液压密封（精选九篇）
液压密封 篇1
关键词：液压蝶阀,密封件,老化,腐蚀
液压蝶阀因其具有快速远控、扭矩大、防爆、可靠性高等诸多优点, 被广泛用于船舶、石油化工等生产储运装置流程控制。但凡阀门随着使用的时间增长, 如果缺乏保养, 几乎都会出现卡滞、泄漏现象, 由于液压蝶阀是依靠液压动力单元提供高压液力推动阀门执行机构, 从而带动蝶阀阀板动作的一种阀门驱动类型, 因此液压蝶阀密封件的好坏将直接影响阀门的可靠性, 即影响了安全生产和使用维护频率, 本文以文昌13-1/2油田“南海奋进”号FPSO (以下简称“奋进号”) 舱底液压蝶阀密封件成功优化设计改造为例, 为舱底液压蝶阀密封件的优化选型提供借鉴。
1 舱底液压蝶阀工况及结构参数
1.1 舱底液压蝶阀工况
“奋进号”液压蝶阀系统主要功能为实现远程船控压载、货油和工艺流程等, 成套系统和蝶阀厂家为Scanna Skarpenord as, 主流体介质是海水和原油, 原油介质的温度在60℃左右, 液压介质为SHELL T15液压油, 工作压力为11~12 MPa。
1.2 液压蝶阀执行机构
执行机构是液压蝶阀系统的核心机构, 主要由液压缸、活塞杆、密封件、联动机构、蝶阀阀杆等部件构成, 图1为“奋进号”三种液压蝶阀执行机构的组成图, 表1为三种液压蝶阀执行机构关闭位置图对应部件的名称和材质。
2 液压蝶阀密封件失效分析
“奋进号”于2002年建成投产, 油舱和SLOP舱共有26个舱底液压蝶阀, 截至2004年5月, 有16个舱底液压蝶阀液压油出现泄漏现象, 影响液压蝶阀的开关, 当时判断液压油泄漏有两种可能, 一是液压管或管接头泄漏, 一是液压蝶阀执行机构密封件损坏失效。
2.1 执行机构解体检查
解体液压碟阀驱动器, 通过观察和分析, 发现两个液压驱动器结构比较合理, 活塞杆光滑, 无锈蚀、磨损和划伤, 失效密封件为唇形油封, 已严重老化开裂, 密封材料有明显的老化和腐蚀现象, 从图2中可见, 密封圈唇边受高温液压油的长期侵蚀作用已老化变脆并开裂脱落, 密封的唇边颜色变黄, 即使是完整的密封圈, 唇边一侧和密封背部颜色也有明显差异。
2.2 密封件失效原因分析
从失效密封件的形态分析, 确定密封圈老化或腐蚀, 进一步确认密封材料在较高温度或有腐蚀性气体 (液体) 中长期使用导致材料老化变质, 从而开裂甚至变成粉末状。
3 密封件的优化与措施
3.1 优选密封件材质
通过与国内密封件加工技术拔尖的厂家进行深入交流与讨论, 最终选定聚四氟乙烯加石墨和青铜制造出新型的密封圈。密封圈中加入石墨是为了耐高温、耐腐蚀, 加入青铜是为了提高支撑强度, 而选取聚四氟乙烯的原因是它具有以下特殊性能。
(1) 卓越的耐腐蚀性:能够承受除了熔融的碱金属, 氟化介质以及高于300℃氢氧化钠之外的所有强酸 (包括王水) 、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用。
(2) 极强的耐绝缘性:不受环境及频率的影响, 体积电阻可达1018Ω·cm, 介质损耗小, 穿电压高。
(3) 优异的耐高低温性:对温度的影响变化不大, 温域范围广, 可使用温度190℃~260℃。
(4) 独特的自润滑性:具有塑料中最小的摩擦系数, 是理想的无油润滑材料。
(5) 突出的表面不粘性:已知的固体材料都不能粘附在表面上, 是一种表面能最小的固体材料。
(6) 优异的耐大气老化性:耐辐照性能和较低的渗透性-长期暴露于大气中, 表面及性能保持不变。
3.2 加强维护管理
(1) 对液压蝶阀系统液压油的定期取样分析化验, 减少因液压油的变质或杂质对密封件的腐蚀损坏。
(2) 在液压蝶阀系统换油或对液压部件进行维修时, 应彻底排干净轴向液压缸工作腔内的空气。
(3) 对液压源的出口流量控制阀进行定期检查, 确保系统平稳加压避免冲击。
(4) 液压蝶阀密封件优选应用成效。
2005年11月份第三次洗舱开始更换使用优选制作的密封件, 对15个舱底液压蝶阀更换新密封件, 除了2个液压蝶阀是因安装错误造成泄漏以外, 其它13个液压蝶使用了64个月 (5年多) 未发现泄漏现象。
4 结论
以上实际应用说明了优选后的新型密封件的材质、强度以及抗老化性能都得到了较大提高。由于洗舱和液压蝶阀进舱维修作业需要7天30人的工作量, 采用新的密封件, 不仅大大延长作业周期, 取得良好的经济效益, 而且也规避了作业过程中存在的高风险, 确保“奋进号”的船控液压蝶阀系统功能长期高效运行。同时, 也为其它类似的油田原油生产液压蝶阀的改进提供有益的借鉴经验。
参考文献
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中国液压气动与密封工业现状与展望 篇2
2003-8-8 16:16:59中国液压气动密封件工业协会 点击次数：1134次中国液压气动密封件工业协会理事长 张志英
各类机械装备都是由动力、传动与控制系统及其基础件所组成。它包括流体传动、机械传动、电气传动等多种传动方式。它们直接关系着主机的性能、水平、质量及可靠性。液压（含液力）、气动、密封等元件，是动力、传动与控制系统的关键基础件。与主机相比，基础件发展相对滞后。改革开放以来，随着主机的技术进步，基础件滞后问题引起国家的重视，并在规划、投资、引进技术及科研开发等方面给予了重点支持，取得很大进展，并列为机械工业振兴发展的重点行业之一。
据统计，全国液压、气动、密封行业企业约1300余个。其中由本协会统计的80余家主要企业产值和产量占全行业的65%以上。2000年全国液压行业总产值36.78亿元，产量约600万件；液力行业总产值4亿多元，产量9万多台；气动行业总产值6.2亿元，产量500万件；密封件行业总产值约14亿元，产量约11亿件。现已形成一个门类比较齐全、有相当竞争实力、初具生产规模的工业体系。1991年~2000年行业发展及产品构成情况如图所示。
液压气动密封行业先后引进了60余项国外先进技术，其中液压40余项，气动7项，均已成为行业的主导产品。目前我国液压产品有品种1200余
种，11000多个规格；气动产品品种1400余个，10000多个规格；液力机械品种100个，500多个规格；橡塑密封产品品种 400个，5000多个规格，不少产品达到九十年代水平，基本能适应各类一般主机的需要，为重大成套装备的品种配套率达60%以上, 并开始有部分出口。
