在工程機械用液壓元件及液壓系統中,密封裝置用來防止液壓油的泄漏及外界灰塵、異物的侵入,以保證液壓元件和液壓系統建立起必要的壓力、提供充足的流量,使其能夠正常地工作。

  密封裝置應能滿足以下幾點要求:在一定的壓力、溫度范圍內具有良好的密封性能;與運動件之間的摩擦力小,摩擦系數穩定;抗腐蝕能力強,不易老化,工作壽命長,耐磨性好且磨損后密封性能在一定程度上能自動補償;結構簡單,價格便宜,使用與維護方便。

  1. 工程機械液壓系統用成型填料密封的種類

  工程機械用液壓元件和液壓系統中使用的密封裝置種類很多,如墊密封、機械密封、油封 密封、脹圈密封、防塵密封和成型填料密封等。其中應用最多的是成型填料密封,它既可以用于靜密封,也可用于動密封,但用于動密封居多。

  2. 工程機械液壓系統用成型填料密封的應用

  成型填料密封泛指用橡膠、塑料、皮革和金屬材料經模壓或 機加工成型的環狀密封圈,其中應用最多的是橡膠密封圈。成型填料密封中的填料,是依靠機械壓緊力或介質壓力作用下產生的彈性變形而阻斷流體泄漏通道的。其結構簡單,密封效果好,品種規格多。按工作特性成型填料 密封分為擠壓型和唇形兩類;按形狀又可分為O形、V形、U形、L形、J形和Y形等。

  2.1 O形密封圈

  O形密封圈簡稱O形圈、工程機械用液壓元件及液壓系統中 最常用的是橡膠O形圈。它成本低廉,密封性好,使用范圍寬。例如,工作壓力以1.333×10-5400MPa,溫度從-60℃200℃。

  實踐證明,O形橡膠圈有如下優點:密封部位結構簡單,安裝部位緊湊,質量輕;有自封作用,往往只用一個密封件便能完成密 封;密封效果好——用于靜密封時幾乎可以實現零泄漏,用于往復運動密封時其密封性能不變、介質泄漏量甚少;運動阻力很小,對壓力交變的工作條件適應性好;O形密封圈尺寸及安裝 溝槽(形狀、尺寸、技術要求等)已標準化,便于采購、安裝和維修。

  a)—平墊片工作時接觸應力分布;b)—O形圖初始接觸應力;c)—密封面上的接觸應力變化圖a是平墊圈工作時的接觸壓力均勻分布,若介質內壓Pi大于接觸壓力,則有可能發生泄漏。而O形橡膠圈的初始接觸壓

  力是非均布的(b),工作時在內壓作用下O形橡膠圈沿作用力方向移動,并改變截面形狀,密封面上的接觸壓力也相應變化 (C),其最大值Pmax大于介質內壓,所以不發生泄漏。這種借助于介質本身壓力來改變O形橡膠圈接觸狀態,使之實現密封的過程,稱為自封作用。實踐證 明,自封作用對防止泄漏是十分有效的。因此,在安裝O形橡膠圈時應使其有一定的壓縮變形。

  但應注意的是,O形橡膠圈的自封作用是有限度的。當內壓過高時,會出現O形橡膠圈的膠料擠出”(橡膠嵌入縫隙中)現象。此時雖然O形橡膠圈仍能維持密封,但實際已經損壞。

  制做O形密封圈的橡膠材料有許多種,它們適用于不同的工作條件。因此在實際應用中,應根據使用條件選擇合適橡膠材料制做的O形密封圈。

  2.2 V形密封圈

  V形密封圈是一種唇形密封圈,多用于往復運動的活塞或活塞桿的密封。V形密封圈多數情況下與壓環、支撐環組合使用,壓環和支撐環一般用較硬的膠布壓制,中間的V形圈用丁腈橡膠壓制。這種組合式的V 形密封圈能提供很高的穩定性和較好的耐磨、耐壓性。

  在自由狀態下,V形圈的唇部外徑大于填料腔的內徑,唇口的內徑小于活塞桿的外徑,這樣裝配后便產生一定的變形。由于支撐環的作用,這種變形只發生在唇口部位,并與其接觸部位產生壓力,即使不施加壓緊力,唇口也能封住一定的內壓,此即唇口的自封作用。介質的內壓使唇口改變接觸狀態并加大接觸應力,使唇部與活塞桿貼合得更緊密,因此阻止了介質泄漏。由此可見,V形密封圈的密封機理是唇部的自封作用和填料 的密封作用的組合。

