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      O型橡膠密封圈在液壓元件中的應用

      時間:2022-05-23232 次瀏覽

      信息摘要:該文就O型橡膠密封圈在液壓元件使用時需要注意的事項,為工程技術人員在設計和制造靜密封結構提供了可參考的資料。

      該文就O型橡膠密封圈在液壓元件使用時需要注意的事項,為工程技術人員在設計和制造靜密封結構提供了可參考的資料。


      靜密封的概述


      高端液壓元件的泄漏問題是困惑和阻礙中國液壓產業發展的很大障礙。在開發高端液壓元件的過程中,我們也遇到了這個棘手的問題, 通過組織攻關小組從各方面進行了不斷的探索和實踐中有了一些心得和體會,供大家分享。


      本文主要介紹外泄漏的原因分析及采取的措施,目前外泄漏主要有兩種形式,一是界面的泄漏,指液壓油在壓力差的作用下,通過密封面的間隙產生的泄漏,這是液壓元件最常見的泄漏;二是滲漏,指液壓介質在表面張力或壓差的作用下,通過毛細縫隙產生泄漏,如鑄件的組織疏松、氣孔、砂眼等產生的滲漏。外泄漏會導致流體浪費和污染環境,尤其液壓元件的外觀。在設計和制造高端液壓元件中, 要求各密封部位性能有效,密封優良,在靜密封處要達到無泄漏,并向零泄漏發展。整個密封系統要穩定可靠,使用壽命長,并且維修方便。


      O形橡膠密封圈


      1、液壓元件泄漏分析及措施


      密封部位的全面質量管理是保證密封性能的關鍵, 任何環節的質量保證不嚴, 都會導致密封的不穩定,產生泄漏現象;主要通過以下環節進行控制,包括液壓元件殼體材料的選取、密封部位的設計、制作精度、密封件的選取和質量、裝配的方法等因素。


      1)液壓元件殼體材料的選取


      對于液壓元件中很多的殼體,如液壓泵、馬達、閥的殼體和端蓋等,基本為黑色金屬鑄件,材料應具有較高的抗拉、抗壓的機械性能,有一定的彈性,有硬度、有恢復變形的能力,抗彎曲強度高,變形小。主要材料為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵,選用灰口鑄鐵材料時要考慮抗壓強度、抗彎強度、彈性,多選用HT250 和HT300。球墨鑄鐵主要要求抗拉強度和延伸率, 能更好地適應液壓系統的沖擊工況,一般選取QT450-10 或QT500-7。


      液壓元件的密封失效, 在很多情況下是由于液壓元件殼體的材質造成的。以O 形圈平面靜密封為例,滲漏產生的根源是間隙造成的, 液壓元件的殼體在高壓情況下會產生變形, 這個變形會使在密封部位產生間隙,O 形圈則通過變形彌補而進行密封,而當間隙過大時,就會出現O 形圈切邊、損壞等現象,進而短期內密封失效。這種高壓下的微小變形對密封的影響不大,如果變形過大產生了可見的間隙,可以用塞尺進行測量,在液壓元件的應用中如果間隙大于0.02mm,極易產生泄漏(見圖1)。在長期使用的情況下,殼體材料如果抗彎曲強度不夠,或者彈性差,在交變的高壓下也會產生性變形,這樣在零件結合面就慢慢地產生間隙,間隙過大后,就會出現O 形圈切邊、損壞等現象,進而密封失效。


      2)外密封部位的設計和制作


      設計密封結構時, 首先要確定液壓元件使用的工況, 包括密封為動密封或靜密封, 密封位置的壓力、介質、溫度等;其次要選用合適的密封型式,包括選用的密封件、密封結構有關的尺寸、幾何精度、表面粗糙度等。另外擰緊螺栓的規格、分布、擰緊力矩都有充分考慮。以O 形圈平面靜密封為例, 消除密封面的間隙為解決泄漏的首要措施, 提高密封系統零件結合面平面度和粗糙度,將結合面間隙控制在允許范圍內。一般在100mm2 內的平面度要求為0.01mm 以內, 在加工的時候盡量采用一次性加工,避免產生接刀痕跡,接刀痕采用粗糙度儀是測不出來的。另外整個配合面要通過拋光去除高點和毛刺。


      O形圈的溝槽設計要充分考慮到參照相關標準,一般在計算溝槽時,O 形圈的壓縮率取10%~30%,填充料為75%~90%。在交變及脈沖的情況下,溝槽的底面和側面的表面粗糙度應在Ra1.6 以內,以降低密封件磨損,提高使用壽命。