近年来，在国家的重点支持下，加大了技术改造力度。1991年至2000年，总投入约25亿多元，其中液压18亿多元。一批主要企业技术水平明显提高，工艺装备得到改善，为形成规模生产打下良好基础。近几年，不同所有制的中小企业迅猛崛起，三资企业迅速发展，目前行业中已有合资或外商独资企业50多家，引进外资5亿多美元。
本行业在质量攻关和加强质量管理方面取得重要成果。如开展电磁阀、溢流阀“两阀攻关”和“质量上台阶工程”，取得明显效果，攻关后的电磁阀寿命由200万次提高到1000万次以上。1996年北京、上海、天津、辽宁、榆次等18个液压件厂联合发表了 “质量保证承诺”，赢得用户的信誉。许多企业加强内部管理，积极贯彻ISO9000质量保证体系，目前已有136个企业通过了认证。
展望21世纪，随着国家工业化和自动化的发展，各项基础工业的加强，西部大开发，人民生活质量的提高，以及WTO进入后，国际、国内市场进一步融合，液压、气动、密封工业有广阔的发展前景。据对2001~2005年预测，本行业国内市场容量年增幅将超过10%。但目前本行业产品与主机发展需要及世界先进水平相比，在产品性能、质量、可靠性、成套服务等方面还有一定差距，价格优势也日益减弱。为此，全行业应认清形势，增强危机意识，加强使命感，提高市场竞争力，使自己在今后激烈的市场
竞争中立于不败之地。“十五”发展的主要任务是：调整行业结构，推进优良资产重组，提高生产集中度；调整企业结构，发展零部件专业化和工艺专业化生产；调整产品结构，增强品牌意识，加大技术创新力度，提高市场竞争能力；调整市场结构，巩固原有市场，开拓应用领域，积极扩大出口。
2001年是新世纪的开端，是“十五”计划实施的第一年，面对新的机遇与挑战，我们对液压气动密封行业的发展形势充满信心。
首先，从宏观经济分析，2000年机械工业各主机行业均有较大幅度的增长，2001年国家继续实行积极的财政政策，努力扩大内需，加大基础建设，技术改造将保持相当规模，机械装备的生产继续增长。我们为主机自动化提供配套的行业在主机的带动下，前景看好。从企业的微观形势看，重点企业目前的订货额，比上年增加约20%，市场需求稳步上升。但是，由于美国经济增长下滑，将给世界各国经济带来不利影响，我们也要予以充分估计。
第二，随着加入WTO的临近，国内外市场进一步融合，对行业的影响将日益显现。从进口情况看，据不完全统计，1999年本行业产品进口1.8亿美元，约相当于国内同行业生产总值的30%。在关税由现在的12%~16%进一步降低到10%以下，并且外商在国内销售更简便后，进口可能会以更快的速度增长。从出口情况看，目前本行业出口额约8000万美元，今后对于一些技术成熟、质量稳定、价格有优势的产品出口前景看好。同时，我们注意到，今年上半年机电产品出口形势受世界经济萎缩的影响，增幅逐月回落，要进入国际市场需要做出更大努力。
第三，企业改革步伐将进一步加快。2000年北京、上海、辽宁、榆次四大集团公司享受国家政策，实现了“债转股”，总金额8.6亿元，使这些企业的负债率平均由80%降至50%，为企业轻装前进创造了条件。贵州力源液压和天津特精公司分别于1996年和2001年上市成功，促进了现代企业制度的建立。目前许多中、小企业正进行各种形式的机制转换，调动了经营责任者和广大职工的积极性，生产经营充满活力。一批民营企业、合资或独资企业蓬勃发展，有的已形成高起点、面向全球的重要生产基地。第四，顺应市场经济的发展和政府职能的转变，行业协会为行业企业服务的职能进一步发挥，对行业的发展将起到一定的促进作用。液压气动密封行业近期应重点做好以下工作：
1、针对行业共性问题开展调研，提出政策性建议，向有关部门反映。继续做好宏观市场调研，跟踪国内外主机发展趋势，协助政府编制好行业发展规划和指导性文件。开展共性科技攻关和优秀新产品推荐，促进产品结构调整。参与标准的制、修订及贯彻，加强质量监督。促进行业结构调整和企业的联合，推进企业改革、改组、改造，提高综合竞争能力。
2、加强统计和经济信息工作。提高统计工作的完整性、准确性、时效性，及时了解并向政府有关部门和企业反映和通报行业经济运行动态。扩大统计覆盖率，统计范围应逐渐扩大到民营企业、外资企业。完善“中国液压气动密封工业网”（网址：http：// ），内容包括：协会介绍、动态要闻、行业概况、厂商驿站、国际展览、业务商机、统计信息、在线杂志、人才与教育、推荐网站等栏目，并承接企业网页、网站的制作，扩大本行业企业在国内外的宣传与影响，推进行业向信息化、网络
化发展，并为以后开展电子商务打下基础。
3、加强与世界各国同行业协会、用户、装备及材料、配套等厂商和销售商组织的联系，组织与国外的技术与贸易交流，办好国际同行业来华展览会，组织赴国外著名展览会参展、参观、考察，加强贸易往来，促进对外开放。
液压密封 篇3
关键词：密封材料;丁腈橡胶;浓缩液;乳化油
中图分类号：TQ336.42 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）26-0172-03
1 概 述
液压支架是保证整个工作面安全生产的重中之重，其主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。液压支架的升、降、推、移等基本动作都是由乳化泵站供给的高压液体即传动介质，通过各种阀控制立柱、千斤顶的伸缩来实现。
液压支架传动介质是液压系统中的重要组成部分，是整个综采工作面液压支架系统的“血液”，它保证了整个采煤工作面的安全顺畅采煤和工人的生命安全。液压支架传动介质分为乳化油、微乳液、浓缩液等。
目前，我国综采液压系统的工作介质常使用的是配比浓度为5%的浓缩液稀释液或乳化液。
密封材料是液压支架中关键零部件之一，实际工况下与传动介质接触频繁。如果传动介质与密封材料的相容性不佳，一定程度上会造成密封材料的物理和化学性能发生变化。这些变化在很大程度上影响密封材料在液压系统中的使用性能。井下液压系统的压力一般在30 MPa左右，一旦密封材料损坏，造成支架出现跑冒滴漏等现象，严重时会造成液压支架泄压，从而带来安全隐患。
因此研究分析液压支架传动介质对密封材料的性能影响具有很重要的意义。煤矿液压支架中采用的密封材料多由丁腈橡胶制备而成，因此本研究中采用丁腈橡胶作为基体材料，研究浓缩液和乳化油对其性能变化的影响。
2 实验方案
2.1 液压支架传动介质的选取
实验介质选用某矿区使用量较大的国内某品牌A浓缩液和国外某品牌B乳化油两种传动介质，实验材料都是从某矿工作面现场提取的原液。两种产品的各项性能指标都满足MT76-2011《液压支架用乳化油、浓缩液及其高含水液压液》的要求。
2.2 试样制备
2.2.1 基本配方
