矿用宽体车用轴向密封结构油封开发.pdf

第 卷 第 期 年 月内燃机与动力装置 .收稿日期:基金项目:山东省重大科技创新工程项目()第一作者简介:王伟()男山东潍坊人高级工程师主要研究方向为发动机密封可靠性:.:./.矿用宽体车用轴向密封结构油封开发王伟王宁宁曹文龙.内燃机可靠性国家重点实验室山东 潍坊.潍柴动力股份有限公司发动机技术研究院山东 潍坊 摘要:为满足矿用宽体车负荷大、整车振动大、使用工况差、曲轴后端跳动大的需求设计开发轴向密封结构油封开展油封抗偏心跳动能力试验、油封泵吸能力试验、摩擦转矩试验等零部件功能试验结合整机耐久试验对比轴向和径向密封结构油封的抗偏心跳动能力、泵吸能力、摩擦转矩、摩擦功损耗、可靠性和使用寿命 结果表明:相对传统径向密封结构油封轴向密封结构油封的抗偏心跳动能力更优泵吸能力更强摩擦转矩和摩擦功损耗更低可靠性更高使用寿命更长 使用轴向密封结构油封可以解决矿用宽体车油封漏油问题降低市场故障率关键词:油封轴向密封径向密封偏心跳动泵吸摩擦转矩中图分类号:./文献标志码:文章编号:()引用格式:王伟王宁宁曹文龙.矿用宽体车用轴向密封结构油封开发.内燃机与动力装置():.():.引言曲轴油封是发动机的重要密封件曲轴油封漏油不仅浪费机油、污染环境还将导致发动机部件润滑不足加速零件的磨损影响发动机的使用寿命同时还会引起离合器打滑造成严重事故 传统型油封主要为径向密封结构油封抗偏心跳动能力有限在工况恶劣情况下发动机后端跳动大油封偏心跳动补偿不足造成后油封处渗漏机油为解决某矿用宽体车使用过程中曲轴油封机油渗漏问题针对矿用宽体车复杂、恶劣的使用工况设计开发轴向密封结构油封并开展油封性能及可靠性试验验证轴向密封结构油封的性能、可靠性和使用寿命为解决曲轴油封机油渗漏故障提供参考 矿用宽体车油封开发.矿用宽体车运行工况在矿区上进行运输作业的通常为重型矿用宽体自卸车或特大型矿用宽体自卸车这种自卸车载货量大经常满载上下坡行驶在凹凸不平的矿山路面上存在一轮或多轮抬高、下陷等现象 矿用宽体车使用工况有如下特点:)工作路况差多为盘山路坡度大、路面凹凸不平)整车振动大、负载重)环境恶劣外部尘土多.油封结构选型某装配传统径向结构后油封的矿用宽体车市场反馈后油封漏油故障率高用户用车感受差严重影响产品质量 该宽体自卸车上使用的曲轴油封材料为聚四氟乙烯()主唇口密封结构为径向密封该油封的抗轴孔偏心能力、抗动态跳动能力较差摩擦转矩及摩擦功损耗较大相比其他用途车辆宽体自卸车发动机曲轴油封尤其是后油封需承受更大的偏心跳动 矿用宽体车使用工况要求发动机曲轴油封具有更高的抗偏心跳动能力和防尘能力为解决径向油封抗偏心跳动差异导致的漏油问题本文中设计了一种轴向结构油封其特点为:)油封主唇口为轴向密封结构)主唇口密封材质采用氟橡胶材料且在主唇口增加螺旋回油槽)主唇口处增加勾型副唇设计 传统径向密封结构和新开发的轴向油封密封结构如图 所示 )传统径向密封结构 )新开发轴向密封结构图 传统径向密封结构油封与新开发的轴向密封结构油封.轴向密封结构油封特点()抗轴孔偏心及曲轴动态跳动能力强 轴向密封结构油封的主唇口与曲轴为轴向密封主要由主唇口橡胶受压缩变形产生的密封力实现密封油封安装孔与曲轴的轴孔偏心、发动机运转过程中曲轴的动态跳动等径向方向偏差、跳动对主唇口橡胶压缩基本没有影响因此轴向密封结构油封的抗偏心和跳动能力较强()摩擦转矩和摩擦功损耗小 传统的径向密封结构油封主唇口采用的 为硬质塑料油封与轴的接触为面接触且为过盈箍紧配合运转过程中与轴的摩擦转矩及摩擦功损耗较大 轴向密封结构油封由主唇口氟橡胶压缩变形产生的反弹密封力密封橡胶材质较软反弹力较小因此摩擦转矩和摩擦功损耗小()主唇口设计勾型副唇 在主唇口处设计勾型副唇发动机静态及运转过程中若主唇口处有轻微的机油渗漏通过勾型副唇的旋转作用可将渗漏的机油重新泵回到密封唇口处防止机油渗漏到空气侧 性能试验.抗偏心跳动能力试验表 抗偏心能力试验条件轴直径/轴转速/()油位高度机油类型/轴径发动机润滑油在油封零部件试验台对新开发的轴向密封结构油封和传统径向密封结构油封的抗偏心跳动能力进行试验对比 油封零部件试验台抗偏心能力试验条件如表 所示 使用千分表调整旋转轴与安装孔的偏心量 将 按.递 内燃机与动力装置 年 月 第 卷增 每增加.油封在零部件试验台运转 、停止 运转及停机静止过程中未出现漏油则记录为 若出现漏油则试验停止并记录为 同时停止后续试验 试验结果如表 所示 由表 可知:轴向密封结构油封的抗偏心跳动能力优于径向密封结构油封轴向密封结构油封在(.)