周 軍

(柳州兩面針股份有限公司 廣西 柳州 545000)

前言

DINEX LAB-H均質(zhì)混合機(jī)是實(shí)驗(yàn)室專門用于制作牙膏的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。該設(shè)備是從德國(guó)弗科瑪公司進(jìn)口的，它主要包括真空系統(tǒng)，剪切機(jī)構(gòu)，機(jī)械密封組件，CIP清洗單元，壓縮空氣系統(tǒng)，加熱/冷卻管路，夾套式混合罐體，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，開關(guān)電氣元件等。該實(shí)驗(yàn)設(shè)備的核心部件是機(jī)械密封單元，本研究重介紹該進(jìn)口機(jī)械密封組件的降成本實(shí)例。

1 剪切機(jī)構(gòu)的作用

1.1 增稠劑CMC簡(jiǎn)介

眾所周知，牙膏是一種具有稠度的粘狀膏體，它的這種特性是因?yàn)樵谘栏喑煞葜泻性龀韯?，目前用得最普遍的增稠劑是CMC，其學(xué)名叫羧甲基纖維素鈉。它是一種為白色或微黃色粉末、粒狀或纖維狀固體，無臭、無味、無毒。CMC是一種大分子化學(xué)物質(zhì)，能夠吸水膨脹，在水中溶脹時(shí)，可以形成透明的粘稠膠液，在酸堿度方面表現(xiàn)為中性。CMC能保護(hù)膠體、保持水分、抗酶解，對(duì)于保持牙膏膏體的穩(wěn)定性具有極其重要的作用。因此，如果CMC不能均勻分散成細(xì)小顆粒，從而形成鏈狀保護(hù)膜，就不能達(dá)到穩(wěn)定膏體特性的功用。

1.2 剪切機(jī)構(gòu)的作用

研究對(duì)象DINEX LAB-H實(shí)驗(yàn)用制膏機(jī)是從德國(guó)弗科瑪公司進(jìn)口的，它具有強(qiáng)大的高速剪切功能，最高剪切速度可達(dá)3000rpm，能輕而易舉地把遇水膨脹的CMC剪切成均勻分散的細(xì)小顆粒，完成這一重要功能的核心部件是剪切機(jī)構(gòu)。剪切機(jī)構(gòu)的主要零件是定子和轉(zhuǎn)子，由于速度很高，剪切時(shí)局部會(huì)產(chǎn)生很高溫度，這無疑對(duì)機(jī)械密封組件來說是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)！因此，機(jī)械密封組件必須加入冷卻液冷卻，否則會(huì)燒壞機(jī)械密封組件，導(dǎo)致漏氣，嚴(yán)重影響牙膏膏體質(zhì)量。

2 機(jī)械密封組件剖析

2.1 組成結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封組件的型號(hào)是877X-030,它主要是由定環(huán)固定外殼、動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)軸套、雙端靜環(huán)/動(dòng)環(huán)、彈簧、封閉冷卻液區(qū)等幾部分組成。其總裝圖及零部件清單分別見圖1及圖2。

圖1

圖2

2.2 定環(huán)固定外殼

定環(huán)固定外殼的主要作用是使定環(huán)能牢固地安裝在里面，并保證其同軸度。見圖3。

圖3

2.3 動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)軸套

動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)軸套與電機(jī)主軸之間是用鍵聯(lián)結(jié)，于是電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到了動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)軸套，因此動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)軸套隨著電機(jī)主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)閯?dòng)環(huán)是安裝在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)軸套之內(nèi)的，所以動(dòng)環(huán)也會(huì)跟著旋轉(zhuǎn)。

2.4 雙端靜環(huán)/動(dòng)環(huán)

雙端靜環(huán)/動(dòng)環(huán)是機(jī)械密封組件的“心臟”，其地位非常重要，因?yàn)橹挥兴拍軐?shí)現(xiàn)密封功能，靜環(huán)及動(dòng)環(huán)的材料均為碳化硅(SSIC)。碳化硅是一種新型密封材料，它比普通石墨更耐磨，因此發(fā)熱量會(huì)更大，對(duì)于冷卻的要求也就越高。在使用這種新型密封材料之后，就避免了由于石墨磨損后產(chǎn)生的黑粉混入到牙膏膏體之中，從而造成膏體質(zhì)量不合格的隱患。另外，所有的O型圈材料均是耐酸堿的氟橡膠，不易老化，增加了密封件的使用壽命。靜環(huán)/動(dòng)環(huán)的圖片見圖4。

圖4

2.5 彈簧

彈簧對(duì)于機(jī)械密封組件來說也是非常重要的，因?yàn)閺椈傻能浻渤潭?、?shù)量多少直接影響到靜環(huán)與動(dòng)環(huán)的壓緊程度，如果靜環(huán)與動(dòng)環(huán)的貼合面較寬，鏡面程度越高，就可以選用較硬、數(shù)量較多的彈簧；反之，則要選用較軟、數(shù)量較少的彈簧。選用的原則是盡可能地減少靜環(huán)與動(dòng)環(huán)由于磨擦產(chǎn)生的發(fā)熱量，熱量過高超過了碳化硅(SSIC)的碳化點(diǎn)，就會(huì)使碳化硅變質(zhì)碳化變脆，導(dǎo)致碳化硅斷裂。在877X-030機(jī)械密封組件中，采用了12顆固定式彈簧，安裝于定環(huán)固定外殼內(nèi)，這些彈簧是不旋轉(zhuǎn)的，這種設(shè)計(jì)適用于軸徑較大，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合(線速度在25m/s以上)

