ZJ116卷接機蜘蛛手密封改進設計

潘恒樂， 吳名輝

（常德煙草機械有限責任公司 研究所，湖南 常德 415000）

引言

ZJ116的蜘蛛手機構的主要作用是將卷煙機卷制并切割成雙倍長的煙支運送到接嘴機，該機構的內部靠一個行星輪系來傳遞動作。行星輪系的潤滑采用的是循環油潤滑，而卷煙產品屬于食品范疇，不允許有由于潤滑油的泄漏而引起煙支污染的情況發生，所以它的密封問題顯得尤為重要。

1 現有技術存在的問題

圖1為目前ZJ116蜘蛛手手臂的結構圖，蜘蛛手前蓋與軸套之間用一個骨架密封圈來起密封作用。蜘蛛手前蓋與密封圈在裝配時涂有密封膠，防止發生滲漏，軸套和密封圈之間靠密封圈的唇邊密封，此處的密封圈的唇邊分為密封唇和防塵唇。

圖1 ZJ116蜘蛛手手臂結構圖

經過調查，ZJ116卷接機組工作大概4～8個月后，蜘蛛手出現滲油情況，拆開蜘蛛手會發現，里面的密封圈磨損嚴重。通過分析認為：蜘蛛手機構是一個高速運轉的機構，密封圈和軸套之間存在一個高速的相對轉動，所以密封圈容易發生磨損而導致滲漏，同時蜘蛛手的工作環境比較惡劣，工作中產生的粉塵容易從防塵唇進入密封唇，從而加劇密封圈的磨損。

2 調研分析

1）通過對M5、M8等機型的蜘蛛手密封結構改進的調研，它們的結構如圖2所示。

圖2 M5、M8蜘蛛手密封結構圖

M5、M8等機型的蜘蛛手密封結構的改進主要對圖中B處的結構進行了重新設計。下頁圖3中的軸套1相對于以前的結構做了很大改變，軸套右邊設計一個凸起的圓環，同時蜘蛛手前蓋3上設計一個凹進去的圓環，這兩處圓環配合在一起，能夠將灰塵阻擋。由于灰塵不能進入密封圈的防腐塵唇和密封唇，那么密封圈的磨損情況就會得到改善，延長了密封圈的使用壽命，即使密封圈磨損了之后也不會立即加劇，從而使得蜘蛛手漏油的情況得到改善。另外，在齒輪軸與蜘蛛手臂之間增加一個螺旋密封圈2，當軸旋轉時，會對螺旋槽的潤滑油產生一個反向的泵送壓力，向內腔泵送，阻止潤滑油外漏。

圖3 B處放大圖

2）蜘蛛手機構漏油的問題是一個比較普遍的問題，目前國內其他公司對煙草機械的改造項目中還有一種對蜘蛛手機構漏油問題的改進方法，它的原理簡圖如下圖4所示。

圖4 某公司蜘蛛手改進圖

這種改進方法的本質是在C處增加一個螺旋密封環，將此處滲漏的潤滑油通過螺旋泵的作用產生一個反向的壓力，推動潤滑油通過軸承內外圈的空隙重新進入蜘蛛手油腔。

3 解決方案

通過對上面兩種方案的分析，發現它們都采用了螺旋密封，但是螺旋密封只適用于線速度v＜30 m／s的場合［1］。

通過查閱ZJ116相關資料可知：蜘蛛手轉速n≈9.52 s－1；運動半徑r＝0.142 m。則蜘蛛手工作時線速度：v1＝ω×r＝2π×n×r≈8.49 m／s＜30 m／s。

所以ZJ116蜘蛛手可以采用螺旋密封。決定參照以上兩種方案，吸收它們各自的優點，重新設計一種新型的蜘蛛手密封機構，來改善蜘蛛手機構的漏油情況（結構原理簡圖如圖5所示）。

圖5 蜘蛛手密封改進示意圖

1）骨架密封圈。還是采用原來的型號，不對其進行改變。

2）重新設計一個蜘蛛手前蓋。前蓋上每個蜘蛛手手臂的位置設計一個凹進去的圓環，軸套上設計一個凸起的圓環，兩個圓環配合在一起，起到阻擋灰塵的進入骨架密封圈的作用，來改善密封圈的工作狀況。

3）軸套和齒輪套之間用一個O型橡膠密封圈密封，這是一個靜密封，用來密封軸套和齒輪軸套之間的潤滑油。

4）在蜘蛛手前蓋和軸套之間設計一個螺旋密封環，工作時，可以將潤滑油泵向內腔。

5）重新設計一個螺旋密封圈，其內圈與齒輪軸采用過盈配合，中間用兩個О型橡膠密封圈密封，在工作時，此處滲漏的潤滑油會通過螺旋泵的作用產生一個反向的壓力，將潤滑油泵回內腔。

4 結論

與原來的蜘蛛手密封設計比較，新的蜘蛛手密封設計有以下優點：

1）密封性能更好，相對于以往的密封圈密封，增加了螺旋密封。

2）延長了密封圈的耐磨時間，新型密封設計有防粉塵的作用，密封圈工作環境得到改善，延長了使用壽命。

3）實用性強，該設計比較簡單，可以以原來設計為基礎進行改造，能夠很快投入生產。

為了驗證該設計的效果，將新型蜘蛛手密封裝置安裝在一臺ZJ116卷接機上，通過一年多的運行和觀察，發現蜘蛛手沒有出現任何滲油情況，而且密封圈磨損也較輕，充分驗證了該設計改進達到了預期效果。

［1］ 成大先.機械設計手冊（第三卷）［M］.第四版.北京：化學工業出版社，2002：10-240.