      3)O形圈的選取


      O形圈作為填充材料在液壓密封的形式中, 使用最為廣泛, 該種成型的密封件受到擠壓作用發生彈性變形,與其接觸的密封面上受到接觸壓力,該壓力大于被密封液壓油的壓力,而阻止泄漏;O 形圈將隨著壓力上升變形擠壓力越大,從而能實現密封。O 形圈具有耐油性、耐壓性、耐熱耐寒性、耐磨性、低的壓縮變形率等特點。


      O形橡膠密封圈選取一般包括規格、材料、硬度、壓縮變形率等。O 形圈的規格根據溝槽的尺寸確定,要充分考慮壓縮率和填充量。材料選取一般根據使用的環境溫度確定,常用的材料包括丁腈橡膠、氟橡膠等,丁腈橡膠是廣泛使用的材料,具有好的耐礦物油性,使用的溫度范圍為-30℃~120℃。氟橡膠具有的耐油和耐熱性,使用的溫度范圍為-15℃~220℃。硬度的選取根據O 形圈使用的壓力確定和材料的變形確定,常用的硬度有HS70、HS90, 硬度為HS70 的O 形圈常用在壓力在30MPa 以內的場所,硬度為HS90 的O 形圈常用在壓力大于30MPa 的高壓場所。O 形圈的低壓縮性變形率也是保證密封的關鍵,跟O 形圈的材料、使用時間、使用溫度、線徑等相關,一般使用時間越長、使用溫度越高, 線徑越細越容易出現壓縮性變形,O 形圈的壓縮變形率關系到密封的使用壽命。


      不同的O 形圈廠家的產品質量存在著較大差異,主要表現在材料差、硬度不穩定、彈性差易性變形等,短期表現為O 形圈的擠邊破損、無彈性,長期表現為在高溫、高壓下失去彈性、磨損,密封失效(見圖3)。O形圈產品的可靠性、穩定性不是在短期內能驗證的,所以在密封件的試用中, 液壓元件企業花費了大量的時間和金錢對密封件進行性能和使用壽命驗證, 為縮短驗證時間,企業需要使用密封件試驗臺進行全面驗證,以確保密封可靠。


      4)正確裝配方法

      無論液壓密封或密封系統設計的怎樣合理, 密封件選用的怎樣正確, 如果采用的裝配工藝或裝配方式不合理或不正確, 均有可能減弱密封效果或縮短密封件壽命;待裝配零件密封面必須保證無毛刺、無污染雜物、銹蝕等缺陷,O 形圈表面應均勻涂覆一層薄的潤滑脂,在O 形圈因壓力變化時移動,減小O 形圈的磨損,提高O 形圈的使用壽命(見圖4)。在特殊部位,如經過螺紋處, 為防止O 形圈劃傷, 要使用專用工裝。


      5)。為使密封部位受力均勻,擰緊螺栓要使用合適的力矩, 按順序分級擰緊。液壓元件的中結合面的無油裝配,在實踐應用中也是非常必要的,如果在結合面上有一定的液壓油沒有進行清洗而直接裝配, 液壓元件在工作中溫度升高,壓力增大,由于液壓油的流動性,面上的液壓油就會滲出, 而殼體內液壓油也會因其固有的擴展性,繼續向外滲漏。


      2、密封技術的發展

      隨著制造業的發展, 就目前工程機械的液壓系統來講,液壓正在向更高的壓力發展,這對液壓元件的設計和制作包括O型橡膠密封圈等密封件提出了更高的要求。首先根據工況進行可靠性總體設計是至關重要的,包括結構的設計、殼體材料的選取、密封件的選取,這可以很好地保證密封的可靠性。O 形圈密封件需要采用硬度更高、韌性更好的材料,以滿足耐高壓、耐沖擊等要求。新的密封形式也將根據系統的高壓發展而發展,如方形圈或特種方形圈替代O 形圈, 方形圈有更高的耐壓性、低的壓縮變形率、穩定性等特點。還可以通過帶擋圈的O 形圈結構進行防止O 形圈擠出現象,進而防止滲漏。液壓元件高壓化的發展需要深入研究密封件的密封機理, 這需要液壓元件企業和密封件企業進行深入合作,聯合攻關,提出更好的解決方案。液壓元件企業、密封件企業、科研單位通過協會等多種形式進行技術交流, 加強各企業間在使用成果方面的交流,相互借鑒,共同提高必能加快中國液壓密封技術的快速發展。


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