常用液压密封件的选用及性能

[1]液压传动装置具有体积小、重量轻、惯性小、运动平稳、能传递较大的作用力等特点，而且还具有操作控制方便和易于实现工序自动化等优点，所以液压传动装置已广泛应用于国防和工农业生产各部门。如陶瓷工厂广泛应用的液压柱塞泵、液压压滤机及液压推车机等。特别是改革开放20多年来，随着液压驱动、电子及数字控制等技术的发展，我国的陶瓷墙地砖生产厂家普遍采用当今世界上最先进的全自动液压压砖机生产陶瓷墙地砖，以满足国内外市场的需要。与此同时，我国的日用陶瓷及卫生陶瓷工业也得到了大力的发展，如日用陶瓷制品盘、碟类等静压成型生产技术及生产设备及低压快排水、中压注浆和高压注浆卫生陶瓷成型生产技术及生产设备的推广应用都取得了可喜的成绩。然而这些液压机械设备液压传动装置的致命弱点就是液压油的泄漏，它不仅影响液压传动装置的工作性能和生产效率，而且还污染生产环境和浪费资源等。实践生产经验表明，解决陶瓷工厂液压机械设备液压传动装置液压油泄漏的最有效的途径就是选用密封性能优良的密封件。即使大多数陶瓷生产厂家了解液压传动装置特别是液压缸常用密封件的一些基本常识，但对其缺乏系统而全面的认识，因此在实践生产中，液压缸常用密封件的质量往往被人们所忽视，储藏保管不善，野蛮装拆，结果造成液压缸常用密封件的老化、损伤或产生较大的塑性变形等，甚至丧失密封作用，导致液压油的泄漏。所以说了解陶瓷工厂常用液压密封件的使用性能、材质、结构形式、密封机理及影响陶瓷厂常用液压密封件密封性能的诸因素，通过选用适宜材质及适宜结构形式的液压密封件，并采取相应的防护措施，能最大限度地提高陶瓷工厂常用液压密封件的密封性能及企业的经济效益。
[2] 液压密封件的使用性能
2.1 泄漏量极小要求液压密封件的泄漏量极小，具有良好的密封作用，并随液压油的压力增高而自动提高其密封作用，即使在高压及高温等恶劣工作环境下，液压密封件的泄漏量也无明显的增加。
2.2 良好的相容性因液压密封件长期浸泡在液压油中，极易溶胀、溶解或脆化变硬等，使之丧失密封作用，因此要求液压密封件对液压油具有良好的相容性。
2.3 摩擦阻力小为避免或减少液压设备产生低压爬行等不良现象，要求液压密封件具有较低的静摩擦阻力和动摩擦阻力，并且其摩擦系数应非常稳定。
2.3 使用寿命长液压密封件应具有良好的弹性、耐热性、耐寒性、耐压性、耐磨性及一定的物理机械强度等，并且使用寿命长。
2.5 价格低廉液压密封件应易于制造和安装，其相应的密封槽又易于加工制造，对密封表面的加工精度等要求又较低，并且低格低廉。
[3] 液压密封件的材质目前陶瓷工厂常用液压密封件的材质通常是合成橡胶和合成树脂。
3.1 合成橡胶合成橡胶是目前应用最广泛的密封材料，其品种繁多，但液压缸中广泛应用的则是丁晴橡胶和聚氨酯橡胶。
3.1.1丁晴橡胶丁晴橡胶具有良好的耐油性、耐热性、耐寒性、耐压性和耐水性，并具有适宜的耐磨性，通常的使用温度大致为－40℃～＋120℃，易于用金属模压成任意形状的液压密封件，因此丁晴橡胶最适宜于制作工作压力不大于32Mpa的液压缸用密封件。
3.1.2 聚氨酯橡胶聚氨酯橡胶是抗拉强度最高的一种合成橡胶，它具有优良的耐油性、耐热性、耐寒性、耐压性和耐磨性，通常的使用温度为－40℃～＋80℃，聚氨酯橡胶的常温密封性能比丁晴橡胶优越，它特别适宜于制作中压、高压及超高压液压缸用密封件。
