轮的距离，同时调整胀紧套螺栓的预紧力，保证四周误差在0.3 mm 左右。

2.7 齿套端面表面粗糙度不够

由于密封圈与齿套端面在做高速的旋转运动，齿套端面的粗糙度对密封圈的寿命影响非常大，齿套端面粗糙度至少要达到0.8 以上。

2.8 飞轮端面轴向跳动大

由于飞轮被固定在右轴承体上，轴承的端面用螺栓紧固，长时间使用，可能会使得螺栓松动，从而导致飞轮端面轴向跳动大。

在上述情况下，可用密封工具将底座固定在床身，用人工攀车方法，测量飞轮最大直径处端面轴向的跳动度，端面跳动度应小于0.15 mm，否则需要检查轴承端面的固定螺栓。

3 湿式离合Z 型机械密封安装注意事项

Z 型机械密封的寿命与安装人员专业水平的高低关系紧密。作为超大零件装配的一种，安装时稍有不慎，都会对后续使用造成很大的影响，所以在日常维修安装时要注意以下问题[1]：

1）进行安装时，严格按照指导说明书的要求进行，并随时用深度尺测量记录密封的压缩量，保证密封的压缩量达到厂家要求值。

2）安装时，Z 型机械密封应先进行清洗，特别是Z 型沟槽内要用压缩空气进行清理，防止将固体颗粒物带入，并在装配前对密封摩擦副两个端面分别涂抹润滑脂，防止启动时干摩擦导致受损。擦拭时必须用不掉棉絮切柔软度较好的材料进行，不得随意用包装纸等物品擦拭。

3）在安装前，应先观察摩擦面是否受损，是否有划痕，严禁将有问题密封装入。

4）新安装密封后，应先对齿套腔体充分润滑，待腔体内空气全部排除，油泵压力表稳定在1 MPa 后进行空运转，此时不得带载荷运转。

4 结语

由于锻压设备属于大型设备，在热模锻压力机中运用大规格机械密封的实例不是很多。而机械密封本是一种要求比较高的精密部件，不论从加工到装配都有很高的要求，因此希望本文的经验总结能够对该类设备维修人员提供一定的帮助，从防止流体泄漏源头着手，正确判断此类问题。