液压支架常用密封的设计

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楼主 2019-01-16 06:18:40
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概况液压设备依赖于液体介质传递动力,设备的工作压力、速度、适用工作环境受介质密封的制约,密封装置是设备的主要部件,整个机组的可靠性取决于密封装置的工作能力。液压支架采用5%含量的乳化液介质,润滑、防腐性能差,在井下检修非常困难,因此对密封件的适用性及可靠性提出了更高的要求。

  液压支架活塞密封液压支架最重要的密封就是安装在立柱上的活塞密封,因为它的作用是保持支撑顶板的腔体压力,若活塞密封损坏,其后果可能是灾难性的。在双伸缩立柱中,由于内外伸缩缸的面积比使压力可高达60MPa或更高,乳化液润滑性能差,因而设计者面临的主要问题是密封被挤出和磨损。

  挤出挤出损坏是由作用在密封上的高压力和摩擦力引起的,与通常的双作用液压缸不同,在那里,密封上的摩擦力与压力方向相反,而支架中摩擦力是由顶板的压力作用产生的,所以此压力与摩擦力作用方向相同,这样给密封件的防挤设计提出了更高的要求。

  液压支架密封通常都设置防挤环,一般采用聚合物(如聚四氩、聚甲醛等)防挤环所受压力F环的厚度p压力由于密封弹性体的可流动性,密封面上的摩擦数通常大于0. 5,如果出现粘着,可能会超过1)I接触长度一般接触长度1要大于环的厚度t,因此可以断定F与Fm大小接近,在许多场合摩擦力Fm可能大于挤压力F.摩擦力造成的挤出损坏作用可通过试验来说明。以单体液压支柱为例,按国家标准规定做静载试验和往复试验,试验结果表明,使用防挤环在只有静压时很少有挤出损坏,但在运行中,摩擦力使密封防挤能力大幅度下降。

  2.2摩擦、磨损密封件的磨损是由一系列因素造成的。为了研究往复运动使密封磨损而发生的密封性能变化,国际标准化组织制定方案,由英国流体力学研究会委托世界7个不同的试验室。按规定的相同试验条件进行试验,采用挤压型密封和唇形密封,活塞杆表面高频淬火后镀硬络,硬度HV800~1100,表面抛光Ra0.2~0.4.通过15万次往复试验后,结论是挤压型密封表现出了泄漏量与摩擦力成反比关系,唇形密封没有发现泄漏量与摩擦力有什么关系,表面粗糙的活塞杆并不比表面光滑的活塞杆造成的磨损更严重。

  以上分析可以看出在光滑表面上通常意义上的滑动磨损对支架密封性能的影响是微小的。事实上支架密封的摩擦、磨损通常是由密封长时间处于高压静负荷作用下产生的粘着及液压缸体内壁经常出现锈蚀点的刮擦造成的。

  常用密封设计目前常用的密封如所示,这种密封两边是夹布橡胶U形环,中间为模压成型丁腈橡胶鼓形圈,鼓形圈与缸体内孔过盈配合,以形成低压密封,高压布橡胶U形环与耐磨支承环组合起来可以防止鼓形圈挤出,利用压力使L形支承环压紧缸筒产生自紧作用使U形环形成的挤出间隙最小,对活塞来说L形支承环还起轴承作用,这种密封应用很广,密封性能极好,缺点是摩擦阻力大,只适用于剖分式活塞。

  类似的活塞设计区别在于防挤环、支承环的结构有所不同,如所示,特别形状的防挤环自紧作用可由设计者优化以达到最好的防挤效果和较小的摩擦阻力,支承环可剖分以满足整体式活塞的主要要求。

  在一段时间内支架还是以采用高弹性材料挤压型密封为主,要点在于设计适合的密封带宽度,优化初始压力的分布,巧妙地设计防挤支承结构。在满足防挤要求的前提下,尽量降低摩擦阻力。

  采用水基介质的支架缸筒易锈蚀现象,给密封设计带来了一个新的思考领域,即密封直径的可扩展性,“可扩展性”是指当缸筒锈蚀后通过机械加工去掉锈蚀层,缸筒内径与活塞的配合间隙随之扩大,通过更换或调整密封恢复使用性能。用这种方式可以大大降低维修成本,缩短维修周期。虽然给各种备件管理带来一些难度,但带来的效益是极可观的。

  活塞杆密封液压支架的活塞密封是涉及安全的关键密封,这与采用矿物油的工程机械正好相反,工程机械油缸通常情况下允许活塞密封有少量渗漏,而活塞杆处的渗漏会造成液压油损耗及环境污染。

  活塞杆通常也采用挤压型密封,如所示,带防挤环、夹布橡胶U形环及槽形密封环,这种密封已得到广泛应用,多层V形密封由于其摩擦阻力大,耐磨性差,已被逐步淘汰。

  结语液压支架似乎仍是以高弹性材料的挤压型密封为主,设计要点是防挤、减磨。考虑到缸筒的锈蚀点对密封材料的损害,密封材料的抗刮性能及磨损自补偿性能是重要的。考虑到缸筒、活塞杆锈蚀后修复难度大,成本高,提出密封的“可扩展性”观点,最大限度地保持原有零部件的互换,最大限度地降低维修成本“可扩展性”观点是否成立,似乎不是纯技术问题和经济问题,需要进行更深入的探讨。                


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