液壓支架常用密封的設計

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1概況液壓設備依賴(lài)于液體介質(zhì)傳遞動(dòng)力，設備的工作壓力、速度、適用工作環(huán)境受介質(zhì)密封的制約，密封裝置是設備的主要部件，整個(gè)機組的可靠性取決于密封裝置的工作能力。液壓支架采用5%含量的乳化液介質(zhì)，潤滑、防腐性能差，在井下檢修非常困難，因此對密封件的適用性及可靠性提出了更高的要求。
　　2液壓支架活塞密封液壓支架最重要的密封就是安裝在立柱上的活塞密封，因為它的作用是保持支撐頂板的腔體壓力，若活塞密封損壞，其后果可能是災難性的。在雙伸縮立柱中，由于內外伸縮缸的面積比使壓力可高達60MPa或更高，乳化液潤滑性能差，因而設計者面臨的主要問(wèn)題是密封被擠出和磨損。
　　1擠出擠出損壞是由作用在密封上的高壓力和摩擦力引起的，與通常的雙作用液壓缸不同，在那里，密封上的摩擦力與壓力方向相反，而支架中摩擦力是由頂板的壓力作用產(chǎn)生的，所以此壓力與摩擦力作用方向相同，這樣給密封件的防擠設計提出了更高的要求。
　　液壓支架密封通常都設置防擠環(huán)，一般采用聚合物（如聚四氬、聚甲醛等）防擠環(huán)所受壓力F環(huán)的厚度p壓力由于密封彈性體的可流動(dòng)性，密封面上的摩擦數通常大于0. 5，如果出現粘著(zhù)，可能會(huì )超過(guò)1）I接觸長(cháng)度一般接觸長(cháng)度1要大于環(huán)的厚度t，因此可以斷定F與Fm大小接近，在許多場(chǎng)合摩擦力Fm可能大于擠壓力F.摩擦力造成的擠出損壞作用可通過(guò)試驗來(lái)說(shuō)明。以單體液壓支柱為例，按國家標準規定做靜載試驗和往復試驗，試驗結果表明，使用防擠環(huán)在只有靜壓時(shí)很少有擠出損壞，但在運行中，摩擦力使密封防擠能力大幅度下降。
　　2.2摩擦、磨損密封件的磨損是由一系列因素造成的。為了研究往復運動(dòng)使密封磨損而發(fā)生的密封性能變化，國際標準化組織制定方案，由英國流體力學(xué)研究會(huì )委托世界7個(gè)不同的試驗室。按規定的相同試驗條件進(jìn)行試驗，采用擠壓型密封和唇形密封，活塞桿表面高頻淬火后鍍硬絡(luò )，硬度HV800~1100，表面拋光Ra0.2~0.4.通過(guò)15萬(wàn)次往復試驗后，結論是擠壓型密封表現出了泄漏量與摩擦力成反比關(guān)系，唇形密封沒(méi)有發(fā)現泄漏量與摩擦力有什么關(guān)系，表面粗糙的活塞桿并不比表面光滑的活塞桿造成的磨損更嚴重。
　　以上分析可以看出在光滑表面上通常意義上的滑動(dòng)磨損對支架密封性能的影響是微小的。事實(shí)上支架密封的摩擦、磨損通常是由密封長(cháng)時(shí)間處于高壓靜負荷作用下產(chǎn)生的粘著(zhù)及液壓缸體內壁經(jīng)常出現銹蝕點(diǎn)的刮擦造成的。
　　常用密封設計目前常用的密封如所示，這種密封兩邊是夾布橡膠U形環(huán)，中間為模壓成型丁腈橡膠鼓形圈，鼓形圈與缸體內孔過(guò)盈配合，以形成低壓密封，高壓布橡膠U形環(huán)與耐磨支承環(huán)組合起來(lái)可以防止鼓形圈擠出，利用壓力使L形支承環(huán)壓緊缸筒產(chǎn)生自緊作用使U形環(huán)形成的擠出間隙最小，對活塞來(lái)說(shuō)L形支承環(huán)還起軸承作用，這種密封應用很廣，密封性能極好，缺點(diǎn)是摩擦阻力大，只適用于剖分式活塞。
　　類(lèi)似的活塞設計區別在于防擠環(huán)、支承環(huán)的結構有所不同，如所示，特別形狀的防擠環(huán)自緊作用可由設計者優(yōu)化以達到最好的防擠效果和較小的摩擦阻力，支承環(huán)可剖分以滿(mǎn)足整體式活塞的主要要求。
　　在一段時(shí)間內支架還是以采用高彈性材料擠壓型密封為主，要點(diǎn)在于設計適合的密封帶寬度，優(yōu)化初始壓力的分布，巧妙地設計防擠支承結構。在滿(mǎn)足防擠要求的前提下，盡量降低摩擦阻力。
　　采用水基介質(zhì)的支架缸筒易銹蝕現象，給密封設計帶來(lái)了一個(gè)新的思考領(lǐng)域，即密封直徑的可擴展性，“可擴展性”是指當缸筒銹蝕后通過(guò)機械加工去掉銹蝕層，缸筒內徑與活塞的配合間隙隨之擴大，通過(guò)更換或調整密封恢復使用性能。用這種方式可以大大降低維修成本，縮短維修周期。雖然給各種備件管理帶來(lái)一些難度，但帶來(lái)的效益是極可觀(guān)的。
　　活塞桿密封液壓支架的活塞密封是涉及安全的關(guān)鍵密封，這與采用礦物油的工程機械正好相反，工程機械油缸通常情況下允許活塞密封有少量滲漏，而活塞桿處的滲漏會(huì )造成液壓油損耗及環(huán)境污染。
　　活塞桿通常也采用擠壓型密封，如所示，帶防擠環(huán)、夾布橡膠U形環(huán)及槽形密封環(huán)，這種密封已得到廣泛應用，多層V形密封由于其摩擦阻力大，耐磨性差，已被逐步淘汰。
　　結語(yǔ)液壓支架似乎仍是以高彈性材料的擠壓型密封為主，設計要點(diǎn)是防擠、減磨?？紤]到缸筒的銹蝕點(diǎn)對密封材料的損害，密封材料的抗刮性能及磨損自補償性能是重要的?？紤]到缸筒、活塞桿銹蝕后修復難度大，成本高，提出密封的“可擴展性”觀(guān)點(diǎn)，最大限度地保持原有零部件的互換，最大限度地降低維修成本“可擴展性”觀(guān)點(diǎn)是否成立，似乎不是純技術(shù)問(wèn)題和經(jīng)濟問(wèn)題，需要進(jìn)行更深入的探討。
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