工程机械中组合密封的密封机理.pdf

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1、2 1 程机 械 合肥矿 山机器厂 崔代武 -_ 。随着生产、技术 发展，工程机械对液 压技 术的要求越来越 高，尤 为突出的是密封件 的密 封性和寿命。该两项是诸 因素影响的综合表 现，也是降低主机故障率的重要因素。经国内多家长期研制，工程机械要求的高 T 2 弓。压(2 1 MP a以上)、耐磨、严密封性的组合密 封虽 能基本满足需 要，但距 国际水平 尚有 一定 差距。目前，常采用的组合密封有方形圈(格 来圈)及 阶梯 形(斯 特封)，尚有少 量用 变形 的 反斯 特 封，见 图 1。因各 厂家 产 品 参 数 不 周 2 优化前后系统效率比较 所得到的工作液压系统参数要在工程实际 中实

2、 现，还需 针 对 国家标 准将 这些 值 进 行 调 整。调整后 的值列 人表 1。优化结果的工程实现也表现出了输出功率 较 高、系统 功率 损失 和压 力损失 较小 的优 势。5 结论(1)从 C HT M1 0抓木机 的实际工作 过 程，建立 的工作液压系统优化的数学模型是一 个多 目标 优化模型。(2)抓木机工作液压系统的优化可使系统 工作效率 比优化前提高 4，空载压力损失减 小 1 8 M P a。由于 在 约束条件 中对 举 升伸 时间 放得较宽(上限为 3 0 s)，导致工作机构举升 时 间稍 长。工 程 机械，1 9 9 6(7)表 1 工作液压系统优化设计参数比较 原设计

3、优化 设 优化 设 名 称 计 的工 参数 计参 数 程实 现 液压 泵排 量(mEr)8 0 6 8 4 4 8 0 工作 阀流 量(Lmi )1 6 0 2 4 8 7 5 2 5 0 管径 D 6 I(m)0 0 3 8 1 0 0 3 6 7 7 0 0 3 8 1 管 往 D6 1 (m)0 0 1 9 0 0 0 2 2 5 3 0 0 2 5 4 功 率损 失(J)2 6 41 8 4 9 1 9 3 4 24 8 2 3 6 o o4 8 压 力损 失(MP a)3 0 4 1 2 4 1 6 举 升 时 间(s)2 5 9 0 4 2 9 9 5 2 5 7 4 工 作 效率

4、()3 8 8 4 2 8 4 4l 7 (3)对优化计算 出的值工程实现后，系统 效率仍 然 比优化前提高 3 1 ，且动作 更迅 速。(4)此工作 液压系统 的优化设计方法 和程 序，也适用于其它类型的工程机械液压系统设 计。参考文献 1何 季 雄 优 化 设 计北 京：机 械 工 业 出 版 社，l 9 91 2 Wa n g Hu a n d e，e t c Op t i mi z a t i o n a n d E x p e r i-me n t i n h y d r au l i c Sy t e ms o f Bi g Bo om an d Sp r e a de r of

5、Con t a i n e r Li f t e r Han z h ou，I nt e r-n a t i on a l Con f o fFl u i d Powe r,1 9 93 (收稿 日期：1 9 9 6-0 3 0 8)：一 2 l 瞎 裹 哩 潮 壶 密 ，蝴 壶 密 嘧 舍 阻 工 1 维普资讯 http:/ 同，故性 能 也有差 异，其 密 封机理 各 具特点。现介绍 阶梯 封的动态机理 该 密封的压 力分 布 及密封楔形槽 几何形状，如图 2所示。(a)b)c 1 围 1 (a)方 形圈(b)阶梯 封(c)反阶 梯封 图 2 阶梯 密 封压 力分 布 1 压力曲线拐点且为

6、单峰2 密封 面压力 3 附加 反带 压 力P-密封 腔压 力 当活塞杆伸 出时，其 表 面会形 成很薄很薄 的 残留 油膜(厚约 1 0 u m，虽极薄但有油膜 存在)。该油膜能满足减少摩擦、磨损所需的 润 滑 a而影 响该 油 膜厚 度 的 因素 有 活塞 杆 伸出速度、油液的粘度及 温度 密封 高压侧最 大压力梯度 密封件材质和几何结构等 在_ I 述诸因素综合影响下，最后表现为往复运动件 和密封件问的最小问隙，它是决定泄漏量多少 的关键 a在速 度和介质 粘度 不变的情况 下，最 小间隙是 由密 封件接触 区的压力分布决定 的。从 图 2看 到，高压 侧 产 生 很大 的压 力 梯 度

7、，压力 分布 曲线 有明显拐点，且为单峰。这 些说 明压力梯度越大，最小 间隙 越小，则泄漏 量越少，其密封性能越好，反之性能 不佳。尽管在伸出的活塞杆上留有极薄 的油膜【泄 漏)，可是在 工程机械 使用 中是不允许 油膜 一2 2一 积聚成滴外泄 的。为此，在阶梯封的结构 设计 中，使在楔形 槽 内形成液压 动态压力，当活塞 杆 回缩时，产 生一个附加反带(吸)压 力，在 反 带 压 力作 用 下，残 留油 膜 能 被带 回密 封 腔 内，能 使 密封 圈 卸 荷，结 果使 接触 面压 力 下 降，平衡 高压 于是得到伸 出时的最大压 力梯 度，明显 大于 回缩 时的压力梯度，密封机理 处