基本配方（质量份）：丁腈橡胶生胶100.00，氧化锌5.0，硬脂酸1.0，白炭黑10.0，防老剂（4010NA）1.5，防老剂（RD）1.0，炭黑（N330）50.0;葵二酸二丁酯7.0，促进（DM）1.5，促进剂（TMTD） 1.5，硫黄2.0，DCP2.0。
2.2.2 混炼工艺
丁腈橡胶试样制备时其开炼机的辊筒表面温度应保持（50±5 ℃），混炼按照下列程序进行：
①将辊距调至1.5 mm使丁腈橡胶生胶包辊，打开冷却水使水温保持在10 ℃，辊温控制在50 ℃左右，塑炼2 min。
②生胶包辊后，表面不开裂可以加入氧化锌、硬脂酸，一边切割两刀打三个三角包，薄通两遍并割胶翻炼，混炼3 min。
③加入防老剂，混炼3 min。
④将辊距调至2.0 mm加入1/2炭黑N330，混炼4 min。
⑤剩下的炭黑N330和增塑剂交替加入，左右交替割胶翻炼3次，混炼5 min。
⑥加入硫磺、DCP和促进剂继续割胶翻炼，待混炼均匀后薄通3遍，调整辊距至2.5 mm出片，4 min。混炼胶停放24 h后待用。
⑦将停放后的混炼胶在1.5 mm辊距下塑炼2 min，调整辊距至2.5 mm出片，并裁剪成长方形剪片放入模具中硫化，在170 ℃下硫化20 min，制成2 mm±0.2 mm厚的标准硫化胶试片。
2.3 实验仪器与设备
P3555B2型盘式硫化仪（北京环峰机械制造厂生产）;
Φ160×320双辊开炼机（上海橡胶机械一厂生产）;
XQLB-350×350平板硫化机（上海橡胶机械制造厂生产）;
CMT4104电子拉力机（深圳新三思公司生产）;
XY-1邵尔硬度计（上海橡胶机械制造厂生产）;
HD-10型厚度计（北京化工机修厂生产）。
2.4 传动介质对密封材料性能影响的实验方法
按煤炭行业标准MT76-2011《液压支架用乳化油、浓缩液及其高含水液压液》配制成浓度为5%的液压支架传动介质稀释液，并分别标记为1#-A浓缩液稀释液与2#-B乳化液，配液用水为蒸馏水。
丁腈橡胶试样质量、尺寸、硬度、拉伸性能、抽出物测定等性能的变化率实验方法依据GB/T1690-2010《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》。
丁腈橡胶试样撕裂性能变化率的实验方法依据GB/T529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤形、直角形和新月形试样）》。
丁腈橡胶试样压缩永久变形变化的实验方法依据GB/T7759-1996《硫化橡胶、热塑性橡胶常温、高温和低温下压缩永久变形测定》。
2.5 通用试验程序
将试样浸入盛有试验液体的磨口瓶中，并将装置放入已达到温度为40 ℃的恒温箱中。对于全浸试验，试样应距离容器内壁不少于5 mm，距容器底部和液体表面不少于10 mm。每组测试需用3个试样，分别间隔1天、3天、7天取样。试样分别标记为1#-1D、1#-3D、1#-7D、2#-1D、2#-3D、2#-7D。
在浸泡试验结束后，从恒温箱中取出试验装置，用滤纸擦去试样表面的黏性不挥发液体，在标准实验室温度下调节
30 min，进行相关测量。
2.6 测量数据
2.6.1 试样质量的变化
质量变化百分率为：
Δm100=（mi-m0）/m0×100%。
式中：m0为浸泡前试样在空气中的质量，单位为克（g）;
mi为浸泡后试样在空气中的质量，单位为克（g）。
2.6.2 试样尺寸的变化
长度变化百分率为：
Δl100=（li-l0）/l0×100%。
式中：l0为试样的初始长度，单位为（mm）;
li为试样浸泡后的长度，单位为（mm）。
宽度k和厚度h变化百分率计算公式与长度相同。
2.6.3 拉伸性能的变化
拉伸性能变化百分率：
（ΔX100）ΔX100=（Xi-X0）/ X0×100%
式中：X0为试样浸泡前的拉伸性能值;
Xi为试样浸泡后的拉伸性能值。
拉伸性能包括试样初始横截面积计算拉伸强度TS、拉断伸长率E和100%定伸应力T。
2.6.4 测定抽出物的变化
将浸泡后的试样在一个绝对大气压约20 kPa，温度为40 ℃的试验箱中干燥至恒重，即每隔30 min将试样称重一次，直至连续两次称量之差小于1 mg为止。
抽出物质的量以试样经浸泡并干燥后的质量与试样初始质量之差占试样初始质量的百分率表示。
2.6.5 撕裂性能
撕裂强度变化百分率：
（ΔT）ΔT=（Ti- T0）/ T0×100%
式中：
T0为试样浸泡前的撕裂强度;
Ti为试样浸泡后的撕裂强度，单位为千牛每米（kN/m）。
2.6.6 压缩永久变形
压缩永久变形：
C（%）=[（h0-h1）/（ho-hs）]×100%。
式中：
C为压缩变形;
h0为试验前试样厚度，mm;
hs为限制器的高度，mm;
h1为试样恢复后的厚度，mm。
3 结果分析
3.1 质量变化
浸泡前后试样质量的变化不仅反映出传动介质对丁腈橡胶的溶胀性能，同时说明丁腈橡胶在不同传动介质中的老化速率。丁腈橡胶在1#-A浓缩液稀释液与2#-B乳化液中分别浸泡不同天数后的质量率变化，如图1所示。
由图中可以看出，在同一浸泡天数对比中，浸泡在2#-B乳化液比浸泡在1#-A浓缩液稀释液试样的质量变化率都大，说明2#-B乳化液浸入橡胶较多，不利于丁腈橡胶密封件在乳化液环境下的质量稳定。
3.2 尺寸变化
浸泡后试样尺寸的变化不仅反映出传动介质与橡胶的互溶性能，同时说明了橡胶制品的抗老化性能。浸泡前后试样尺寸变化，见表1。
在同一浸泡天数对比中，浸泡在2#-B乳化液比浸泡在1#-A浓缩液稀释液试样的长度、宽度、厚度变化率都大，说明2#-B乳化液影响橡胶较多，不利于丁腈橡胶密封件在乳化液环境下的尺寸稳定。
3.3 拉伸性能变化
浸泡前后试样拉伸性能变化，见表3。
在同一浸泡天数对比中，浸泡在2#-B乳化液比浸泡在1#-A浓缩液稀释液试样的拉伸强度（TS）、100%定伸应力（T）、拉断伸长率（E）变化率都大，说明2#-B乳化液的浸入对丁腈橡胶弹性网络的影响更大，不利于丁腈橡胶密封件在乳化液环境下长期使用。
3.4 撕裂性能变化
在橡胶工业在与试样主轴平行的方向上，撕裂试片所需的最大力除以试片的厚度，单位为kN/m。它是橡胶所具备的一项重要物理性能指标。本实验选用直角撕裂强度进行浸泡前后对比试验。
浸泡前后试样撕裂性能变化，见表4。
在同一浸泡天数对比中，浸泡在2#-B乳化液比浸泡在1#-A浓缩液稀释液的试样撕裂强度变化率大，说明2#-B乳化液的浸入对丁腈橡胶抗撕裂性能的影响更大，不利于丁腈橡胶密封件在乳化液环境下长期使用。
