2024-12-23
作者：馬明東
流體工程的魯棒性一個重要的基礎環節決定于密封系統。在密封系統中，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。流體工程對密封系統的四大要素：壓力、速度、溫度、壽命。
密封元件對其配合摩擦副四項要求：表面粗糙度，表面硬度、幾何精度、密封件應用配合間隙及配合公差。
一位有技術能力的油缸設計師在設計油缸時首要考慮是油缸設計壽命，也須考慮到外在因數對設計壽命的影響，考慮性能與造價比，考慮最佳的機械加工及裝配工序。按照油缸的工作壓力、運動速度、耐壓力、耐壓力沖擊系數、耐磨損性能、運行環境因素、承受徑向載荷能力、泄漏量、密封件與摩擦副總運行有效內長度、等12項條件選擇密封件。
1、運動速度
速度是選擇密封件必須考慮的因素，我們將速度分為三級：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，因為速度的提升最后都歸結唇口溫度的提高，唇口對溫度的承受力。
運動速度很低（0.03m/s）時，要考慮設備運行的平穩性和是否出現爬行現象，運動速度很高（＞0.8m/s）時，起潤滑作用的油膜可能被破壞，密封件因得不到很好的潤滑而摩擦發熱，導致壽命大大減小，建議聚氨酯或橡塑密封件在0.03m/s~0.8m/s速度范圍內工作比較適宜。在超高速狀態下要注意的幾個因素：
⑴金屬材料性能與摩擦表面粗糙度
⑵缸桿的靜態或動態的不同軸承度
⑶介子的溫度
⑷唇口的潤滑狀態
1.溫度
低溫會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，甚至整個密封件變得發硬變脆。高溫會使密封件體積膨脹，變軟，造成運動時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工作溫度范圍-10°c~+80°c。如果提高運動速度，不佳的表面粗糙度，不良的潤滑，這些可以產生摩擦發熱，使唇部的溫度上升到超過介子的溫度。
2.工作壓力
油缸有啟動壓力、工作壓力、沖擊壓力。最低啟動壓力是隨著缸徑與使用壓力條件而設定。低壓工作須選用低摩擦性能、啟動阻力小的密封件。在工作在25bar以下，聚氨酯密封件并不適合。高壓時要考慮密封件受壓變形的情況，需要防擠出支承環，溝槽加工精度及間隙也要有特殊要求，對溝槽對稱兩側臂面及臺階邊角粗糙度設有嚴格要求。此外，不同材質的密封件具有不同的最佳工作壓力范圍。對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，可采用強度高的PTFE背托環及獨特的唇口設計，使之可以增加承受一定的壓力。溫度、壓力對密封性能的影響是互相關聯的，因此要做綜合考慮。
3.工作介子
除了嚴格按照生產廠家的推薦工作介質外，保持工作介質清潔至關重要。油液老化或污染不僅會使系統中的元件發生故障，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，油缸中殘留的空氣經高壓壓縮會產生高溫使密封燒壞，甚至炭化。為避免這種情況發生，在液壓系統運行初始時，應進行排氣處理。液壓缸也應在低壓緩慢運行數爭鐘，確認已排出缸內空氣，方可正常工作。
4.側向負載
為了保證油缸在工作最大載荷時，不發生側向負載，油缸在設計、加工時就要考慮到重載荷狀態下所要發生的“不同軸度”對油缸、對密封件影響。如果是工程機械油缸，建議把活塞設計成弧面活塞，活塞上至少使用4道導向帶，要用兩種厚度導向帶，厚度大的導向帶放置在活塞左右兩側，導向帶寬度選用“b”寬為最佳，必要時可用金屬環，弧面柱塞在發生偏載時，能防止產生拉傷缸筒情況。在設計有固定缸筒結構的工業用重載、長行程油缸時，活塞設計是長尺寸直柱型活塞以利導向，減少發生偏載，加外，缸頭內至少要用6道導向帶，活塞靠近缸桿端須有4道以上導向帶、活塞另外一端須有2道導向帶。油缸使用壽命取決于導向帶配合間隙及承載能力，這些因素都嚴重影響密封件性能。
5.壓力沖擊
產生壓力沖擊因素很多，例如一臺挖掘機在正常作業抬起大臂時，外來的石頭鍘到挖掘機大臂時。吊機在吊重時，重物所產生的抖動，會產生對油缸的一個很大的沖擊，除外在因素外，對于高壓大流量液壓系統，執行元件換向時，如果換向閥性能不佳或設計不當時，都很容易產生液壓沖擊，液壓沖擊產生瞬間高壓可能是系統正常工作壓力的幾倍，這樣高的壓力在極短時間內會將密封件件擠入間隙內或撕裂密封唇口，造成密封件嚴重損壞。一般有液壓沖擊的油缸就在活塞上安裝緩沖環和支承環。緩沖環在密封件的前面吸收大部分沖擊壓力，支承環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 缸頭內溝槽及活塞各臺階、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準要求。導向帶溝槽寬度與導向帶緊密配合不得出現疏松缺陷。確保缸筒內密封件滑入倒角尺寸長度及粗糙度。確保在安裝密封件過程中金屬邊角不會對密封件造成任何形式的損壞。
⑵油缸密封安裝要求有一個清潔環境，確保裝配件安裝清潔，安裝時，注意辨別密封件朝向，避免出現安裝方向錯誤導致裝配失敗。溝槽內安裝密封件時，不準動用金屬工具，防止對密封件表面損傷。
⑶安裝密封件時，只能在金屬表面涂少量潤滑脂，以利于安裝，但橡膠彈性和滑動密封環之間須無油裝配，密封件表面上殘留潤滑脂，會影響密封性能。
⑷不管是立式還是臥式安裝都應保持活塞與缸筒的同軸度，過大的偏心會損壞密封件。代有內螺紋的缸筒裝配活塞時，必須要應用導向套工裝裝配。立式裝配油缸時，活塞進入缸筒后，不準出現活塞桿自由落體，速度過快會損壞密封件。
來源：新液壓
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