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1、液压缸密封形式研究王旭（铜陵有色股份铜冠黄铜棒材有限公司）液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单、紧凑，工作可靠，加工、装配和维修方便。因此被广泛的应用于各种液压机械设备中。液压缸种类繁多，有柱塞、活塞和摆动缸等，但其基本组件均为缸体、活塞、活塞杆、缸盖、密封件等，其中液压缸的密封件是液压缸中的最重要元件，密封不良可造成油液泄漏，从而使得机构运动不稳定，降低容积效率，污染环境，严重时会建立不起压力，系统不能工作。往往个别密封件的失效所造成的损失可能是密封件本身价值的千万倍。下面就液压缸的密封件及密封形式进行探讨。 液压缸
2、密封件是防止工作介质的泄漏（内泄和外泄）和防止外界异物（如空气、灰尘和水等）进入液压元件和液压系统的机构。液压缸的密封大致有四处：一是缸盖与缸体处静密封，活塞与活塞杆处静密封；二是活塞和缸体的动密封；三是活塞杆与缸盖的动密封；四是缸盖外端面处的防尘密封。一， 盖与缸体处静密封、活塞与活塞杆处静密封图1为安装在端盖外圆与液压缸内壁接触位置的是端盖静密封圈；安装在活塞与活塞杆之间的是活塞静密封圈。 它们都是液压缸内的静密封圈，端盖静密封是防止液压油从端盖和缸筒间的间隙漏出，单面承压，要求防挤出能力强，密封效果好等；活塞静密封是双向承压，防止液压油从活塞和活塞杆之间漏出，要求防挤出能力强，密封效果好
3、等。常见的静密封圈为O型密封圈加挡圈，O形封圈是一种截面为圆形的橡胶圈，其材料主要为丁腈橡胶或氟橡胶，是液压传动系统中使用最广泛的一种密封件。它主要用于静密封和往复运动密封，O形密封圈装入密封槽后，其界面承受接触压缩应力而产生变形,当没有介质压力时，密封圈在自身的弹性力作用下，对接触面产生一个预接触应力p0，如图2a）所示。而当容腔内充入有压力的介质后，则在介质压力p的作用下，O形密封圈发生位移，移向低压侧，且其弹性变形进一步加大，填充和封闭了密封间隙a此时，作用于密封副偶合面的接触压力上升为p0+p=pm，从而大大增加了密封效果，如图2b）所示。二、活塞和缸体的动密封活塞密封安装在活塞上，主
4、要作用是密封活塞和缸筒之间的间隙，防止液压油内漏等。活塞密封是液压缸内的主密封，双向承压，是液压缸所能承受压力值的最主要密封件之一。对于活塞密封的主要要求有密封效果好，有静止状态下保压效果好，运动过程中承压能力强，抗挤出，摩擦系数小，使用寿命长等。活塞密封的形式多种多样，根据不同的使用环境来选择最合适的形式。1,间隙密封：间隙密封是一种常用的密封方法，它依靠相对运动零件配合面间的微小间隙来防止泄露。一般间隙为0.01-0.05mm。间隙密封在活塞的外圆表面一般还开几道宽0.3-0.5mm、深0.5-1mm、间距2-5mm环形沟槽，也称平衡槽。主要作用是减少径向卡紧力和自润滑功能。间隙密封简单，
5、不用任何密封件，摩擦力小，但对零件加工精度要求高，不能完全阻止泄漏，且密封性不能随压力升高而提高，只适用于直径较小，压力较低，速度较快，密封性能不是很高的环境，如换向阀、液压泵（柱塞泵）、液压马达、小直径快速缸等。 间隙密封 活塞环密封2，活塞环密封：活塞环密封依靠装在活塞环形槽内的弹性金属环紧贴缸筒内壁实现密封，它的密封比间隙密封要好，适用的压力和温度范围很宽，能自动补偿磨损和温度变化的影响，能在高速中工作，摩擦力小，工作可靠，寿命长，但不能完全密封，活塞环的加工复杂，缸筒内表面加工精度要求高，一般用于高压、高速和高温场合。当工况温度比较高，活塞速度比较快，用活塞环密封。一般活塞环用铜活塞，