3.2 合成树脂目前，用于制作陶瓷工厂常用液压密封件的合成树脂的品种主要有聚甲醛、尼龙及填充聚四氟乙烯等。但广泛应用的液压密封材料通常是填充聚四氟乙烯，它是在聚四氟乙烯的单体中加入适宜的石墨、二硫化钼、青铜粉、碳黑及玻璃纤维等填充剂而构成的高分子材料。由于聚四氟乙烯分子中的碳原子被卤族元素中负电荷最强的氟原子紧密包围起来，因此填充聚四氟乙烯的化学稳定性非常好，并具有良好的耐油性、耐热性、耐寒性、耐压性和耐磨性，通常的使用温度约为－100℃～＋260℃。同时因聚四氟乙烯分子之间的范德华力非常小，所以填充聚四氟乙烯几乎没有什么粘性，摩擦系数也极小；即使在少油或无油润滑的条件下也能正常工作。所以说填聚四氟乙烯特别适宜于制作高压及超高压快速运动的液压缸用密封件。
[4]液压密封件的结构形式及密封机理目前，陶瓷工厂广泛应用的液压密封件主要有自封式压紧型液压密封件、自封式紧密型液压密封件唇形密封件及它们两者的组合型组合密封件三种形式。
4.1 自封式压紧型液压密封件及其密封机理陶瓷工厂液压机械设备液压缸常用的自封式压紧型液压密封件主要是○形密封圈圆形密封圈和方形密封圈等，它们具有结构简单、易于制造、成本低廉等优点，因此它们是液压传动系统中广泛应用的动密封元件和静密封元件。它们安装在密封槽内通常产生10—25％的径向压缩变形，并对密封表面产生较高地初始接触应力，从而阻止无压力液体的泄漏。液压缸工作时，压力液体挤压自封式压紧型液压密封件，使之进一步变形，并对密封表面产生较大的随压力液体的压力严格地说应为压强增高而增高的附加接触应力，并与初始接触应力一起共同阻止压力液体的泄漏。但当工作压力大于10Mpa时，为了避免合成橡胶质自封式压紧型液压密封件的一部分被挤入密封间隙而在液压缸往复运动中被切掉而造成泄漏，须在合成橡胶质自封式压紧型液压密封件的受压侧各设置一合成树脂挡圈，如尼龙挡圈、聚甲醛挡圈和填充聚四氟乙烯挡圈。由于合成橡胶质自封式压紧型液压密封件工作时具有较大的压缩变形，因此其静摩擦阻力特别大，通常为其动摩擦阻力的两倍多。如此大的静摩擦阻力在一些低压液压传动系统中势必造成低压爬行及操作困难等不良现象，这正是自封式压紧型液压密封件很小单独用作动密封件的原因。
4.2 唇形密封件目前，陶瓷工厂液压机械设备液压缸常用的唇形密封件主要是Ｖ形密封圈、Ｕ形密封圈、Ｙ型密封圈及ＹＸ形密封圈等。
4.2.1 Ｖ形密封圈Ｖ形密封圈的密封性能较好，可根据工作压力的大小来确定所用密封圈的数目，通常须借助于压盖的调整来补偿密封圈的磨损量，其致命的弱点是结构复杂，通常须由支承环、密封圈和压环三部分组成，其摩擦阻力较大并随工作压力和密封圈数目的增大而增大。因此Ｖ形密封圈仅适宜于运动速度较低而工作压力较高的液压缸采用。
4.2.2 Ｕ形密封圈Ｕ形密封圈的密封性能较好，但单独使用是极易翻滚，因此需与锡青铜质支承环配套使用，其摩擦阻力较大并随工作压力的升高而增大。因此Ｕ形密封圈仅适宜于工作压力较低或运动速度较低的液压缸采用。
4.2.3 Ｙ形密封圈Ｙ形密封圈是依靠其张开的唇部紧贴于密封表面而保持密封的，通常可单独使用，其密封性能较好，摩擦阻力较小，耐压性能好，工作稳定性好，使用寿命长。因此Ｙ形密封圈适宜于高速变压、大缸径、大行程的液压缸采用。
4.2.4 ＹＸ形密封圈ＹＸ形密封圈是截面高度与宽度之比大于2并且工作唇于非工作唇不等高的Ｙ形密封圈，它分为孔用ＹＸ形密封圈和轴用ＹＸ形密封圈，其密封性能一样，除具有Ｙ形密封圈的一切优点外，ＹＸ形密封圈单独使用时决不翻滚，进一步提高了其耐压性及工作稳定性。因此ＹＸ形密封圈特别适宜于高压、高速变压及快速运动的液压缸采用。由此可见，自封式紧密型液压密封件唇型密封件与自封式压紧形液压密封件一样，依其本身的变形对密封表面产生较高的初始接触应力，阻止无压力液体的泄漏。液压缸工作时，压力液体挤压并撑开其密封唇部，使之紧贴密封表面而产生较高的随压力液体的压力增高而增高的附加接触应力，并与初始接触应力一起共同阻止压力液体的泄漏。
