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解決方案
液壓支架缸柱密封材料、方案、生產(chǎn)工藝及安裝
發(fā)布日期:2015-2-4 瀏覽次數(shù):5625
一、密封件材料
1、丁腈橡膠和丁腈夾布橡膠密封。
丁腈橡膠的特點是具有優(yōu)異的彈性,耐多種液壓油、水和乳化液。一般而言,丁腈橡膠和丁腈夾布橡膠密封圈的硬度一般為邵氏50~85A,拉伸強度12~20MPa,承壓和耐磨性差、可靠性低。這就導(dǎo)致采用丁腈橡膠和丁腈夾布橡膠生產(chǎn)制造的液壓支架缸柱密封產(chǎn)品的使用壽命均較短。
2、聚氨酯材料。
聚氨酯材料與丁腈橡膠比較,具有更加優(yōu)良的機械物理性能,其拉伸強度、彈性模量、扯斷伸長率和耐磨性均是丁腈橡膠無法比擬的,其缺點是易水解。但是,隨著技術(shù)的進步,近20a來聚氨酯材料的抗水解能力大大提高。如聚醚型聚氨酯的抗水解性能優(yōu)良,實驗證明,PTMG作為預(yù)聚體的聚氨酯在常溫水中存放10a,其機械物理性能下降約5%。因此,耐水解聚醚型聚氨酯作為液壓支架缸柱密封材料,近幾年在國內(nèi)得到了大量的使用并得到了廣泛肯定。
二、密封形式的發(fā)展
針對密封材料的性能,新的設(shè)計理念已在密封件中應(yīng)用,稱之為組合密封。即在液壓支架缸柱密封件中,密封產(chǎn)品由多個零部件裝配組合而成,且各零部件為不同的材質(zhì),如活塞組合密封。活塞組合密封圈由采用不同密封材料的3部分組成。它利用不同材料性能互補的特點,使密封產(chǎn)品的密封性能達到單一材料無法達到的性能水平。實踐證明,采用多種材料的組合密封,性能可靠,使用壽命長,在高可靠性液壓支架缸柱中已得到廣泛使用。
三、密封方案分析
1、活塞密封
(1)、鼓型密封圈。如圖1a所示,產(chǎn)品上下兩端為丁腈夾布橡膠u型圈,中間為純丁腈橡膠材料。該結(jié)構(gòu)使用較早,使用的數(shù)量也多,但產(chǎn)品斷面大,拉伸后回縮性能不好,需采用開放式安裝溝槽。
(2)、山型密封圈。如圖1b所示,采用丁腈橡膠制造,其主要特點是:斷面小,在一個階段內(nèi)廣泛使用。但由于其斷面尺寸偏小,密封圈承壓能力不足,磨損也較快,目前使用量已很少。
(3)、活塞組合密封。組合密封圈由3部分組成,如圖1(c)所示,密封環(huán)(表面環(huán))、彈性體(預(yù)加載元件)和擋圈,三者共同組合成1個成套活塞組合密封。
圖1-活塞密封結(jié)構(gòu)形式
該活塞組合密封的密封環(huán)為耐水解聚醚型聚氨酯材料,彈性體為丁腈橡膠,擋圈為聚甲醛(POM)材料。密封環(huán)與千斤頂缸筒接觸,且與缸筒往復(fù)相對運動,要求有高的抗撕裂強度和好的耐磨性;彈性體為密封環(huán)提供安裝預(yù)壓縮應(yīng)力,進行初始加載,具有良好的回彈性和小的壓縮應(yīng)變;擋圈則防止密封環(huán)被擠入活塞與缸筒的間隙之中,保護密封環(huán)不被高壓破壞。它們?nèi)吖餐纹鹫麄活塞組合密封,以提高該組合密封的高壓密封性能,確保密封有較長的使用壽命。
丁腈橡膠彈性體作為加載元件,在活塞組合密封受到較高液壓力時,能增大活塞組合密封的密封環(huán)與缸筒的接觸應(yīng)力。一般而言,丁腈橡膠的泊松比A0.5,而聚氨酯的泊松比A0.47。根據(jù)彈性體的壓力傳遞系數(shù)可知,丁腈橡膠的彈性體的壓力傳遞系數(shù)1,聚氨酯的彈性體的壓力傳遞系數(shù)0.887,即丁腈橡膠比聚氨酯具有更優(yōu)良的壓力傳遞效果。圖1c所示的活塞組合密封,將丁腈橡膠與聚氨酯的性能進行優(yōu)化,使產(chǎn)品既具有良好的壓力傳遞能力,又具有良好的回彈性和耐磨性,具有自密封的特點,且比單一使用聚氨酯的鼓型圈的自密封效果好。