6、高温时密封效果更好。活塞环的数量一般在35个左右。3，Y型密封圈密封：Y形密封圈的截面呈Y形，是一种典型的唇形密封圈。结构简单、安装简单，使用压力较高（最高可达40Mpa）,密封性能良好，密封性能随压力升高而提高，并能自动补偿磨损量，摩擦力小，成本低，对油缸的表面要求也不高，是液压缸使用最广泛的一种密封圈。按其截面的高、宽比例不同，可分为宽型、窄型、Yx型（两唇不等高）等几类，Y形密封圈依靠其张开的唇边贴于密封副耦合面，并呈线状接触，在介质压力作用下产生“峰值”接触应力，压力越高，应力越大。当耦合件以工作速度相对运动时，在密封唇与滑移耦合面之间形成一层密封液膜，从而产生密封作用（如图3）。密封
7、唇边磨损后，由于介质压力的作用而具有一定的自动补偿能力。宽型Y型圈一般适用于压力小于20Mpa、工作温度-30100度、速度小于0.5米/秒的场合。窄型圈是宽型Y圈的改型产品，其截面长宽比在2以上，不易翻边，稳定性好。Yx型是窄型Y圈中不等高唇型号，有孔用和轴用之分，其短唇与密封面接触,滑动摩擦力小，耐磨性好，寿命长，长唇与非运动表面有较大预压缩量，摩擦阻力大，工作时不窜动。安装 Y形密封圈时，唇口一定要对着压力高的一侧，才能起密封作用。活塞用Y型Yx型）密封圈时，成对使用，中间安装导向环，导向环的活塞上都要安装导向环，主要作用是 引导活塞做直线运动，防止活塞因受力不均造成的走偏导致内漏和减少
8、密封件使用寿命等现象。图4中即为2只活塞用Yx型密封圈加一只导向环结构。图44，格来圈密封：格来圈一般由一个橡胶O型圈(丁腈橡胶NBR或氟橡胶FKM)及一个密封环（填充聚四氟乙烯F-PTFE）合而成，一般有活塞用和活塞杆用两种，格来圈为双向密封，活塞上用格来圈较多，活塞杆用格来圈情况较少，每个品牌的格来圈都有不同的代码，格来圈通用名字有：GSF孔用格来圈-特康格来圈-GDSA活塞密封-OE活塞密封-OMK-MR活塞密封等。在高压和低压及高频工况下的重载双向活塞密封场合非常出色。适用在长及短行程的情况，并在范围较大的流体和高温场合，可适合较大的活塞间隙。沟槽简单，可用于整体式活塞；摩擦力小，无爬
9、行现象；静密封性能非常好；由于较大的挤出间隙，在有污物的介质中也可安全使用；由于可采用较多的材料，所以对工作条件的适应性强；可允许较大的挤出间隙，视应用场合而定，故可降低加工费用；适于最新环保安全的液压液（生物油）。活塞用格来圈时，两侧安装导向环，图5中即为1只格来圈圈加2只导向带结构。图55，V型圈密封： V型圈有夹织物橡胶和聚氯乙烯两种，V型夹织物橡胶密封由多层涂胶织物压制而成，由形状不同的压环、密封环、支撑环三种密封件组合一起来使用，耐高通过调整压环压力是密封效果更佳，标准系列压力为10Mpa，重载系列持续工作压力可达63Mpa。一般适用于大型液压油缸，多用于液压缸端盖和活塞杆处的动密封