3.5 抽出物的变化
试样中抽出物的多少决定了浸泡式样所浸入的液体数量，会严重影响丁腈橡胶密封件在现场的使用。浸泡前后试样抽出物比例，如图2所示。在同一浸泡天数对比中，浸泡在2#-B乳化液比浸泡在1#-A浓缩液稀释液试样的抽出物比例大，说明2#-B乳化液不利于丁腈橡胶密封件在乳化液环境下长期使用。
3.6 压缩永久变形
压缩永久变形是橡胶制品的重要指标之一，硫化橡胶压缩永久变形的大小，涉及到硫化橡胶的弹性与恢复。
首先测定试样的原始高度，选择8 mm的限制器，然后把试样和限制器放于夹具中，均匀地压缩到规定的高度。压缩时，试样、限制器不能互相接触。将夹具放入烘箱中，升至100 ℃时开始计时。24 h后，从烘箱中取出夹具，在室温下冷却2 h，然后打开夹具，取出试样，在自由状态下停放1 h，测量试样压缩后的恢复高度。
浸泡前后试样压缩永久变形的实验数据，见表5。
在浸泡1#-A浓缩液稀释液的3组试样中，随着浸泡天数的增加，压缩永久变形与未浸泡试样相比变化不大，即使浸泡7天，压缩永久变形仅为6.1%（未浸泡的为5.5%），说明1#-A浓缩液稀释液对丁腈橡胶性能影响较小，不会破坏橡胶网络的弹性恢复。
在浸泡2#-B乳化液的3组试样中，随着浸泡天数的增加，压缩永久变形与未浸泡试样相比变化较大，为别为11.0%、19.5%、21.7%（未浸泡的为5.5%），说明2#-B乳化液对丁腈橡胶的弹性恢复影响较大，2#-B乳化液渗入到橡胶网络结构中，导致其弹性恢复能力明显降低。
4 结 语
将同样配方的丁腈橡胶分别浸泡在质量百分数为5%的A浓缩液稀释液与B乳化液相同的时间，经过B乳化液浸泡的丁腈橡胶质量、尺寸、硬度、拉伸性能、撕裂性能、抽出物比例、压缩永久变形与在A浓缩液稀释液浸泡的丁腈橡胶相比变化率更大，结果表明就浓缩液与乳化油两种传动介质，丁腈橡胶密封件更适合在浓缩液稀释液中长期使用。
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可控柔性密封实验台液压系统设计 篇4
在油田生产中有一类特殊的密封结构, 称为可控柔性密封。其主要特征是:密封材料为力学性能良好的高弹性材料, 工作时密封材料发生大变形, 密封形式为往复密封, 密封副需要频繁处于工作和非工作状态, 密封接触压力可控等[1,2,3]。按照结构及工作方式不同, 可控柔性密封可分为两种形式:开关型和伺服型两种。开关型在工作时具有两种状态:打开状态和密封状态;伺服型在工作时一直处于密封状态, 但可根据被密封件的形状适时进行密封力学状态的调整。油田带压作业用防喷器的核心部件———密封胶芯与油管柱所组成的密封副就是一种典型的可控柔性密封结构。用于可控柔性密封环境下的密封材料一般是性能优异的橡胶材料, 如丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶等, 其工作环境主要是润滑性能较差、低黏度、高杂质含量的高压流体介质的密封场合, 在石油生产、化工工业中得到广泛应用[4]。由于可控柔性密封材料性能直接关系着密封性能, 一旦失效, 将造成巨大的财产损失、环境污染甚至人员伤亡[5]。因此, 材料的密封性能实验是非常重要的。但传统的往复密封实验台只能测试密封材料在某一压缩变形下的密封性能, 不能体现密封的可控性能, 即径向密封比压是不可调的, 为此, 设计了新型的往复密封实验台, 该实验台用液压驱动和控制, 除了能够测量传统的参数如:温度、压力、流量、泄漏等物理量之外, 还可以控制密封比压大小及控制密封副的分离和实现密封, 从而实现对可控柔性密封材料的密封实验。
1 实验装置设计
1.1 设计要求
基于可控柔性密封的工作特点及工况要求, 结合当前流体控制技术的发展水平, 研制一种能满足生产实际要求的综合密封实验台。该实验台能实现自动控制、密封工作参数测试、测试数据分析和处理等多种功能于一体, 能够完成包括可控柔性密封工况模拟、密封工作压力测试、密封接触压力分布测试、摩擦力测试、温度场测试、漏失量测试、运动速度测试等指标在内的多种实验任务。
1.2 总体方案
根据设计要求, 确定可控柔性密封实验台由液压泵站、液压伺服往复驱动系统、密封实验系统、介质加载及增压系统、数控采集及处理系统及辅助系统组成。液压泵站主要由变量伺服油泵、蓄能装置、液压管线系统等组成, 提供并输送系统所需高压液压油;液压伺服往复驱动系统包括伺服油缸、电液伺服阀等, 驱动往复密封管柱运动;密封实验系统包括实验装置、可控柔性密封单元、密封测试单元、压力测试单元、速度测试单元、温度测试单元、摩擦力测试单元等, 提供高压模拟环境及相关参数的测试功能;介质加载和增压系统包括工作介质输送和增压单元, 将工作介质加压后输送到密封实验装置内;数控采集及处理系统主要由控制单元、电液控制元件、各类传感器、PLC系统和计算机等组成, 主要完成测试数据的提取、处理、显示及相关动作控制等。各系统间的关系如图1所示。
1.3 密封测试系统设计
可控柔性密封实验系统中, 密封实验系统属于核心装置, 该系统提供了实验对象、实验介质和实验数据等的载体, 其结构如图2所示。
系统主要由2个可控柔性密封单元、密封腔、漏失量检测单元及各类传感器组成。4个可控柔性密封单元与密封腔组成一个高压密封环境, 实验介质通过水压管汇增压后进入密封腔, 靠4个可控柔性密封单元在密封抱紧液压缸的作用下抱紧密封管柱并进行保压。同时, 驱动液压缸通过力传感器驱动密封管柱进行往复运动, 系统配置的力、速度、加速度及压力、温度传感器实时采集数据并进行存储, 系统可通过电脑对密封抱紧压力进行随时调整。可控柔性密封材料通常做成类似于闸板防喷器密封胶芯形状[7], 通过销钉固定在闸板上, 上下两端抱紧液压力通过抱紧液压缸上的活塞作用在闸板活塞杆上, 从而作用在密封副上, 其作用力可近似为密封抱紧力。装置按照35 MPa的工作压力设计, 工作介质若为水基, 则温度范围为0~60℃;若为导热油, 则实验温度可达100℃以上。
2 液压系统设计