就活塞組合密封而言,由于彈性體丁腈橡膠的硬度為邵氏80A,聚氨酯密封環(huán)的硬度為邵氏95A,其設(shè)計的密封過盈量比單一使用聚氨酯的鼓型密封圈要大,因此其允許的液壓缸漲缸量也較鼓型密封圈的大,即其密封適應(yīng)能力比鼓型圈更好,其密封性能明顯優(yōu)于鼓型密封圈。
2、活塞桿密封
(1)、蕾型密封圈。如圖2a所示,具有耐壓高、防擠壓性能強、密封可靠的特點,但其成本高,使用數(shù)量較少,一般用于導(dǎo)向套密封。
(2)、組合密封。如圖2b所示,一般使用0型圈作預(yù)加載元件,加上密封外殼、擋圈組成。工作時橡膠密封圈因受壓縮產(chǎn)生的彈性預(yù)壓力將聚氨酯的外環(huán)緊貼缸筒(活塞桿),表面由抗磨性好的聚氨酯與其構(gòu)成密封,橡膠密封圈僅提供預(yù)緊力。
密封殼體由聚氨酯材料組成,彈性好,易安裝。橡膠加載元件使密封唇能夠在各種壓力條件下完全起作用,并減緩沖擊載荷對密封圈的沖擊。擋圈確保密封件在工作中承受側(cè)向載荷和極限壓力。
圖2-活塞桿密封結(jié)構(gòu)形式
四、密封件生產(chǎn)工藝及安裝
1、工藝
20世紀(jì)80年代末、90年代初,國內(nèi)密封件廠家采用澆鑄工藝生產(chǎn)液壓支架密封件,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式為鼓型、山型和蕾型,材料為聚氨酯。原材料質(zhì)量差,生產(chǎn)工藝落后,澆鑄模壓成型工藝不穩(wěn)定因素較多、質(zhì)量離散性大,尺寸隨時間變化量大。國產(chǎn)密封件質(zhì)量與液壓支架密封要求有較大差距,限制了聚氨酯密封圈的推廣。近年來,密封件生產(chǎn)廠家采用了先進的自動化加工設(shè)備和優(yōu)質(zhì)進口聚氨酯半成品材料,使用“無模車削”加工工藝,解決了上述問題,使聚氨酯密封件開始廣泛使用。
2、安裝
鼓型密封圈由于產(chǎn)品拉伸后回縮性能不好,安裝溝槽只能做成T形開放式溝槽。由于安裝溝槽寬且深,加工量較大,增加了制造成本,同時,由于各零件裝配過程中的累積誤差,造成活塞的整體精度有所下降。山型密封圈適用于整體式溝槽,但安裝時需使用特殊工具,安裝困難;钊M合密封可用于閉環(huán)結(jié)構(gòu)的整體式溝槽,溝槽一般較淺,活塞精度高,且活塞組合密封圈由3部分組成,分別采用不同的材料制造,安裝方便。
五、玖容小編結(jié)語
鼓型密封圈從液壓缸柱在支架上的安裝位置上來說,適用于對閉合長度無特殊要求的缸柱中,材料選用聚氨酯,以提高其密封可靠性;山型密封圈適用于安裝在結(jié)構(gòu)件之內(nèi)或空間位置有限的地方,如側(cè)推千斤頂?shù),可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢。但由于其磨損快等原因,除在這些場合外,其他場合已不使用;組合密封圈由于其結(jié)構(gòu)緊湊,密封性能可靠,適用于在液壓支架各缸柱中使用。
綜上分析,采用組合密封形式是提高液壓支架缸柱可靠性的有效途徑。①密封面使用優(yōu)質(zhì)聚氨酯材料,耐磨性好;②內(nèi)層用丁腈橡膠作預(yù)加載,與其他密封元件相比,保證在低壓時也能可靠密封。有沖擊載荷時,由于橡膠件的彈性好,使得聚氨酯與缸摩擦減小,外用聚甲醛擋圈可以防止密封圈擠出,延長了密封件使用壽命,提高了密封可靠性,縮短了密封失效的維護時間,提高了生產(chǎn)效率。