液压缸距一阶式组合密封系统及其在汽车起重机上的应用

液压缸距一阶式组合密封系统及其在汽车起重机上的应用 液压缸距一阶式组合密封系统及其在汽车 起重机上的应用 液压缸矩一阶式组合密封系统 及其在汽车起重机上的应用 浦沅i程机械总厂段梅芳 摘要对液压矩一阶式组合密封系统厦其在汽车超重机上的应用进 行了研究.矩——阶式组合密封 系统的应用能大大提高液压缸综告密封性能’该密封系统不但适用 于往复运动液压缸,而且还适用于静 压支承液压缸 叙词;液压缸组合密封汽车起重札应用 液压缸的工作性能很大程度取决于其密封 系统的好坏,而密封系统的密封能力又与构成 该系统的密封件的性能及组合形式密切相关. 随着橡胶密封件的出现,液压缸密封系统已完 垒走出了过去那种以皮制密封件为主要密封件 的密封模式.然而,多年的实践证明,由于其 运动摩擦系数大,与金属材料接触时粘附性强, 且易于磨损,老化,挤出和扭曲破坏等因素, 大大制约着密封系统的进一步发展 随着汽车起重机不断向高性能,高参数方 向发展,研究与应用新的高性能密封系统,不 仅意义重大,而且势在必行.在我国现有的基 本条件下,究竟应当如何发展我国的汽车起重 机液压缸密封系统,一直为人们所注目.我们 从工程实际出发,结合国情厂况,进行了几年 的研究与试验,目前,液压缸矩一阶式组合密 封系统(以下简称系统)已广泛应用于我厂汽车 起重机液压缸上,并已通过省级鉴定. l系统构成 系统由活塞密封系统及活塞杆密封系统共 两个子系统构成,见图l. 从系统关系图不难看出,密封型式可以根 据实际需要在系统内进行组合,图2就是该系 统的组合型式之一 一 28一 藏压缸矩一阶式 组合密封蒹统. l截面为矩形的滑环 f矩形封{ 活塞密封系统{【.形密封圉 1支承强 r截面为阶梯形的精环 f,I…活塞杆密封系统《Y形强 1防尘圈 目 圉I系统关系圉 2系统特点及密封原理 2.1多级密封原理 活塞杆相对运动部位的密封较高,且 对速度变化的反应比较敏感.这就要求杆部密 封系统的设计必须可靠,需要采用多级密封. 该多级密封由一个阶梯封和一个Y形圈串装, 系统组合型式之一 工程机械,1992(2) 再加一道双唇防尘圈和数道非金属支承圈组 成.其密封原理如下; 首级密封为阶梯封.滑环的阶梯形状结构, 决定了当杆向低压侧运动时,在接触区高压侧 有很大的压力梯度,保证了活塞杆伸出行程带 出的油膜很薄;而在低压侧有小的楔角,使压 力分布变化平缓.当活塞杆返回行程时,由于 动力楔劈作用,使油膜容易反泵回缸内?. 然而,一级密封并不能完垒防止外漏0】, 我们试验测试的结果也证实了这点,表1为试 验结果. 表1一级密封试验结果及对比 一个阶梯封=个阶梯封一个阶梯封 密封安装情况串装加一个Y形 目(二级密(一级密封)(=级密封) 封) 一 万次往复循有渗堀渗堀不成滴无渗漏 环试验结果 在首级密封后,串装Y形圈.利用其唇口 接触密封,优越的柔韧性使其具有很好的拭油 性,在较低压力(10MPa以下)时,密封性能 好,摩擦阻力小,中问凹槽具有储油,储能 作用.这些特征正是次级密封所必备的. 压力油经首级密封后,压力下降,虽有渗 漏,但量少.利用酋级密封的泵吸作用和次级 密封特点,可以达到有效密封,再加上双唇防 尘圈的作用,系统的密封性能是显而易见的. 数道非金属材料制作的支承圈,其作用有 三点; (1)导向支承作用,抵消径向载荷,使密 封压力分布均匀,提高密封性能} (2)保证密封不受污染和破坏; (3)非常耐磨的特性可避免活塞杆和缸壁 (在活塞密封处)表面被拉伤. 2.2具有适用于静压支承液压缸的密封特点 液压缸处于静压支承状态时,活塞密封部 位结合面之间不存在相对运动,可视这时的密 封装置为静密封装置,活塞处的矩形封近似于 静压密封. 工程机械,1992(2) 由静密封机理可知,固定结合面之间往往 因间隙或表面粗糙度形成的众多微小凹隙而有 了泄漏的通道,在两腔压力差作用下,就形成 泄漏.如果结合表面为理想的镜面结合,实现 100%的接触,并施加一定的密封压力以抵消油 液压力,保证结合面不分离,那么在结合面之 间无需任何密封件,也不会泄漏——这显然在 工程实际中难以实现. 事实上,结合面之间必须装备密封件才能 密封.实现密封的条件可概述为:(1)密封件变 形滑移,以填充结合表面的凹隙和间隙;(2)密 封件与密封表面之间有足够的密封压力,确保 在液压介质怍用下不分离. 矩形封能很好地满足上述两个基本条件. 逸是因为;(1)矩形封的滑环材料(填充聚四氟 乙烯)大分子间相互吸引力jJ-,t4J,硬度适中,可 塑性好,在外力作用下易变形滑移,填充结合 表面的微小不平,特别是,当结合表面不平度 在O.1,O.4,am时,该材料很易在结合表面因自 磨耗而复上一层薄膜,从而使结合面的接触变 成自身的接触,贴合更加紧密.