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解決方案
液壓支架缸柱密封材料、方案、生產工藝及安裝
發布日期:2015-2-4 瀏覽次數:5500
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。這就導致采用丁腈橡膠和丁腈夾布橡膠生產制造的液壓支架缸柱密封產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良,實驗證明,PTMG作為預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,近幾年在國內得到了大量的使用并得到了廣泛肯定。
二、密封形式的發展
針對密封材料的性能,新的設計理念已在密封件中應用,稱之為組合密封。即在液壓支架缸柱密封件中,密封產品由多個零部件裝配組合而成,且各零部件為不同的材質,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。該結構使用較早,使用的數量也多,但產品斷面大,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(表面環)、彈性體(預加載元件)和擋圈,三者共同組合成1個成套活塞組合密封。
圖1-活塞密封結構形式
該活塞組合密封的密封環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。密封環與千斤頂缸筒接觸,且與缸筒往復相對運動,要求有高的抗撕裂強度和好的耐磨性;彈性體為密封環提供安裝預壓縮應力,進行初始加載,具有良好的回彈性和小的壓縮應變;擋圈則防止密封環被擠入活塞與缸筒的間隙之中,保護密封環不被高壓破壞。它們三者共同支撐起整個活塞組合密封,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與缸筒的接觸應力。一般而言,丁腈橡膠的泊松比A0.5,而聚氨酯的泊松比A0.47。根據彈性體的壓力傳遞系數可知,丁腈橡膠的彈性體的壓力傳遞系數1,聚氨酯的彈性體的壓力傳遞系數0.887,即丁腈橡膠比聚氨酯具有更優良的壓力傳遞效果。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化,使產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,聚氨酯密封環的硬度為邵氏95A,其設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,即其密封適應能力比鼓型圈更好,其密封性能明顯優于鼓型密封圈。
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,使用數量較少,一般用于導向套密封。
(2)、組合密封。如圖2b所示,一般使用0型圈作預加載元件,加上密封外殼、擋圈組成。工作時橡膠密封圈因受壓縮產生的彈性預壓力將聚氨酯的外環緊貼缸筒(活塞桿),表面由抗磨性好的聚氨酯與其構成密封,橡膠密封圈僅提供預緊力。
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向載荷和極限壓力。
圖2-活塞桿密封結構形式
四、密封件生產工藝及安裝
1、工藝
20世紀80年代末、90年代初,國內密封件廠家采用澆鑄工藝生產液壓支架密封件,產品結構形式為鼓型、山型和蕾型,材料為聚氨酯。原材料質量差,生產工藝落后,澆鑄模壓成型工藝不穩定因素較多、質量離散性大,尺寸隨時間變化量大。國產密封件質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,密封件生產廠家采用了先進的自動化加工設備和優質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合密封可用于閉環結構的整體式溝槽,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構件之內或空間位置有限的地方,如側推千斤頂等,可以發揮其結構緊湊的優勢。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構緊湊,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密封面使用優質聚氨酯材料,耐磨性好;②內層用丁腈橡膠作預加載,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,提高了生產效率。
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