  V形密封圈的V形圈數量取決于密封壓力的大小,即壓力高 時使用的V形圈多。但是,使用的V形圈多時摩擦阻力增大,唇 口磨損也加大。因此,在實際使用中最好通過調整壓力環的壓緊力,使V形圈的唇部與活塞 、油缸或活塞桿的表面保持密切接觸,達到防止泄漏、良好密封的目的。

  與其他結構型式的成型填料密封比較,V形密封圈有如下優點:

  1)使用范圍廣。V形密封圈適用于液壓油、潤滑油、水和乳化液等介質,零件線速度可達0.5m/s,使用溫度在-30200 ℃,壓力可達40MPa。

  2)允許一定的偏心載荷和偏心運動,耐沖擊壓力和振動壓力。

  3)可以多圈重疊使用,并通過調節壓緊力來獲得最佳密封效果。

  2.3 Y形密封圈

  Y形密封圈是為液壓系統中的活塞、柱塞和活塞桿的密封而設計的,其橡膠圈由高硬度的丁腈橡膠模壓而成,工作唇部較寬,因此密封性好。

  Y形密封圈主要依靠其唇部的自封作用來實現密封,亦即為獲得初始密封,裝入溝槽中的Y形密封圈有一定的預緊力。在介質壓力作用下,由于密封唇圓周方向的變形,產生接觸壓力。隨著介質壓力的增加,變形和接觸壓力隨之增大,Y形密封圈達到自封的效果。

  無內壓時僅僅因密封唇端部(唇尖)的變形而產生很小的接 觸壓力,當內壓作用后與介質接觸的密封唇每一點上均作 用有與內壓相等的法向壓力,所以密封圈底部將受到軸向壓縮,而唇部受到周向壓縮。唇部與缸壁接觸而變寬,同時接觸壓力增大。當內壓進一步升高時,接觸壓力的分布形式和大小繼續 改變,唇部與缸壁貼合更緊密,所以密封性更好。

  Y形密封圈正常工作時也有極少量流動介質泄漏,這是由于活塞運動時油膜積聚造成的。但是,活塞在往復行程中的泄漏情況是不同的。例如,當內壓較低時,抽出行程中的泄漏量隨內壓增加而增大;相反,壓入行程中則隨內壓增大而減小。當內壓足夠大時泄漏量不再隨內壓而變化,低壓側的壓力上升到接近高壓側時泄漏量接近常數。此外,Y形密封圈的泄漏與活塞往復運 動速度有一定的關系。例如,當活塞往復運動速度加大時泄漏量增加,這是因為隨著活塞運動速度加快,活塞往復次數增多,油膜的流體動力作用使油膜厚度增加,形成了油膜的快速積聚作用。應指出的是,當流動介質的粘度越大,油膜厚度的增加越大,因此活塞往復運動速度所造成的泄漏量也越大。

  J形密封圈多用于活塞桿密封,而L形密封圈多用活塞密封。 現以L形密封為例,其密封作用的實現,與上述O形、V形、Y 形密封圈基本相同,即以自封作用阻止流動介質的泄漏。但對于低壓、大直徑的汽缸,常因為間隙較大、唇部的張開余量少而使得接觸壓力不足,不能正常密封。因此,保證唇部的正常張開, 以形成必要的初始接觸壓力是十分必要的。所以對大尺寸的L形密封圈,在其唇部內側加裝彈簧圈。

  L形密封圈的摩擦通常是不大的,但安裝壓得過緊時會使摩擦變得很大。因為這種密封圈需要用一塊壓板從中心把它壓緊, 由于橡膠的致密性(要保持體積不變),所以壓得越緊時底部變得越薄,這樣底部便向外擴展,使唇根與缸壁的接觸壓力增大, 這種現象會造成密封圈早期磨損和泄漏。這種傾向對易拉伸變形的橡膠圈最為顯著,特別是在高壓下長行程、高速運動的L形密封圈最容易發生。為此,L形密封圈應采用硬橡膠或夾織物橡膠 的密封圈。

  工程機械液壓系統用成型填料密封還有鼓形和山形密封圈、管路法蘭用U形密封等