合肥中辰優(yōu)化洗瓶機(jī)大軸承座密封設(shè)計(jì)

上海上儀股份公司針對(duì)雙端浸泡噴沖式洗瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)軸軸承座短時(shí)間內(nèi)密封失效繼而引發(fā)的滴漏和軸承損壞情況，進(jìn)行分析研究，并提出了改進(jìn)方案，可供啤酒廠、設(shè)備廠技改時(shí)參考。

引言

洗瓶機(jī)是啤酒、飲料灌裝生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于玻璃新瓶和回收舊瓶的清洗殺菌。利用高溫堿液浸泡，通過(guò)預(yù)清洗、堿液浸泡、噴淋清洗、清水終洗等過(guò)程，將玻璃瓶的內(nèi)部雜物、灰塵等臟物以及瓶身的標(biāo)紙清洗干凈、殺菌合格，用于后續(xù)灌裝機(jī)。洗瓶機(jī)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行將對(duì)包裝生產(chǎn)線的效率、廠家的經(jīng)濟(jì)效益有著重要的影響。近年，啤酒、飲料生產(chǎn)廠經(jīng)常反饋洗瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)軸軸承座位置出現(xiàn)滴漏，維修更換時(shí)發(fā)現(xiàn)不僅密封件碳化、粉化，而且驅(qū)動(dòng)軸上昂貴的進(jìn)口軸承也因?yàn)槊芊馐б徊p壞，造成故障停機(jī)。維修難度大，更換成本非常高，嚴(yán)重影響整線生產(chǎn)效率。合肥中辰輕工業(yè)機(jī)械有限公司專門(mén)成立了課題攻關(guān)小組，進(jìn)行大量調(diào)研和分析，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，較好解決了問(wèn)題。

1 密封結(jié)構(gòu)及失效分析

1.1 驅(qū)動(dòng)軸軸承座密封結(jié)構(gòu)

洗瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)軸位于堿液槽上方，磁翻板液位計(jì)控制液位，在正常生產(chǎn)中驅(qū)動(dòng)軸高于堿液液位。常見(jiàn)的洗瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)軸軸承座密封結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。驅(qū)動(dòng)軸處的旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封采用背靠背的骨架油封密封。與堿液側(cè)板相連的靜密封采用 O 型密封圈密封。

1.2 骨架油封的密封原理

在自由狀態(tài)下，骨架油封唇口的內(nèi)徑比旋轉(zhuǎn)軸的外徑小，即使無(wú)彈簧收緊，也對(duì)軸頸外表面形成一定的徑向壓力。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，在油封唇口與軸頸之間形成一條 0.3 ～0.5mm 寬的密封帶，在該環(huán)形密封帶內(nèi)保持一層厚約0.003mm 的油膜，此油膜具有流體潤(rùn)滑特性。這層油膜使油封唇口與軸頸表面之間在接近“液體摩擦”的工作條件下工作，起到潤(rùn)滑軸頸、減少油封唇口磨損的作用。唇口與軸頸之間保持薄而均勻的油膜，是油封工作的非常佳狀態(tài)。

1.3 密封失效原因分析

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和圖紙分析認(rèn)為軸承座密封短時(shí)間內(nèi)失效主要原因有：

1、軸承座內(nèi)背靠背雙油封靠近堿槽側(cè)板的油封一直處于無(wú)油的干摩擦工作狀態(tài)。長(zhǎng)期的干摩擦不僅使油封密封性能大打折扣，還會(huì)大幅度的降低油封的使用壽命；

2、密封環(huán)境惡劣，洗瓶機(jī)正常生產(chǎn)時(shí)個(gè)別堿槽的溫度可以達(dá)到 85℃，堿液濃度可以達(dá)到 3%，這就對(duì)油封的材質(zhì)有著嚴(yán)苛的要求，必須有耐高溫、耐堿腐蝕、耐磨的性質(zhì)；

3、設(shè)備停機(jī)時(shí)，在軸承座與側(cè)板間殘留的堿液會(huì)凝固、析出微小白色顆粒晶體，而這些殘留物在下次洗瓶機(jī)啟動(dòng)時(shí)，又加快了油封與驅(qū)動(dòng)軸的磨損；

4、驅(qū)動(dòng)軸軸頸表面的粗糙度和光潔度不合格。油封裝配區(qū)軸頸的粗糙度 Ra 應(yīng)當(dāng)處于 0.4 ～ 0.8μm，如果軸頸表面太粗糙，油封的唇口很容易被磨壞。

2 軸承座密封的優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于以上的原因分析，我們重新設(shè)計(jì)優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)軸軸承座密封結(jié)構(gòu)，我們把軸承座設(shè)計(jì)一個(gè)具有通油回路的結(jié)構(gòu)，在原先背靠背相連的油封中間放置一個(gè)帶通油槽的隔圈。在洗瓶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，我們?cè)谶M(jìn)油嘴（件 9）定期加注適合的潤(rùn)滑油，因?yàn)閹ㄓ筒鄣母羧Γ?7）存在，潤(rùn)滑油從出油嘴（件 10）排出，兩個(gè)背靠背的骨架油封與改進(jìn)后的軸承座因?yàn)橥ㄓ筒鄣母羧π纬梢粋€(gè)油封隔離腔，油封隔離腔的存在，使內(nèi)外兩側(cè)的骨架油封都能形成薄而均勻的油膜，不再處于以往的干摩擦，極大的延長(zhǎng)了油封的使用壽命。在正常生產(chǎn)中，通過(guò)定期檢查軸承座出油嘴（10）排油情況（色澤、稀釋度），必要時(shí)可借助化學(xué)試劑（酚酞試劑）檢測(cè)是否有堿液滲漏入油封隔離腔內(nèi)部。由此可以判斷軸承座內(nèi)部靠近堿槽側(cè)板的油封是否失效，防止以往因?yàn)槊芊馐Р荒芗皶r(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而損壞了驅(qū)動(dòng)軸軸承。

除了更改軸承座結(jié)構(gòu)，我們還做了以下的優(yōu)化設(shè)計(jì)：

1、堿槽側(cè)板內(nèi)側(cè)焊接了弧形阻流環(huán)（件 11），阻止因?yàn)閲娏?、激蕩而在?cè)板上附著的堿液流入驅(qū)動(dòng)軸軸承座內(nèi)；

2、在軸承座內(nèi)側(cè)與驅(qū)動(dòng)軸連接處，設(shè)置了一種旋轉(zhuǎn)軸端面水封（件 12），可防止堿液槽體內(nèi)形成的高位泡沫隨著旋轉(zhuǎn)軸和載瓶架的轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆入軸承座內(nèi)部；

結(jié)語(yǔ)

2018 年初實(shí)施技術(shù)改進(jìn)以來(lái)，我們連續(xù)跟蹤發(fā)往印尼、緬甸等地十多臺(tái)洗瓶機(jī)。均運(yùn)轉(zhuǎn)良好，該位置無(wú)滲漏現(xiàn)象，從排油嘴出油情況可以判斷，內(nèi)部骨架油封能有效密封。同時(shí)，油封作為一個(gè)易損密封件，本身有著自己的密封壽命，從目前跟蹤情況來(lái)看 , 新結(jié)構(gòu)能將該油封有效密封壽命延長(zhǎng)到洗瓶機(jī)大修，旺季保障生產(chǎn)線連續(xù)工作。生產(chǎn)線效率提高，維修難度和頻率降低，維修檢查更加方便，上海上儀股份公司創(chuàng)造了較好的社會(huì)效益，也使公司的洗瓶機(jī)提升了一個(gè)檔次，鞏固了市場(chǎng)占有率。