由图1可知, 可控柔性密封实验装置的液压系统在整个装置中处于十分重要的位置, 主要作用包括:为往复运动提供驱动能量, 为可控柔性密封抱紧管柱提供驱动力并进行伺服调整, 为工作介质提供增压驱动力等作用。从液压系统的装置来说, 主要包括液压泵站、各类控制阀件、液压管线、增压装置、密封加载系统、同步抱紧系统等。根据设定要求, 液压泵采用恒压变量泵, 最高输出压力位20MPa, 最大输出流量为90 L/min, 装机功率为30 k W;油箱容积为1 200 mm×900 mm×700 mm=756 L;配置25 L蓄能器。驱动油缸直径D=63 mm, 活塞杆直径为45 mm, 最大行程S=400 mm;往复频率最高0.5 Hz;最大驱动力为60 k N。增压装置采用液动增压泵, 增压比为3.5∶1。密封加载系统主要是对工作介质进行过滤、对密封腔进行灌注并对工作介质进行初步加压。若工作介质有温度要求, 还需要加热装置等。同步抱紧系统主要由4个抱紧液压缸组成, 完成图2中左右2个密封单元的密封抱紧。控制最大抱紧液压不超过10 MPa, 调整系统设置让4缸实现同步运动。液压原理图如图3所示。
液压泵站泵出液压油分为三路:一路通往伺服驱动系统, 为驱动液压缸提供能量, 驱动液压缸活塞杆通过力传感器带动图2中的管柱进行往复运动;一路通往增压装置, 为液压系统增压提供能量;另外一路作为控制油路控制4个抱紧液压缸的抱紧力, 也就是控制可控柔性密封副之间的密封比压。密封加载系统主要由小排量齿轮泵组成, 最高输出压力不超过10 MPa, 最大流量为20 L/min, 装机功率5 k W。增压系统的输出回路与加载系统出口相连接, 同时加载系统与增压系统入口相连接。工作时, 齿轮泵先向密封腔灌注, 等密封腔灌满工作介质时, 启动增压装置进行打压, 直到密封腔压强达到预定压强为止。密封加载系统中高低压之间通过单向阀进行隔离。
系统设计的难点在于4个抱紧液压缸的同步问题, 图中G1、G2配合控制图2中左边密封副启闭, G3、G4配合控制图2中右边密封副的启闭, 若同步性能较差的话, 容易导致被密封的管柱出现偏斜, 对中不好, 从而导致密封失败, 因此需要采取措施保证4个抱紧液压缸G1、G2、G3、G4同步。在液压传动中, 液压缸同步一般可采用串联同步回路、调速阀同步回路、同步马达实现同步回路、数字液压缸回路及同步阀回路等, 4缸同步回路的控制在技术上也是可行的[8,9,10], 综合各方考虑, 采用3个同步阀控制的同步回路。同步阀2、3到同步阀1之间的油路要相同, 同步阀2、3出口到4个液压缸上腔进油口油路也要相同, 尽量保证4个抱紧油缸出口油路到管汇相交地方油路相同, 若出现不同步现象可以通过微调同步阀进行校正。抱紧系统中由单向阀和溢流阀组成的背压阀作用是避免冲击对密封材料的破坏。
3 结语
可控柔性密封的工作方式有别于传统的往复密封, 其密封失效机理也与传统的填料密封或其它柔性密封不同, 用传统的往复密封实验台来测试其密封性能并不能完全反映实际工况。可控柔性密封实验台可以模拟可控柔性密封工作环境和状态, 实现对密封材料的动静密封性能测试并研究不同参数对密封性能的影响, 还能测试不同介质、温度、速度、密封比压及密封表面状况联合作用下, 对密封材料的寿命影响。在油田生产中凡是在苛刻工况下用到的可控柔性密封材料基本依赖进口, 这方面除了我国高分子材料工程方面的因素外, 没有合理的密封检测系统也是影响因素之一, 因此可控柔性密封实验台具有现实意义。
参考文献
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液压密封 篇5
1. 锥形密封结构和原理
(1)结构
山推叉车液压管60°锥形密封结构组成包括:钢管接头1带有M14×1.5外螺纹,其端部设有60°锥形凸台;胶管接头2带有M14×1.5内螺纹的连接螺母3,其端部设有60°锥形喇叭口。钢管接头1端部的锥形凸台与胶管接头2端部的锥形喇叭口配合,形成直接接触式硬密封,如图1所示。
(2)原理
60°锥形密封的原理如下:当钢管与胶管连接时,钢管的锥形凸台外锥面C与胶管的锥形喇叭口内锥面D相接触,通过旋紧胶管端部的连接螺母3紧固力矩,使锥形凸台外锥面与锥形喇叭口内锥面紧密贴合。锥形喇叭口内锥面D发生的塑性变形后,其与锥形凸台外锥面的接触面上形成密封环。该密封环达到一定的密封宽度和密封比压,便可实现管路连接的可靠密封。
根据经验,达到密封要求,锥形凸台外锥面与锥形喇叭口内锥面的最小接触宽度应为1.5～2.5 mm,密封结合处的表面粗糙度Ra应达到0.4μm,接触面处的比压应≥700MPa。在同样的塑性变形条件下,锥角差值越小,贴合得越紧密,密封效果越好。
2. 锥形密封渗漏原因
本文以叉车倾斜缸钢管与胶管锥形密封为例,介绍查找其60°锥形密封漏油的方法。倾斜缸钢管两端、倾斜缸胶管两端及倾斜缸管接头均为锥形密封方式,如图2所示。
(1)检查加工质量
由于60°锥形密封属于金属间直接接触的硬密封,故对锥形凸台外锥面与锥形喇叭口内锥面的加工精度、粗糙度要求均较高。根据山推企业标准,锥形凸台外锥面表面粗糙度Ra为6.3μm,锥形喇叭口内锥面表面粗糙度Ra为1.6μm;锥形凸台外锥面锥角为59°～60°,锥形喇叭口内锥面锥角为60°～61°,锥角差值控制范围为1°～2°。
通过剖切检验,测得倾斜缸钢管接头上的锥形凸台外锥面锥角为59°2',胶管锥形喇叭口内锥面锥角为60°12'。同时测得锥形凸台外锥面与锥形喇叭口内锥面的径向尺寸偏差,均在规定的数值范围内。
(2)检查装配过程
60°锥形密封装配时,对锥形凸台外锥面与锥形喇叭口内锥面的同轴度和连接螺母紧固力矩要求较高。若锥形凸台外锥面与锥形喇叭口内锥面同轴度较差,紧固时将造成锥形凸台与喇叭口密封锥面出现倾斜,不能形成有效的密封面,影响密封效果。为了形成可靠密封,除了保证锥形凸台与喇叭口的同轴度外,紧固力矩也起到至关重要的作用。
倾斜缸钢管和胶管通过M14×1.5螺纹连接。根据山推企业标准,当倾斜缸钢管和胶管管接头的材质均为Q235时,紧固力矩值应为25N·m。经化验检测,倾斜缸钢管接头的材质为Q235,倾斜缸胶管接头的材质为45号钢。由于45号钢含碳量高、塑性变形小,若装配时仍按25N·m的紧固力矩进行紧固,胶管锥形喇叭口内锥面产生的塑性变形量就会变小,接触面宽度就达不到密封要求。
针对倾斜缸钢管和胶管管接头材质不同的情况,我们对其进行了不同扭矩下的密封性能试验。将连接螺母的扭矩加大到30N·m时,锥形密封处仍出现渗漏现象;将连接螺母的扭矩加大到35N·m时,锥形密封处未出现渗漏现象;当连接螺母的扭矩≥50N·m时,锥形密封处又出现轻微渗漏现象。
我们由此得出结论:对于M14×1.5的螺纹而言,若倾斜缸钢管和胶管管接头材质不同,当扭矩≤30N·m,胶管锥形喇叭口内锥面的塑性变形不足以形成可靠的密封;当扭矩≥50N·m,胶管锥形喇叭口内锥面塑性变形过量,密封也会失效。最终确定,叉车锥形密封出现渗漏油的主要原因为连接螺母紧固力矩不正确。
3. 装配要点