4.3 组合密封件目前，陶瓷工厂液压机械设备液压缸常用的液压组合密封件主要是由○形密封圈与方形密封圈、Ｕ形密封圈、Ｙ形密封圈、ＹＸ形密封圈及其他特殊形状的液压密封圈的叠加使用构成的。目前，液压缸常用的组合密封件主要是蕾形圈、格来圈和斯特封。
4.3.1 蕾形圈如图１所示，蕾形圈通常是由合成橡胶质的○形密封圈与夹布橡胶质的Ｙ形密封圈的叠加使用构成的，与自封式压紧型液压密封件及自封式紧密型液压密封圈唇型密封件一样，依其本身的变形对密封表面产生较高的初始接触应力，阻止无压力液体的泄漏。液压缸工作时，压力液体通过○形密封圈的弹性变形始终挤压和撑开Ｙ形密封圈的密封唇部，使之紧贴密封表面而产生较高的随压力液体的压力增高而增高的附加接触应力，并与初始接触应力一起共同阻止压力液体的泄漏。
4.3.2 格来圈通常是由合成橡胶质的○形密封圈与填充聚四氟乙烯质的方形密封圈的叠加使用构成的，它可分为孔用格来圈和轴用格来圈，但其密封作用是一样的，依其本身的变形对密封表面产生较高的初始接触应力，阻止无压力液体的泄漏。液压缸工作时，压力液体通过○形密封圈的弹性变形始最大限度地挤压方形密封圈，使之紧贴密封表面而产生较高的随压力液体的压力增高而增高的附加接触应力，并与初始接触应力一起共同阻止压力液体的泄漏。
4.3.3 斯特封通常是由合成橡胶质的○形密封圈与填充聚四氟乙烯质的特殊形状矩形—梯形的密封圈所组成的，与格来圈一样可分为孔用斯特封和轴用斯特封，其密封作用及密封机理与格来圈一样，但它只具有单向密封作用。由此可见，自封式紧密型液压密封圈唇形密封圈与密封表面紧密贴合的唇部接触面积较小，在相同的工作条件下，唇形密封圈与自封式压紧型液压密封件相比，唇部可以产生更大的压缩变形，获得较好的密封作用。但其唇部接触面积较小，易于磨损，磨损后其密封作用显著降低，若采用○形密封圈与之叠加使用即组合密封件时，即使唇部磨损后，由于合成橡胶质○形密封圈具有较大的弹性，它将迫使唇形密封圈的唇部紧贴密封表面，产生足够大的表面接触应力，达到密封的作用，并且摩擦阻力较小，工作平稳，又易于装配和维修等。因此，目前全自动液压压砖机、日用陶瓷制品盘、碟类等静压成型机及中压注浆、高压注浆卫生陶瓷成型机广泛应用的液压密封件几乎都是组合密封件如格来圈及斯特圈等。
[5]液压密封件的质量陶瓷工厂常用的液压密封件属于标准件，通常由专业化工厂生产，它具有一定的尺寸精度、形状位置精度、表面粗糙度及一定的物理机械强度，且表面光洁，结构致密，无划伤、气孔、针孔、气泡、折皱及变形等缺陷，否则就会降低密封件的密封性能。
[6]密封表面的设计制造质量
6.1 密封间隙液压缸正常工作时，液压密封件破坏的主要原因之一，就是在压力液体的作用下，液压密封件的一部分被迫挤入活塞与缸筒或活塞杆与导向套之间的配合间隙而造成损伤，因此液压缸运动副的配合间隙的大小对陶瓷工厂常用液压密封件的泄漏有很大的影响。配合间隙越小，液压密封件就越不容易挤入密封间隙中去，从而减少了液压密封件损伤的可能性；但考虑到液压缸的加工、装配及产生相对运动等原因，相对运动偶合面之间须留有适宜的间隙——密封间隙，以利于形成适宜厚度的润滑油膜，以确保提高陶瓷工厂常用液压密封件的使用寿命。实践生产经验表明，液压缸相对运动偶合面通常采用H8/f8或H9/F9的间隙配合。