缸筒内表面作 为结合表面,其粗糙度规定为Ra=0.4恰好处 于这一特例中.如果再把滑环尺寸合理设计这 一 点考虑进去,就更能满足上述特例的要求. (2)滑环借助橡胶O形圄的压缩反弹力,紧压在 绪合表面上,产生密封压力.靠合理的结构设 计ISB8354 最低启动压力 0.05,0.0670.80.80.8(MPa) 负载效率00(合格品) ()?95无规定值>9092(一 等品) 内泄漏0.033(1) (mL110mrn)0(2)4.44.49 外渗漏 (mL/l00m)0无规定值0.040.18 在试验条件下,请满载工况,速度不当请塞行程?500在试验条件下,请 塞累计换向40万改,低于0.1mm/s垒行程mm时,累计换向改塞移动距离300km, 耐久性总行程520km,运行往复动作50km,或往数?30万次(一等不得产生松动,永久 正常,渗漏不成漓,复动作2O万次,运行品),垒部零件不得有变形,异常磨损等现 垒部零件无破坏和异正常.破坏和影响正常使用象. 常现象.的异常现象 注:(I)耐压试验时的铡试值 {2)耐久性试验后的复试值 应尽可能提高圆柱结合面的几何精度(圆柱 度),使圆环缝隙尽可能不偏心. 3试验研究 为了让矩一阶式组合密封系统在汽车起重 机上发挥最大作用,必须对其实际使用性能进 行深入,全面地研究. 3.1定型试验 矩一阶式组合密封系统作为一种新的密封 型式,是否具有持久的生命力,将直接制约其 自身的发展.因此,我们在决定采用本文所述 的密封结构形式时,对该系统及只有一个阶梯 封的型式,两个阶梯封串装的型式等多种结构 型式,进行了对比试验,见表1,而被试密封 件有从国外进口的,也有国产的.对结构尺寸 和压缩量也取了不同的数值. 综合考虑各种密封型式的密封性能及经济 性,我们选取了矩一阶式组台密封系统. 3.2系统试验 一 30一 按照JB/JQ20302标准的要求和方法,在 由微机采集数据的液压缸试验台上,对该系统 进行了各性能及耐久性试验. 系统垒部采用国产密封件,试验结果见表 2. 从表2可知,系统主要密封技术指标均优 于国家有关标准和日本相应标准的规定.其中 耐久性试验活塞累计换向40万次,总行程520 km,运行正常,外渗漏为零. 耐久性试验后,进行了内泄漏复试.在2O MPa压力下,经24h后测量,内泄漏为零.解 体检查,各密封件完好,磨损量微少. 4在汽车起重机上的首次应用 在室内模拟台架试验获得成功的基础流量 当速度要求变化时,只控制发动机油门大 小和双泵分级,可满足供油要求.为容积调速 系统无溢流.这时系统的效率只考虑液压泵的 机械效率和内泄流量. 即 疆 泵机械取0.85(CBZ泵)( 泵的内泄漏量,设计时是采用容积效率计 算. P容=0.g49 =.-895 本回路设计匹配时无溢流,系统的油温发 热只取决于系统阻力损失产生的热量,这部分 较小.本系统用于石油工业测量油气井专用工 程车钢绳起升速度液压控制部分(=0.15, 0.37re~s). 由于行走机械油箱容量不可能过大,而系 统连续工作时问较长,设计时回油部分采用了 BSR-100板翅式微型散热器,经使用证明,关 闭散热器使用时,系统油温仍在规定范围之内. 参考文献 1张博.高效液压系统设计.液压与气动,1990(2) 2马永辉等.工程机械液压系统设计计算.北京: 机械工业出版社,1985.3 3傅之荣.cBZ2系列高压齿轮泵的设计研制.液 压工业,1986(4) (上接第30页) 试验例1.QYI2变幅缸,按专业标准作业 可靠性试验规范规定的工况进行了2400次循 环的带载连续试验,试验整个过程,外渗漏无 滴油现象,试验终了无内泄漏. 试验例2.QY16起重机的变幅,伸缩,支 隆液压缸垒部装备了该系统,国家质量监督检 测中心,对其进~TO5Oo次循环的强化考核试 验,三种液压缸始终外泄漏为零.之后,复铡变 幅和支隆液压缸,因内泄漏引起的活塞杆回缩 量(15min内,变幅缸为0.5mm,支隆缸为0.01 ram),完垒满足汽车起重机和轮胎起重机质量 一 32一 分等规定的优等品回缩量(?2mm/15min)的 要求解体检查变幅缸,各密封件完好无损. 参考文献 l赵振铎.双重阶梯形滑环组台密封的原理探讨 工程机械,1991(3) 2MiillerHKandMessnerN.往复运动轴用聚 四氟乙烯密封.润滑与密封,i988(2) 3胜帆,罗志骏编.液压技术基础.北京:机械工 业出版社,1999 4沈锡华编.密封材料手册.北京:中国石化出版 社,1991 5何大钧,壬孝培编.液压泄漏控制.重庆t科学 技术文献出版社重庆分社,1989 工翟机械,l992(2)