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2024-12-23
作者：馬明東
流體工程的魯棒性一個(gè)重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)決定于密封系統(tǒng)。在密封系統(tǒng)中，密封元件的選擇以及各形式的密封件組合一起配合使用的合理性，將直接影響到液體工程的安全性，可靠及壽命等性能。流體工程對(duì)密封系統(tǒng)的四大要素：壓力、速度、溫度、壽命。
密封元件對(duì)其配合摩擦副四項(xiàng)要求：表面粗糙度，表面硬度、幾何精度、密封件應(yīng)用配合間隙及配合公差。
一位有技術(shù)能力的油缸設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)油缸時(shí)首要考慮是油缸設(shè)計(jì)壽命，也須考慮到外在因數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)壽命的影響，考慮性能與造價(jià)比，考慮最佳的機(jī)械加工及裝配工序。按照油缸的工作壓力、運(yùn)動(dòng)速度、耐壓力、耐壓力沖擊系數(shù)、耐磨損性能、運(yùn)行環(huán)境因素、承受徑向載荷能力、泄漏量、密封件與摩擦副總運(yùn)行有效內(nèi)長(zhǎng)度、等12項(xiàng)條件選擇密封件。
1、運(yùn)動(dòng)速度
速度是選擇密封件必須考慮的因素，我們將速度分為三級(jí)：低速0~0.8m/s；常速0.8~2m/s；高速2~5m/s。速度的極限即受到溫度的限制，因?yàn)樗俣鹊奶嵘詈蠖細(xì)w結(jié)唇口溫度的提高，唇口對(duì)溫度的承受力。
運(yùn)動(dòng)速度很低（0.03m/s）時(shí)，要考慮設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性和是否出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)速度很高（＞0.8m/s）時(shí)，起潤(rùn)滑作用的油膜可能被破壞，密封件因得不到很好的潤(rùn)滑而摩擦發(fā)熱，導(dǎo)致壽命大大減小，建議聚氨酯或橡塑密封件在0.03m/s~0.8m/s速度范圍內(nèi)工作比較適宜。在超高速狀態(tài)下要注意的幾個(gè)因素：
⑴金屬材料性能與摩擦表面粗糙度
⑵缸桿的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的不同軸承度
⑶介子的溫度
⑷唇口的潤(rùn)滑狀態(tài)
1.溫度
低溫會(huì)使聚氨酯或橡塑密封件唇口冷凍而變脆易碎、彈性降低，造成泄漏，甚至整個(gè)密封件變得發(fā)硬變脆。高溫會(huì)使密封件體積膨脹，變軟，造成運(yùn)動(dòng)時(shí)密封件摩擦阻力迅速增加和耐壓能力降低，建議聚氨酯或橡塑密封件連續(xù)工作溫度范圍-10°c~+80°c。如果提高運(yùn)動(dòng)速度，不佳的表面粗糙度，不良的潤(rùn)滑，這些可以產(chǎn)生摩擦發(fā)熱，使唇部的溫度上升到超過(guò)介子的溫度。
2.工作壓力
油缸有啟動(dòng)壓力、工作壓力、沖擊壓力。最低啟動(dòng)壓力是隨著缸徑與使用壓力條件而設(shè)定。低壓工作須選用低摩擦性能、啟動(dòng)阻力小的密封件。在工作在25bar以下，聚氨酯密封件并不適合。高壓時(shí)要考慮密封件受壓變形的情況，需要防擠出支承環(huán)，溝槽加工精度及間隙也要有特殊要求，對(duì)溝槽對(duì)稱兩側(cè)臂面及臺(tái)階邊角粗糙度設(shè)有嚴(yán)格要求。此外，不同材質(zhì)的密封件具有不同的最佳工作壓力范圍。對(duì)于聚氨酯密封件的最佳壓力范圍為25~315bar。如需增加抗壓能力，可采用強(qiáng)度高的PTFE背托環(huán)及獨(dú)特的唇口設(shè)計(jì)，使之可以增加承受一定的壓力。溫度、壓力對(duì)密封性能的影響是互相關(guān)聯(lián)的，因此要做綜合考慮。
3.工作介子