6.2密封表面的加工质量密封表面加工质量的高低通常影响液压密封件的密封性能。具体说来就是密封表面越粗糙如表面粗糙Ra大于3.2μm，密封件极易磨损并造成液压油的泄漏。然而非常光滑的密封表面如表面粗糙度Ra大于0.1μm，密封件也极易磨损。这是因为密封件与非常光滑的密封表面如表面粗糙Ra小于0.1μm难以形成相对运动所需的最小油膜厚度，从而使之处于半干摩擦状态或干摩擦状态而过早磨损。同时将密封表面加工得非常光滑如表面粗糙度Ra小于0.1μm也是非常困难和极不经济的。因此密封表面通常选用表面粗糙度Ra为0.2～1.6μｍ。并具有适宜的尺寸精度、形状位置精度，只有这样才能确保陶瓷工厂常用液压密封件的正常使用寿命。
[7]密封糟的设计制造质量陶瓷工厂常用液压密封件通常为标准件，其尺寸精度、形状位置精度非常高，因此与之配套的密封槽的设计制造必须严格按照该液压密封件的具体要求加以保证，并确保密封槽的尺寸精度、形状位置精度及表面粗糙度，尽量避免尖角等，以免损伤液压密封件并降低其密封性能。
[8]液压密封件的安装和拆卸安装和拆卸陶瓷工厂常用的液压密封件时，为了防止液压密封件被螺纹、退刀槽等锐角划伤而影响其密封性能，我们必须采用以下措施：
1)应在缸筒、活塞、活塞杆和导向套等端部采用15～30°的光滑引入角。
2)当液压密封件须通过外螺纹或退刀糟时，应在其相应位置上套上专用套筒，也可以使外螺纹的外径或退刀槽的直径小于液压密封件的内径。
3)当液压密封件须通过内螺纹或径向孔洞时，应使内螺纹的内径或有径向孔洞处的直径大于液压密封件的外径。
4)为了减少液压密封件的安装及拆卸阻力，应在液压密封件须经过的相应位置上涂敷锂皂基润滑脂或液压工作油，并尽量避免液压密封件产生过大的拉伸，以免产生塑性变形等而影响液压密封件的密封性能。
[9]液压密封件的工作环境
1)密封表面的相对运动速度越高，显然液压密封件与密封表面的摩擦及磨损增大，易于降低液压密封件的密封作用。
2)液压油的工作压力越高，那么液压密封件与密封表面所产生的附加接触应力势必较大，极易导致液压密封件的过早磨损，从而降低液压密封件的密封性能。
3)其他因素，如陶瓷工厂的陶瓷粉料、灰尘飞扬、空气潮湿及水滴等极易污染液压油，并极大限度地加速液压密封件的磨损，从而降低液压密封件的密封作用。
[10]液压油的污染一方面陶瓷厂的陶瓷粉料、尘埃颗粒及水滴等会以不同方式和从不同途径侵入液压传动系统中去，另一方面液压泵和液压阀等正常磨损后所产生的磨屑等也会加速液压油的污染。而且含有固体颗粒污染物的液压油类似于研磨金属零件加工面的研磨剂，导致陶瓷工厂常用液压密封件过早磨损而降低其密封作用。
[11]液压密封件的储存和保管陶瓷工厂常用液压密封件储存和保管时，应使液压密封件装入密封的聚四氟乙烯等防潮塑料袋内，并作好存放日期等记录，然后存放在阴暗处，避免高温或阳光直射等储藏保管不善而降低其密封性能。
[12]液压密封件的选用陶瓷工厂常用液压密封件选用时，首先必须了解陶瓷工厂液压设备的工作性能、工作压力、工作油温、工作介质液压油及运动速度的大小等环境条件，同时还必须了解陶瓷工厂常用液压密封件的结构形式、密封特点、价格及密封材质的性能，确保密封件、密封表面、密封槽的设计制造质量及密封件的装配质量，增强液压油的污染与防护意识，加强对液压油污染的监督与检测工作，液压油污染应及时更换，并作好陶瓷工厂常用液压密封件的储藏和保管工作等。据此进行全面地分析和比较，从中选用适宜材质及适宜结构形式的常用液压密封件。
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