2.6 封閉冷卻液區(qū)

877X-030機(jī)械密封組件采用雙端靜環(huán)/動(dòng)環(huán)的密封形式，因此在兩組靜環(huán)/動(dòng)環(huán)之間自然而然就形成了一個(gè)封閉腔，我們這個(gè)腔稱為封閉冷卻液區(qū)，這個(gè)區(qū)間可加注冷卻液，在定環(huán)固定外殼上兩個(gè)G1/4″的管牙孔與該區(qū)間相通(見圖5)。這兩個(gè)管牙孔分別是冷卻液注入孔及流出孔，通過外部的一個(gè)冷卻液泵實(shí)現(xiàn)冷卻液的循環(huán)冷卻，從而保證充分的熱交換。之所以采用這種設(shè)計(jì)，是因?yàn)殡姍C(jī)主軸的轉(zhuǎn)速很高，最高可達(dá)到3000rpm，靜環(huán)與動(dòng)環(huán)之間的端面磨擦密封會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，就需要保證很好的冷卻程度。冷卻液的溫度在10～15℃之間，冷卻液采用甘油與純凈水的混合液(甘油與純凈水的配比為1∶1)。

圖5

3 降成本分析

3.1 研究對(duì)象

877X-030機(jī)械密封組件可作為我們降成本的研究對(duì)象，因?yàn)樗荄INEX LAB-H均質(zhì)混合機(jī)的核心部件，也是最容易磨損的。如果不能保證其完好性，就會(huì)出現(xiàn)均質(zhì)混合機(jī)漏氣，導(dǎo)致無法抽真空，影響設(shè)備的正常工作。

3.2 降成本分析

3.2.1全進(jìn)口成本

如果從德國(guó)進(jìn)口一套機(jī)械密封組件折合人民幣約62296元，費(fèi)用包括材料成本、人工成本、運(yùn)費(fèi)、關(guān)稅等。正常使用壽命約12個(gè)月。

3.2.2國(guó)內(nèi)制造成本

實(shí)際上，通過對(duì)進(jìn)口機(jī)械密封組件的剖析，我們可以很明確地知道，其關(guān)鍵零件就是雙端靜環(huán)/動(dòng)環(huán)，而其余的部件基本上都不容易損壞，因此只要在國(guó)內(nèi)加工靜環(huán)與動(dòng)環(huán)，就可以大大降低進(jìn)口機(jī)械密封組件的維修成本。通過實(shí)際測(cè)繪，我們繪制了靜環(huán)與動(dòng)環(huán)的圖紙，見圖6及圖7。目前隨著國(guó)內(nèi)機(jī)械加工制造業(yè)水平的不斷提高，已經(jīng)有足夠的技術(shù)實(shí)力及設(shè)備水平去完成靜環(huán)與動(dòng)環(huán)的加工。國(guó)內(nèi)加工一套靜環(huán)/動(dòng)環(huán)密封的價(jià)格為人民幣330元，因?yàn)?77X-030機(jī)械密封組件采用的是雙端靜環(huán)/動(dòng)環(huán)，所以國(guó)內(nèi)制造成本為330×2=660元。經(jīng)過上機(jī)試用，國(guó)產(chǎn)的雙端靜環(huán)/動(dòng)環(huán)也能達(dá)到12個(gè)月的使用壽命，證明采用這種方式來降成本是完全可行的。

圖6

圖7

3.2.3成本降低核算

根據(jù)以上的測(cè)算，進(jìn)口機(jī)械密封組件采用國(guó)內(nèi)加工制造后，按正常使用壽命計(jì)算，每年可節(jié)約維修成本為：62296-660=61636元(RMB)。這不僅節(jié)省了大筆維修費(fèi)用，而且也大大縮短了備件的供貨周期(進(jìn)口機(jī)械密封組件從國(guó)外運(yùn)到國(guó)內(nèi)需要大約兩個(gè)月的時(shí)間，國(guó)產(chǎn)機(jī)械密封供貨周期為一個(gè)月)。

4 結(jié)論

隨著國(guó)內(nèi)制造加工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，加工技術(shù)的不斷提高，許多進(jìn)口零部件已能完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，本文就是一個(gè)進(jìn)口部件國(guó)產(chǎn)化制造，從而大大降低維修成本的典型案例。今后國(guó)際產(chǎn)業(yè)化將逐漸趨向融合，更多的新技術(shù)將不斷推廣，這也將提升國(guó)內(nèi)加工制造業(yè)的水平。國(guó)內(nèi)加工制造業(yè)將會(huì)在國(guó)際市場(chǎng)上發(fā)揮更大的潛力。

參考文獻(xiàn)(略)