为保证锥形密封的可靠性,防止出现渗漏现象,装配时应注意以下3个要点:
一是防止锥形密封面出现划伤。若锥形密封面出现划伤,将损伤其加工精度,导致锥形密封面渗漏。为此在运输过程中应在钢管和胶管管接头处使用塑料防护帽进行防护。
二是防止装配出现倾斜错位。为避免锥形凸台与锥形喇叭口在连接时出现倾斜错位,应先手动紧固连接螺母,待无法继续紧固时,再使用紧固工具进行紧固,以使锥形凸台与锥形喇叭口形成准确定位。
三是根据管接头材质选择紧固力矩。应事先掌握钢管和胶管管接头材质,装配时,其紧固力矩应根据管接头材质及螺纹尺寸确定,以防止紧固力不足或者紧固力过大。对于M14×1.5的螺纹而言,当钢管和胶管管接头的材质均为Q235时,紧固力矩应为25N·m;当钢管和胶管管接头的材质均为45号钢时,紧固力矩应为50N·m;当钢管管接头材质为Q235、胶管管接头材质为45#钢时,紧固力矩应为35～40N·m。
液压密封 篇6
单体液压支柱的活塞、底座体是支柱密封的重要部件之一, 支柱漏液80%以上是由活塞、底座体的结构和质量问题造成的。为此, 对单体液压支柱的活塞、底座体的密封和结构改进显得尤为重要。
1 活塞密封结构改进
1.1 漏液原因
图1a为改进前的活塞密封主视图, 在单体液压支柱活塞上安装有2道密封圈 (Y形密封圈和O形密封圈) , Y形密封圈是防止液体从活塞与油缸内径Ø100 mm处漏液, O形密封圈是防止活塞与活柱体内径Ø80 mm处漏液。在活塞上装2道O形圈, 内端O形圈起密封作用, 在活塞的前端Ø80 mm处;外端的O形圈起连接作用, 连接尺寸Ø82 mm。由于原密封形式的缺陷, 在装配活塞时, 内端的O形圈首先通过Ø82 mm处的沟槽Ø83.5 mm×6.5 mm, 如果安装不正, 容易将Ø80 mm处起密封作用的O形圈挂伤, 造成单体液压支柱漏液, 从而影响采煤工作面支柱的安全性和支护性能。活塞本身的强度和性能决定了它的重要性, Y形圈的槽和导向环槽的位置是由密封圈的性质决定的。因此, 只能对活塞的O形圈位置和结构进行重新设计, 避免在装配和使用过程中的支柱漏液现象。
1.2 结构改进
图1b为新型活塞密封装配的主视图, 新型活塞密封由活塞、活柱体、Ø80 mm处密封用O形圈、挡圈和连接用O形圈、Y形圈、导向环组成, 活塞上装有密封用、连接用O形圈, 密封用O形圈在连接用O形圈的后面。将Ø80 mm和Ø82 mm两种尺寸统一为Ø80 mm, 简化加工工序, 并且增加活柱体的壁厚, 从而增加活柱体的抗压强度。装配时, 密封用O形圈不经过Ø83.5 mm×6.5 mm与Ø80 mm尺寸配合装配成一体, 避免了密封用O形圈碰伤。由于将活柱体的单边厚度增加1 mm, 增加了其强度, 避免了安装过程中O形圈的损伤, 防止由于压力过大造成活柱体Ø80 mm变形漏液。
改进后的新型活塞适用于大倾角采煤工作面, 支柱活塞密封后, 增加了密封性能的可靠性, 减少了加工工序 (原2个台阶Ø80 mm、Ø82 mm, 改为Ø80 mm一个台阶) , 降低了加工成本, 提高了密封性能, 保证了正常生产。
2 底座体密封结构改进
2.1 漏液原因
原单体液压支柱底座结构如图2a所示, 支柱底座的密封圈在油缸的Ø100 mm处, Ø102 mm为定位尺寸。这样在装配时, 底座先通过Ø102 mm处装配到油缸底部, 支柱在采煤工作面顶板压力的作用下, 使油缸内产生向外的涨力。由于油缸外径属于自然状态, 顶板瞬间来压大于油缸缸体承受压力极限时, 油缸缸体底部变形, 形成喇叭口, 造成Ø102 mm定位尺寸失效, 从而导致了Ø100 mm处的密封失效漏液。焦煤集团井下采煤工作面漏液的单体液压支柱, 由于50%以上的油缸底部变形, 严重影响了采煤工作面支柱的安全性。底座体密封主要在油缸底部Ø100 mm处, 如增加油缸厚度, 势必会造成成本增加。经研究, 应从底座体上进行改进和设计, 防止外涨压力过大时对单体支柱油缸造成的影响。
2.2 结构改进
改进后的新型带卡箍底座体的装配如图2b所示, 它由底座、油缸、Ø100 mm处密封用O形圈、防挤圈和Ø102 mm处连接钢丝组成。为了防止油缸底部压力过大造成密封失效漏液, 在单体液压支柱的零件底座体上设计一个止口, 如果顶板压力过大, 底座体上的止口紧紧地包住油缸缸体的外径, 从而解决了油缸缸体底部变形的问题。在装配时, 卡箍Ø112 mm×3.5 mm内径与油缸底部的外径Ø112 mm×5 mm配合, 卡住油缸的外径, 防止由于压力过大造成油缸底部变形漏液。
3 结语
(1) 改进后的新型活塞和底座体从根本上解决了原活塞和底座体设计的缺陷, 简化了加工工序, 避免了在装配中造成密封件的损伤以及使用中压力过大造成活柱体和油缸底部变形漏液现象。
(2) 新型活塞和底座体自2005年投入使用以来, 井下支柱漏液状况大为减少, 保证了采煤工作面的正常生产, 降低了工人因支柱漏液上下搬运的劳动强度, 同时降低了维修费用, 为采煤工作面安全高效生产提供了可靠保证。
摘要：分析了DW型单体液压支柱漏液的原因, 通过对DW型矿用单体液压支柱的活塞和底座体结构改进, 提高了单体液压支柱的密封性能和强度, 减轻了工人劳动强度, 促进了煤矿安全生产, 提高了经济效益。
液压密封 篇7
随着煤矿综采液压支架的大规模的实施和发展, 安全阀能否在承受高压的情况下, 短时间及时充分稳定的卸荷直接影响支架的使用寿命和支护安全, 它不仅会损害密封件、管道和液压元件, 而且还会引起震动和噪声;有时使某些压力控制的液压元件产生误差。现有安全阀的密封可靠性较差, 阀芯与阀座之间的密封效果不理想, 阀芯表面设置的用于安装密封件的沟槽加工精度不易控制。另外, 阀壳内部的弹簧腔处于开放状态, 防尘、防水和防锈效果差, 减少安全阀的使用寿命。为了有效提高煤矿综采单位的问题, 我公司在针对传统产品密封机构及装配方式的基础上, 结合当前液压支架使用实际情况, 研制开发了该安全阀。
2 安全阀的设计内容
本项目为设计一种硬密封安全阀, 目的是提高密封可靠性。本项目的安全阀, 阀芯和阀座均采用金属材质制成, 阀芯与阀座之间实现小锥度金属环线硬密封接触, 密封可靠性大大提高, 密封性能好, 而且设置阀芯组件用于控制进液孔至排液孔的油路的通断, 可实现大流量溢流, 安全阀流量大大提高, 短时间的快速溢流可以缩小阀芯组件的轴向位移, 阀芯组件轴向位移缩小可以使复位弹簧的轴向形变减小, 最终可以降低压力波动。
3 附图说明
本说明书包括以下附图, 所示内容分别是:
图1 是本项目安全阀的剖视图;图2 是处于关闭状态时阀芯的受力示意图;图3 是阀芯对高压液体的反射示意图;
图中标记为:1、调压螺丝;2、复位弹簧;3、阀壳; 4、弹簧座;5、阀垫; 6、阀芯; 7、阀座;8、接头。
4 具体实施方式
对照附图, 通过对实施例的描述, 对本项目的具体实施方式作进一步详细的说明, 目的是帮助本领域的技术人员对本项目的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解, 并有助于其实施。
如图1 所示, 本项目安全阀中, 阀芯与阀座均采用金属材质制成, 当阀芯与阀座接触且将过液孔关闭时时, 阀芯与阀座之间实现硬密封, 也即圆环线密封, 相对于软材质的密封, 硬密封不仅密封性能好, 还能耐超高压, 可有效地延长密封副的使用寿命。
如图2 示, 阀芯6 具有对流向排液孔的油液起到反射作用的凹陷结构。凹陷结构为设置于阀芯6 的朝向进液孔的端面上的凹槽, 来自第一过液孔的高压液体在曲面上会分成轴向分力Fn和径向分力Fr, 分力Fr与在外圆和背面由支撑件产生的作用力Fa和Fb的共同作用下, 对接头密封部位产生挤压力, 并随液体压力增加而增大, 而端面为平面的阀芯就不能产生这样的效果, 因此相比较没有凹陷结构的阀芯, 能够承受更高的压力。
如图3 示, 当安全阀开启并大流量溢流时, 阀芯6 因内凹弧面的反射作用, 流动的高压液体在阀芯6 的中心区域产生无序紊乱流动, 这种无序紊乱流动的压力液体对阀芯6 接触面形成持续的压力作用, 使得阀芯6 稳定的压在背后的支撑面上, 保证溢流通道的开度不变, 解决安全阀开启后液流不稳定的问题, 保证安全阀在开启后系统压力平稳, 确保实现快速溢流。
5 技术内容
本项目主要适用于煤矿综采对于液压元件大流量和高可靠性要求, 同时实施和发展的标准项目产品围绕国家安全生产北京矿山支护设备检测检验中心出具的相关安全标准为基础展开。公司成立了研究开发小组, 从产品的安全性、稳定性、高寿命等用户关心的问题入手, 在结构设计、产品用材、配件选择、生产工艺等方面进行选择和创新, 在充分调查和对比分析的基础上, 组织技术人员分组试验, 确定了产品整体设计方案、主要部件生产工艺路线和工艺参数。在相关标准的指导下终于开发出符合国家安全标准认证要求的新型安全阀。
6 结束语
我公司的新型安全阀采用小锥度金属环线硬密封, 较传统橡胶密封结构大大提高了安全阀的耐用性能。采用单向阀式开启结构, 单位截面液流通径大, 从而减小了整个阀壳的直径, 阀壳体积小更紧凑。整体分别由接头、阀芯、阀座、弹簧、阀壳等零件组合而成, 零件数量少, 从而累计误差更少, 可靠性更高。该阀目前已经各项性能测试并已经成熟应用, 具有很好的市场开发优势和推广应用价值。
摘要：该文在对液压支架用安全阀在煤矿综采中的作用和使用的环境进行了简要的介绍之后, 详细地分析了该阀的结构特点、工作原理和设计过程。采用理论和实际相结合的方法, 成功地开发了一种新型大流量硬密封安全阀, 该安全阀已经大批量投入使用, 用户反应良好。
关键词：煤矿液压支架用阀,安全阀,溢流阀
参考文献
[1]王积伟.现代控制理论与工程[M].北京:高等教育出版社, 2003.
液压系统中O型密封圈的使用研究 篇8
搜索有关O型密封圈使用方面的文章，有些是使用者的经验，有些是归纳总结，对类似的设计与使用具有一定的指导作用。但仔细分析很多情况下具有一定的片面性。如引用标准不全面，只注意了沟槽的尺寸而忽略了配合件之间的公差;只强调了密封圈的压缩率，而不关心如压缩率对应密封圈断面之间关系、密封结构的尺寸公差、密封槽几何尺寸关系等。有的情况下可能当时解决了问题，但使用寿命和稳定性也会出问题。
解决液压系统的密封问题，还是要以设计手册为基础，研究基本的设计方法。这里以最常用的O型密封圈为例来说明。O型密封圈密封可靠，密封沟槽结构简单，易于拆卸，运动摩擦阻力小，被广泛采用。按照O型密封圈的密封机理，设计合理的沟槽结构与尺寸，控制合理的密封间隙，保证密封圈合理的压缩率、合理的内径拉伸率，这些都在国家标准中进行了规定。如国家标准中对密封圈的型式、尺寸及公差、优先选用系列、密封槽沟槽尺寸(深度与宽度等)、尺寸公差、密封沟槽的表面粗糙度等都做了严格的规定，这些都是我们设计的主要依据。
1 严格遵守设计规范
新的国家标准GB3452.1-1992与国际标准ISO36011-1988规定了通用O型橡胶密封圈的型式、尺寸及公差，并规定了优先选用系列;GB3452.2-1988中规定了O型橡胶密封圈型式及沟槽尺寸、O型橡胶密封圈沟槽尺寸公差、O型橡胶密封圈沟槽的表面粗糙度与密封挡圈的型式、尺寸和材料等。在设计过程中要十分注意标准中的关联性。
这里不对安装挡圈的情况进行分析，并且只研究活塞密封情况。为了便于说明问题，摘录部分相关标准(摘自GB3452.2-1988)。
在许多文章中，解决现密封问题时，只是注意了表1中的沟槽尺寸(少数也关注了表2的沟槽尺寸公差)，并严格保证了沟槽结构的合理性。但往往忽略了沟槽径向尺寸和缸体，柱塞或者缸杆的径向尺寸公差的相互关联(摘自GB3452.2-1988)。
通过以上标准的引入可以清楚地看出，沟槽尺寸公差，包括缸体内径和沟槽槽底直径公差，是很重要的。沟槽尺寸公差与缸体的内径尺寸公差相互关联。实际上，当选定了密封圈，沟槽槽底的直径公差决定了密封圈的拉伸率;而缸内径公差和表1中的沟槽深度与槽底直径的公差配合决定了密封圈的压缩率。这些都是设计时必须考虑的因素。当然，还有其它要考虑的因素，如各处的圆角和沟槽的粗糙度等。这是对于批量设计而言，如果是个体设计，可能由于加工精度达不到要求，公差值偏大，这时倒可以进行选配，保证其压缩率，当然内径拉伸率由于内径相对断面直径大很多，相对容易保证;这时要分析缸筒内径和活塞之间的密封间隙，间隙过大，密封圈容易挤入间隙咬伤，这时就要设计加支撑挡圈。
2 采用压缩率正确进行密封沟槽设计
按照设计规范进行设计，能够保证设计的合理性。现场或企业中往往采用密封圈的压缩率来进行设计，实际上这也是一种不错的方法，密封的机理也就在这里。密封槽的宽度一般取1.33倍的密封圈直径，这基本是人们的共识，通过表1摘录的数据中也能够计算出来，基本一致。密封圈的压缩率一般是一个区间，如10%～30%;如表1国标中情况经过计算大致是15%～21%这样的值(静密封时达到23%，这不包括加工精度允许的公差极限范围，那样范围更大一些)，这是一个较大的区间，很多文章中都这样引用，应该注意的是，绝不是保证压缩率在区间内就可以，仔细分析可以清楚看到压缩率的百分比是和密封圈的断面直径相对应的，如断面直径小的密封圈的压缩率大，断面直径大的密封圈的压缩率小，这是一个重要的规范。另外，应该在保证相互配合零件的加工尺寸精度(公差)的情况下，用密封圈的压缩率来进行设计。如果不注意表2的这些规定设计时同样会出差错。