10、，耐压高（最高可达63Mpa）,密封性能良好，工作可靠。但摩擦阻力大，调整困难，对油缸要求较高，如活塞杆硬度一般都要求在HRc45以上，在高压系统中、大型重载有液压冲击的密封场合应用广泛。具有承受较大径向力及频繁的压力波动，轴向压缩量大等特点，有五组和七组之分，安装时V型圈的开口应向压力高的一侧。图6中即为7组V型圈的密封形式，2只V型圈加1只导向带结构。图6 6，DAS孔用紧凑型组合密封圈密封：活塞轴向尺寸短，安装方便，成本低，多用于往复运动的活塞及液压缸，如推土机，挖掘机等。如图7 7， SPGW活塞组合封密封：低磨擦力和极好的耐磨性，并且耐液压冲击，可用于负载变化大的场合。如汽车吊、挖掘
11、机等。如图8三、活塞杆与缸盖的动密封活塞杆密封安装在液压缸端盖内侧防尘密封里面，作用是防止液压油外漏，主要承压原件之一，单向承压，承受压力较大，直接与液压油接触。要求静止状态下保压性能好，运动中承压要高，密封性能要好，摩擦因数小，抗挤出能力强等。 活塞杆密封的截面形式与材质较多，根据不同的工作环境选择不同的截面形式与材质。 1，Y型圈密封（支撑环）同活塞一样，活塞杆处密封使用Y型圈也比较多，活塞使用孔用Yx型密封圈，这里使用轴用Yx型密封圈，该处密封常有形式是支撑环+ Yx型密封圈+防尘圈，支撑环安装在液压缸端盖内侧，主要作用是支撑活塞杆；防止活塞杆不垂直受力给杆密封带来的承压不均匀造成的密封
12、效果差和使用寿命短等作用。 同活塞上导向带一样，活塞导向带和活塞杆支撑环的使用寿命直接影响到活塞密封和活塞杆密封的使用效果与寿命，所以对导向带和支撑环的要求也较高，比如摩擦系数小，硬度高，使用寿命长等。 2，斯特封斯特封由一个低摩擦填充聚四氟乙烯阶梯环和一个0型橡胶弹性体组成，斯特封是单向密封，一般用于活塞杆密封，有时也用于单作用的活塞密封，活塞密封用斯特封情况不多，O形圈在内侧 ，适用于高低速直线运动的高压系统油缸。由于动摩擦系数相近，是伺服油缸密封的首选，采用两个斯特封可以达到零泄露，一般形式是：支撑环+斯特封+双向防尘圈。3，V型圈密封同活塞V型密封圈一样，V型圈密封被广泛应用于活塞杆处
13、密封，V形密封圈的截面呈现V形，也是一种典型的唇形密封圈，其运动摩擦阻力较Y形密封圈大，但密封性能可靠、使用寿命长，当发生泄漏时，可只调整压环或填片而无须更换密封圈，安装V形密封圈时，同样必须将密封圈的凹口面向工作介质的高压一侧，前面已经说过V型圈有夹织物橡胶和聚氯乙烯两种，夹织物橡胶V形密封圈的耐压性能和耐磨性能均比聚氯乙烯V形密封圈好。而聚氯乙烯V密封圈又具有优良的密封性能。所以，若将这两种不同材质的密封圈，交替组装起来使用，便能充分发挥各自的特性，获得最佳的密封效果。四、缸盖外端面处的防尘密封防尘密封安装在液压缸端盖的内侧，主密封唇暴露在空气中，密封介质为所附着的尘土、灰砂、雨水及冰霜等
14、污物，防止外部灰尘、雨水进入密封机构内部，影响液压油的粘度和划伤内部密封件密封唇的作用。 防尘密封圈分为多种类型号与尺寸，有聚脂，也有外包金属骨架，因此，使用范围与针对对像更加广泛。 优点：耐磨性特好、抗挤出、耐冲击、压缩变形小、适应范围广、易于安装。 防尘密封一般有三种。1无骨架防尘圈：（图9）结构简单，安装方便，成本低，油缸工作环境较好情况下使用，应用相当广泛。2.骨架式防尘圈：（图10）结构简单，安装方便，成本低，油缸工作环境较差情况下使用，应用广泛。3.双作用防尘圈：（图11） 结构简单，安装方便，并兼有密封功能，油缸工作环境较好情况下使用，应用广泛。双作用防尘圈兼有密封功能，在我公司倾翻机油缸中使用 双作用防尘圈+螺旋回油槽+导向环 的密封形式。