除了嚴(yán)格按照生產(chǎn)廠家的推薦工作介質(zhì)外，保持工作介質(zhì)清潔至關(guān)重要。油液老化或污染不僅會(huì)使系統(tǒng)中的元件發(fā)生故障，加快密封件老化和磨損，而且其中的臟物可劃傷或嵌入密封體內(nèi)，油缸中殘留的空氣經(jīng)高壓壓縮會(huì)產(chǎn)生高溫使密封燒壞，甚至炭化。為避免這種情況發(fā)生，在液壓系統(tǒng)運(yùn)行初始時(shí)，應(yīng)進(jìn)行排氣處理。液壓缸也應(yīng)在低壓緩慢運(yùn)行數(shù)爭(zhēng)鐘，確認(rèn)已排出缸內(nèi)空氣，方可正常工作。
4.側(cè)向負(fù)載
為了保證油缸在工作最大載荷時(shí)，不發(fā)生側(cè)向負(fù)載，油缸在設(shè)計(jì)、加工時(shí)就要考慮到重載荷狀態(tài)下所要發(fā)生的“不同軸度”對(duì)油缸、對(duì)密封件影響。如果是工程機(jī)械油缸，建議把活塞設(shè)計(jì)成弧面活塞，活塞上至少使用4道導(dǎo)向帶，要用兩種厚度導(dǎo)向帶，厚度大的導(dǎo)向帶放置在活塞左右兩側(cè)，導(dǎo)向帶寬度選用“b”寬為最佳，必要時(shí)可用金屬環(huán)，弧面柱塞在發(fā)生偏載時(shí)，能防止產(chǎn)生拉傷缸筒情況。在設(shè)計(jì)有固定缸筒結(jié)構(gòu)的工業(yè)用重載、長(zhǎng)行程油缸時(shí)，活塞設(shè)計(jì)是長(zhǎng)尺寸直柱型活塞以利導(dǎo)向，減少發(fā)生偏載，加外，缸頭內(nèi)至少要用6道導(dǎo)向帶，活塞靠近缸桿端須有4道以上導(dǎo)向帶、活塞另外一端須有2道導(dǎo)向帶。油缸使用壽命取決于導(dǎo)向帶配合間隙及承載能力，這些因素都嚴(yán)重影響密封件性能。
5.壓力沖擊
產(chǎn)生壓力沖擊因素很多，例如一臺(tái)挖掘機(jī)在正常作業(yè)抬起大臂時(shí)，外來(lái)的石頭鍘到挖掘機(jī)大臂時(shí)。吊機(jī)在吊重時(shí)，重物所產(chǎn)生的抖動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生對(duì)油缸的一個(gè)很大的沖擊，除外在因素外，對(duì)于高壓大流量液壓系統(tǒng)，執(zhí)行元件換向時(shí)，如果換向閥性能不佳或設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，都很容易產(chǎn)生液壓沖擊，液壓沖擊產(chǎn)生瞬間高壓可能是系統(tǒng)正常工作壓力的幾倍，這樣高的壓力在極短時(shí)間內(nèi)會(huì)將密封件件擠入間隙內(nèi)或撕裂密封唇口，造成密封件嚴(yán)重?fù)p壞。一般有液壓沖擊的油缸就在活塞上安裝緩沖環(huán)和支承環(huán)。緩沖環(huán)在密封件的前面吸收大部分沖擊壓力，支承環(huán)防止密封件根部在高壓下被擠入間隙，造成撕裂損傷。
6.密封件安裝
⑴在密封件安裝前，須檢查 缸頭內(nèi)溝槽及活塞各臺(tái)階、溝槽表面粗糙度，不得有銳角、毛刺、碰傷。檢查主密封溝槽底徑公差帶，溝槽尺寸和精度要符合密封件的幾何標(biāo)準(zhǔn)要求。導(dǎo)向帶溝槽寬度與導(dǎo)向帶緊密配合不得出現(xiàn)疏松缺陷。確保缸筒內(nèi)密封件滑入倒角尺寸長(zhǎng)度及粗糙度。確保在安裝密封件過(guò)程中金屬邊角不會(huì)對(duì)密封件造成任何形式的損壞。
⑵油缸密封安裝要求有一個(gè)清潔環(huán)境，確保裝配件安裝清潔，安裝時(shí)，注意辨別密封件朝向，避免出現(xiàn)安裝方向錯(cuò)誤導(dǎo)致裝配失敗。溝槽內(nèi)安裝密封件時(shí)，不準(zhǔn)動(dòng)用金屬工具，防止對(duì)密封件表面損傷。
⑶安裝密封件時(shí)，只能在金屬表面涂少量潤(rùn)滑脂，以利于安裝，但橡膠彈性和滑動(dòng)密封環(huán)之間須無(wú)油裝配，密封件表面上殘留潤(rùn)滑脂，會(huì)影響密封性能。
⑷不管是立式還是臥式安裝都應(yīng)保持活塞與缸筒的同軸度，過(guò)大的偏心會(huì)損壞密封件。代有內(nèi)螺紋的缸筒裝配活塞時(shí)，必須要應(yīng)用導(dǎo)向套工裝裝配。立式裝配油缸時(shí)，活塞進(jìn)入缸筒后，不準(zhǔn)出現(xiàn)活塞桿自由落體，速度過(guò)快會(huì)損壞密封件。
來(lái)源：新液壓
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