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液压元件/液力元件 |
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集密封与摩擦特性于一身的液压油缸活塞杆 |
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newmaker 来源：MM现代制造 |
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液压油缸的活塞杆集密封与摩擦特性于一身。理想的活塞杆密封并不存在，选用合适的密封材料，采用多元件组合密封系统能够很好地解决密封问题。
液压油缸的漏油和两个相互运动的部件之间存在的摩擦构成了影响质量的危害因素。由于活塞杆密封件是一个重要的部件，所以人们一直在寻求理想的密封产品（图1）。
即使是少量的液压油，也会对环境造成污染，所以对液压油缸进行严格密封是非常必要的。但是在实际工作中，当活塞杆伸出时，不可能完全阻止油的渗出。另外从技术角度，为了润滑密封件，需要在活塞杆上形成一层薄薄的油膜。为了达到完全密封，就需要使这层油膜在活塞杆缩回时完全退回到油缸里。
20世纪60年代中期，人们首次通过Reynold方程对密封间隙过程进行了描述。在运动方向上密封件与活塞杆之间的压力w越大，密封件上随动的油膜就越薄（图2）。为了在动态状态下达到完全的密封，必须在液压油一侧具有一个压力急剧上升的过程，这样，随活塞杆带出的油膜量就会比较薄。而在间隙一侧，为了使油膜很好地缩回，压力的上升则是越平稳越好。活塞杆和密封件之间的压力曲线主要由密封件边缘的几何形状决定。在液压油一侧使密封件边缘陡一些，而在间隙一侧使密封件边缘平缓一些，这样有利于实现理想的压力变化曲线（图2）。
PUR和PTFE的优势
为了长时间地达到良好的密封效果，需要选用耐磨和抗变形的密封材料，即使在较高的压力和温度下也应该如此。目前人们大多使用聚氨酯（PUR）和充填型PTFE材料。聚氨酯非常耐磨和耐变形。PTFE在高温条件下的化学耐受力很强，所以也可优先选用。目前还没有更理想的密封材质。针对制动液，除了PTFE之外，还可以使用费用更低的EPDM弹性材料进行密封，而不用PUR。
为了对密封特性进行检测，需要一些不同的检测和测量装置。斯图加特大学机械元件学院可以对密封材料的摩擦和密封以及耐磨特性进行测定。该学院也具备相应的评定密封断面和活塞杆及密封件表面的检测设备。检测工作结果表明，作为活塞杆的密封件，不同的材质和不同的密封形状均有其不同的适用性。
聚氨酯槽型密封环价格较低，可被用作通用型密封件。它可用于40MPa的压力、0.5m/s的活塞杆运行速度和30 ～ 100℃的使用温度条件，但是这些数值为极限数值，不得同时存在。PUR密封环具有良好的密封性能，但是它的摩擦性也比较强。当压力达到6MPa以后，它就与活塞杆的整个长度L发生接触（图3），这样会导致很大的摩擦。对此，可以对其背面的结构进行改造，来改善这种情况。
图3 PUR槽型密封环（a）具有良好的密封性能，但是也有很强的摩擦性。
从6MPa的压力起，它就与活塞杆的整个长度L（b）发生接触（红色表示内应力增加）
机械元件学院参与开发的分级密封件具有耐温性好和摩擦性低的特点，它可被用来对液压油进行密封。据厂家所提供的详细数据，它的使用温度可以为-45～200℃，压力可以达到80MPa，活塞杆的速度可以达到15m/s。对于PTFE分级密封环的较低的弹性，可以采用弹性O形环进行补偿。这种密封环具有良好的伸缩性（图4）。
图4 PTFE分级密封环与弹性O形环的结合使用。
PTFE分级密封环的较低的弹性可以通过弹性O形环得到补偿
充填有PTFE材质的分级密封环的摩擦特性明显要低于PUR槽形密封环，它不会导致活塞脉冲式的滑行。PTFE分级密封环适用于活塞杆需要准确定位的工作场合，但是与PUR密封件相比，这种密封件的缺点是漏油比较严重。要达到不漏油的密封状态，可以使用两个前后联装的密封件。当压力较高时，两个联装的密封件的摩擦性就要低于PUR密封件。在压力处于25MPa以下的允许值、活塞速度达到5m/s、温度处于30～100℃时，PUR密封环没有像PTFE密封环那样达到了极限工作条件，它的密封性更好，所以在采用双密封法时，适合作为第二个密封件来使用。
多元件组合的优点
采用多元件组合密封系统（密封、防尘和导向）可以达到液压活塞杆所需的密封条件。但使用多元件密封系统的难点是要把各个密封元件相互调整好。如果密封元件相互没有组合好，则会导致大量漏油、使用寿命短和摩擦大的后果。
活塞杆表面是会对密封部位产生影响的一个重要影响因素。它不得产生剥离性作用，同时又要具备一定的粗糙度，以吸附润滑剂和构成良好的摩擦特性。为了实现这一点，密封件生产厂家都要求活塞杆表面的粗糙度Ra要达到0.05～0.50μm，Rmax和Rt要达到0.80~2.50μm，还要具备一定的载重比例Rmr。
在对合适的活塞表面的描述和确定方面，还有不少研究工作需要去做。在实现可接受的密封方案之前，即使活塞达到了相应的表面质量要求，也还会出现密封磨损和失灵等情况。
在液压油缸的密封问题上，人们目前还是处于摩擦、密封和成本之间的一种妥协境地。如果把常见的密封元件运用得好，还是能够很好地解决密封问题的。(end)
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(5/29/2010) |
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