8、于最佳状 态 被带 回密封腔 的油膜最大厚度，取决于 回 缩速度 油液 粘度、低压 侧最大压 力等条件 另外，在一些要求得到一个理想密封系统 时，可利 用 阶梯 封的 反 带特性 进行 结构设 计。在往复运动 中，采用两 个阶梯封双排布 置的结 构，如图 3所示，能收 到在 正常速度到最 高压 力条件下理想密封效果。当速度特性给定时，则 在 中间腔产 生保 持恒 定 的压 力 P 压 差 p 不变。因此，该系 统对 外完 全动态密封。实际 中 由 于往复 速 度关 系一 般 情况 下压 差是 变化 的 故 中间腔压力也是 变化的。在较好的反带 特 性作用下 中间腔成 了真 空泵，在很多 情况

9、下 中间腔压力 完全消失。再 者，为使 双排布置 的 阶梯 封系统 获得最佳状态，保 持好 的反带特 性-可再 布置一 个附加双面 防尘 圈，其效果更 佳，如 图 3所示 该 防尘圈有 两个唇 口，外唇 口防止外 界污物进入 液压缸；内唇 口防止 油液 外流 外 腔里的油在 活塞杆 回缩 时受反带 作用 被带回液压缸，且外腔不必排气 组合密封件的主参数是获得理想的密封性 和寿命的 关键，现分述如 下：目 磊 避 ，图 3 1 密 封腔 部2 内阶梯 封3 中间 腔 4 外 阶梯 封5 外 腔6 防 尘罔。大 气压力(1)压缩 量 对 阶梯封 以往 有 一种“密封 工 程机械，1 9 9 6(7

10、)维普资讯 http:/ 性 与压缩 量 似呈线 性关 系 的不 全 面认 识。对 不 同结 构及 要 求 的 密 封件，应 选 用 最佳 的参 数，压缩 量仅为其 中之 一，由密封机理可知，最小间隙(密封件与轴 或缸 之间)由压力分 布状 态决 定。当最大压力 梯度越大，则最小间隙越小，泄漏量越少。对 于 阶 梯 封，压 缩 量1 0 的 泄 漏 量 比压 缩 量 3 0 的 约大 1 0 。在 高 压状 态，严密 封 系统 采用大压缩量能得到可靠的密封性。而在中低 压状 态，泄漏量 不甚 严密 之处，则要考虑高压 缩量带来的摩擦阻增大、磨损加快等的负面影 响。对于方形圈，最大承压能力在一定

11、范围内 随压缩量增 加而增大，且 明显。而阶梯封 的最 大承压能力 与压缩量无关(反阶梯封 的压 力分 布与方形 圈褶 似)。(2)唇 口夹 角、卢。该 参 数不 仅 用于 阶 梯 封 和 反 阶 梯 封(见 图 4)。图 4 a为 初 期结 构：图 4 b为一般结构：图 4 c为最新结构。围 4阶梯 封唇 口夹 角(a)韧期 结构(b)一 般结 构(c)最 新结 构 不 同参数 对不同种类 的密 封性 能影 响，如 附表 所示。说明：压缩量选择 原则 a 对 阶 梯 封，在 要 求 泄 漏 量 小、摩 阻 小、寿命长且满足使用的前提下，尽可能选小 值。综合 考虑 宜在 1 0 2 O 范 围

12、 内选；当 泄 漏量需 严格 控制 时，宜取上 限值；当在超 高 压 t p=6 0 MP a)且 速度很 慢 泄 漏严 格控 制 时，压缩量可达 3 0 ；若要求摩阻小、工作 温度较高，寿命又长时，宜取下限值。b 对方形圈，压缩量对最大承压能力很 敏感，但对压力分布无明显影响；在超高压和 温度较高时，宜取 3 0。附衰 影 响 受 影 响 氐参 数 压 力 最 大 选 择 承 压 泄 漏 量 寿 命 分 布 范围 能 力 阶梯封 很 明显 无 关 不 明 显 明 显 2 0 压缩 量 方 形圈 不明显 很 叫显 明 显 明 显 2 0 (相 对 值)3 0 ()厦 阶 不驯显 明 显 明显

13、明显 2 0 梯封 5 唇 口 阶梯封 不明星 不明显 不 明显 不明显 1 0 夹 角 方 形 圈 无关(不 存 在、(。匾阶 明显 不 明显 不 明 品 叫 显 0 梯 封 1 0 c 对反 阶梯 封，选 取 原 则 似阶 梯 封，在 综合泄漏 摩阻、寿命等因素，宜选 2 0 左 右；当泄漏量需严格控制时，则要以摩阻大、磨 损 快、安 装 困 难 为 代 价 选 取 3 0 的 压 缩 量。唇 口夹角、卢的选择原则 a 对 阶梯封，当综合考虑性能时，宜在 5。l O。内选(大规格的选取=5。；小规 格的取=1 0。)，近似为 4 5。b 对 反 阶梯 封(缸 用)，宜 在 0。l 0。内选 c 方形圈无角度变 化。(收稿 日期：1 9 9 6-0 2-2 5)阜 阳 枢 纽 主 体 工 程 完 工 京 九 铁路 新 建规 模 最大、现 代化 程 度最 高 的阜 阳枢纽 工程路 基 挢涵 填渣、轨 四大 主体 工程 已全部 完 成。阜 阳 枢纽 位于 安 徽西 北部，建成 后年 编 解货 物 列车 万 辆 以上，货物 吞吐 能力 1 3亿 l，日通 过 客车 3 2对，年 客运 量 2 2 0万 人次 工程 机械，1 9 9 6(7)一 2 3 维普资讯 http:/