3 采用O型密封圈的旋转密封
在一般情况下不建议O型密封圈应用在旋转密封中，这从设计手册中也能够看到，手册中在O型密封圈密封形式中介绍了活塞、活塞杆密封，轴向、径向密封有所规定。标准中提到活塞和活塞杆，当然是往复运动密封。没有它用在旋转密封中的标准。但有时不得已，也有很多使用的经验。旋转和滑动密封的对密封圈作用效果不同，这里要注意焦耳效应(有的文献称卡夫-焦耳效应)：处于拉伸状态的橡胶遇热产生收缩现象。O形密封圈用于旋转密封时，在接触处产生摩擦热，温度不断上升，O型圈的材料在高温下收缩，对轴抱得更紧。即产生密封圈“摩擦热→收缩→箍紧力增大→摩擦力增大→…”反复循环，大大加剧橡胶老化龟裂和磨损，导致密封失效。为此，一般将O形圈内径设计成与转轴直径相等或稍大一些(3%～5%)。在安装时使O形圈从外向里压缩，并将断面的压缩量也设计得小一些(约3%～8%)。温度升高后，密封圈膨胀，将轴抱紧，从而实现旋转轴的密封。这些都和滑动密封所有不同，应用时要特别注意。
4 采用O型密封圈的轴向静、动密封
O型密封圈使用在轴向密封中，按照标准介绍，沟槽宽度大于径向密封，深度小于径向密封。如对于断面直径为1.80mm的O型圈，沟槽宽度为2.6mm，沟槽深度为1.28mm;相应的活塞径向动、静密封的沟槽宽度为2.4mm，沟槽深度为1.42mm和1.38mm;活塞杆的沟槽深度为1.47mm和1.42mm。使用中发现，密封圈易老化，密封较快失效，分析的主要原因为其径向的压缩率大，密封圈产生永久性变形，易于老化。工厂中对受内部压力的轴向密封沟槽采用了如图1方式进行设计，取得了良好的效果。图1中的结构过于简单，这里不进行标注。在设计中，减小了沟槽宽度，加大了沟槽深度，具体采用了活塞静密封的沟槽尺寸，使密封圈的径向压缩率有所降低，其余的圆角情况不变化;另外采用内侧面低于密封面的设计方式，高度为0.2mm，液压油直接和密封圈的内侧相通，工作时液压力作用于密封圈，产生强制性自紧式密封作用，密封效果良好，密封圈的寿命成倍延长。
另外，机械设计手册的设计标准中没有提到这种径向密封的动密封情况。对于应用在有平动和绕回转中心旋转的动密封情况下这样做更有效，分析原因应该是这样的设计减小了密封圈的永久变形，保持了密封圈的弹性，并且运动摩擦产生的热量由油液带走，起到了冷却作用的缘故。
5 密封圈的特殊使用
以上分析的是通用O型密封圈的使用情况。目前我国的密封圈生产比较杂乱，执行的标准也有不同，同时也有一些在密封圈使用上的个体经验。这些不同的标准和个体经验扩大了密封圈使用的范围，在特殊领域和特定复杂条件下可以参照选用和设计，能够达到很多规范中达不到的效果。但实际应用时需要按照厂家的使用指导或规范来进行设计。
6 总结与建议
密封沟槽的尺寸和形状应该按照设计规范进行设计。由于部分密封圈生产不规范，常常使同样的设计获得的效果不同，这就要求密封圈生产厂家按照规范来进行生产。如果是专用或特定的情况，厂家应该给出密封圈的使用指导。
有人在文章中提出依据实际生产的密封圈的尺寸及公差来进行设计，这种削足适履的作法是不应该的。
对于O型密封圈的使用，笼统地给出压缩率范围，显得太粗糙。因为对于不同的密封圈直径、密封圈的公称直径等需要相关的较多规范条件。
特别注意O型密封圈应用在旋转密封中的使用设计原则，如果延用滑动密封标准，是不能获得良好密封效果的。
O型密封圈应用在径向端面密封时，压缩率考虑是否可以均匀些，不采用单向压缩率过大的沟槽形式，防止使密封圈永久变形大，易于老化,并对动密封等情况进行研究等。
摘要：O型密封圈因为其密封性能好,结构紧凑、使用寿命长、动摩擦阻力小以及制造简单、装拆方便、成本低等优点得到了广泛的应用。但在实际应用中,特别是非专业厂家人员常在利用设计资料时断章取义,基本的设计手册没有考虑一些特殊的使用条件,致使设计参考不充分,常常使密封设计和使用不合理。针对这个问题,文中提出了一些解决办法。
关键词：O型密封圈,国家标准,压缩率,滑动密封,旋转密封,轴向密封,焦耳效应
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格鲁夫起重机液压缸密封件的改进 篇9
1.液压缸筒2.锁紧螺母3.活塞4.双向密封圈5、8.衬环6、7.0形圈9.导向套10.隔套11、12、13.组合密封套
1. 原结构分析
支腿水平缸零部件结构及安装形式如图1所示。其中:双向密封圈4安装在活塞3上,主要用于密封液压缸的有杆腔和无杆腔,为动密封形式;衬环5主要用于保证活塞3与缸筒1的轴线一致,避免伸缩运动时发卡;O形圈6用于密封活塞杆与活塞连接的部位,是静密封;O形圈7与衬环8安装在导向套9上,用于密封导向套与缸筒连接处,属于静密封;组合密封11、12、13安装在导向套内,用于防止有杆腔液压油外漏,为动密封。
修理人员先对漏油比较严重的左前支腿水平缸进行了解体,解体后发现密封件4、12已严重损坏,无法使用,而其他密封件由于属于静密封,状况较好。后对其他3个液压缸进行解体检查,发现情况基本相同。
2. 改进方案
对照国产密封件的规格尺寸,首先确定缸筒内径部位的密封件。采用2个φ75 mm×5.7 mm的0形圈代替原双向密封圈4,用1个φ75 mm×5.7 mm的O形圈代替原O形圈7和衬环8。然后将活塞安装后进行压力试验,让无杆腔进油,待活塞运动到行程末端后逐步加压,压力每次以25%递增,直到达到额定压力的125%。通过观察5 min内的压降值,确定其符合液压缸的相关设计要求。
由于导向套内与活塞杆外表面接触部位采用的是组合密封,无法直接采用国产的标准密封件代替。通过分析决定:首先根据活塞杆外径选取符合要求的O形圈(Φ55mm×5.7 mm),然后结合密封圈及导向套内的尺寸,用尼龙棒加工了1个衬套(具体尺寸见图2,安装形式见图3)。尼龙衬套端部的0形圈主要用于防止液压油从衬套与导向套的接触面向外渗漏;中部的0形圈则为防止液压缸有杆腔液压油外漏。最后,对有杆腔加压,直至达到额定压力的125%。通过观察,未发现液压油有渗漏现象,且5 min内的压降值符合有关设计要求。
随后,我们对其他3个支腿水平缸也进行了解体、改进,并对每一个液压缸都进行了压力试验,结果均令人满意。
3. 改进效果