均未发生泄漏径向密封结构油封在.时发生渗漏 这是因为径向密封结构油封的主密封唇口与曲轴为径向密封密封性受轴孔偏心和曲轴跳动影响较大轴向密封结构油封的唇口仅受轴向压缩的影响基本不受轴孔偏心和曲轴跳动的影响表 抗偏心能力试验结果油封结构是否通过试验.轴向径向.泵吸能力试验曲轴油封运转时主唇口处油侧相对空气侧形成一定的内吸力产生泵吸效应从油侧流向空气侧的即将外漏的微量润滑油又被吸回到油侧防止润滑油外泄提高密封性能 泵吸能力越强油封密封性能越好对开发的轴向密封结构油封和传统的径向密封结构油封泵吸能力在不同转速下进行试验对比试验条件如表 所示试验结果如图 所示表 泵吸能力试验条件轴直径/油位高度轴孔偏心/轴径向跳动/机油类型/轴径.发动机润滑油图 泵吸能力试验结果由图 可知:轴向密封结构油封对润滑油的泵吸能力优于径向密封结构油封随着轴转速升高种结构油封对润滑油的泵吸能力都增强轴向密封结构油封润滑油的质量流量增幅更大 因此轴向密封结构油封泵吸能力更强密封效果更好.摩擦转矩试验近年来随着国家第五阶段、第六阶段排放标准的严格要求以及竞争日益激烈的市场环境对商图 摩擦转矩测试结果用车用发动机燃油经济性提出更高的要求曲轴前后油封和曲轴作为主要摩擦副其产生的摩擦转矩及摩擦功损耗对发动机的性能、排放和燃油消耗均有影响 因此减小油封摩擦转矩也是降低发动机油耗的有效措施之一按照表 中的试验条件对开发的轴向密封结构油封和传统的径向密封结构油封进行不同转速下的摩擦转矩对比试验结果如图 所示由图 可知:相比传统径向密封结构油封轴向密封结构油封的摩擦转矩降低 以上 摩擦转矩降低相应的摩擦功损耗也同步降低减少了第 期 王伟等:矿用宽体车用轴向密封结构油封开发 发动机油耗提高了发动机燃油经济性图 油封试验台 可靠性试验及改进效果验证.可靠性试验将轴向密封结构油封安装在油封试验台上用清洗剂清洗干净油封唇口及外径处避免残存的机油导致的漏油误判用白色显影剂将油封唇口密封处和外径密封处喷白便于观察判断油封是否泄漏 油封试验台如图 所示 油封零部件耐久试验条件如表 所示表 油封零部件耐久试验条件轴直径/油位高度轴孔偏心/轴径向跳动/机油类型轴转速/()试验循环工况循环次数/轴径.发动机润滑油 运转 静置 图 零部件耐久试验后油封密封情况 零部件试验台耐久试验后油封外观如图 所示 由图 可知:轴向密封结构油封唇口密封处和外径密封处端面均匀附着干燥粉尘无湿润油迹通过 零部件耐久试验验证将轴向密封结构油封装配发动机并进行 负载循环耐久试验轴向密封结构油封未出现机油渗漏通过整机可靠性验证试验.改进效果验证 表 宽体车后油封运行故障率统计表时间/月径向油封故障率/轴向油封故障率/.矿用宽体车后油封由径向密封结构油封更换为轴向密封结构油封后对比运行满、月的故障率如表 所示 由表 可知:更换为轴向密封结构后油封后矿用宽体车后油封漏油故障率明显下降运行满 月和运行满 月故障率均下降 以上运行满 月故障率下降 以上有效降低油封漏油故障率减少维修费用提高产品可靠性和用户满意度 结束语针对矿用宽体车复杂、恶劣的使用工况开发了轴向密封结构油封 进行零部件性能试验、可靠性试验并对更换油封后的车辆开展市场故障率调查 新开发的轴向密封结构油封可以满足矿用宽体车使用工况需求与传统径向结构油封相比轴向油封的抗轴孔安装偏心、跳动能力和泵吸能力强摩擦转矩和摩擦功损耗低使用寿命长和可靠性高有效解决了矿用宽体车后油封漏油故障参考文献:兰剑胡必谦郑久林等.曲轴油封漏油原因分析及改进措施.内燃机():.乔建伟.浅析发动机曲轴油封技术.轻型汽车技术():.刘清明段宗江刘开敏.曲轴油封漏机油的改进设计.柴油机():.低摩擦轴向唇形油封的开发.高英英曹杰译.汽车与新动力():.朱重飞.柴油机曲轴后油封漏油故障率改进研究.汽车制造业():.内燃机与动力装置 年 月 第 卷 周洋刘小君王伟等.唇式密封圈摩擦特性及泵吸效应的实验研究.润滑与密封():.贾晓红 等.旋转轴唇密封轴表面微螺旋槽的反向泵送特性.清华大学学报(自然科学版)():.候激波.若干因素对油封泵汲率影响的实验及数值模拟研究.重庆:重庆大学.李建东李云刚刘刚等.牵引车载荷对 排放和排温影响的试验研究.内燃机与动力装置():.邢为为苏宇婷黄颖韬等.机车柴油机排放优化方法的研究.铁道机车与动车():.张付英郭威初宏怡.润滑条件下油封的磨损预测.机械设计与研究():.:.:(责任编辑:刘丽君)(上接第 页)/.:(责任编辑:臧发业)第 期 王伟等:矿用宽体车用轴向密封结构油封开发