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液压密封设计的原则及依据
添加:2018-9-7 16:44:01    游览:2402    来源:网络

  首先要认识到密封对液压技术的重要性,可以说没有密封就没有液压技术,密封不过关就是液压技术不过关。液压密封设计的指导原则,一定要以线去看待密封,不要以点去看待密封,但也不能忽略点,不能轻视点的密封。所谓线就是密封系统,所谓点就具体到某个密封位置,设计的原则一定要线点相结合;其次,必须很确切地理解液压密封设计的依据。只有对依据准确的理解,全面的考虑,衡量这些依据对密封设计之间的关系,以及这些依据彼此关系,才能进行密封件或密封装置结构形式的选用和这些密封件、密封装置的材料选择;还应精心选定密封件、密封装置有关机件的尺寸,几何位置精度,表面粗糙度以及机件之间间隙;上述几个方面不能有任何疏忽,否则都不能叫精心设计,都会给液压密封设计留下隐患,会出现泄漏的可能。

  (1)液压密封设计的原则

  液压密封设计的原则是以线(密封系统)设计为主导,点(具体密封位置)设计寓于线设计之中且应准确无误,线、点设计是密不可分的,是整体。

  线设计有两个意思:对全液压装置来说,应是整个液压系统密封设计,如在系统中任一处出现泄漏,则整个密封系统是不完善的;其二对某元件考虑密封时可能是点,如管道中某接头处的密封,但若对液压缸内密封的考虑,必须有线的概念。即用密封系统的考虑,它可能是若干位置的密封组成一个密封系统,该液压缸密封才有效,才不会出现超过规定的泄漏。若只按液压缸的额定压力来选择密封件或密封装置形式结构不一定能成功。若该液压缸的额定压力PN=50MPa,而实际工作压力较高或很高或很低时,如它的工作压力PN≥50MPa或。PN≤50MPa时,则上述设计就可能失败了,在该液压缸工作全过程中,就会出现泄漏。当然在PN=50MPa,液压缸工作是不会泄漏的。每种形式结构的密封件或密封装置,都有自己最佳压力密封有效区,不同形式结构的密封件或密封装置有不同最佳压力密封有效区。若不是依靠它的额定压力值来选某个形式密封件或密封装置,而是把它的额定压力值作为依据,并把它从零压力到额定压力pN=50MPa分成若干个压力区域:低压,中低压,中高压,高压,相对它的压力段,对应选用不同形式结构的密封件或密封装置。用以选出若干不同形式结构密封件(密封装置)组成液压缸的密封系统,此时的液压缸在工作全过程-无论低压,中压,高压-再不会泄漏。通过图1,尤其该图中合成密封特性曲线3充分说明:液压密封设计必须遵守线设计为主导,点设计准确,线点相结合的原则,换言之,在液压密封设计时,应以密封系统思维考虑密封效能,以密封位置要求为着手点进行设计;即合理选用不同类型密封件或密封装置,并将其优化组合,充分利用每种密封件的密封机理与特性,采用串联方式,组成较优的密封系统,加之有关机件合理沟槽的尺寸、表面粗糙度、配合间隙等确定。再加之合理装配工艺,就可以获得预期密封性能及无泄漏的效果。

斯特封与O形圈的密封曲线叠加示意简图

1.O形圈的密封曲线 2.斯特封的密封曲线 3.合成密封特性曲线

图1 斯特封与O形圈的密封曲线叠加示意简图

  (2)液压密封设计的依据

  液压密封设计的依据首先是工况,密封必须满足工况要求,密封件或密封装置的形式结构及其制造它们的材料必须与工况相应,这样才有可能达到关于液压密封设计目的:阻止密闭容腔内的液流体,越过密闭容腔的边界由高压侧流向低压侧,即所说的泄漏。

  常见的工况有压力、速度、介质、温度;所说的环境场所指的是海洋,陆地,天空,热带,温带,寒带;室外,室内,干净的与有灰尘的,充满腐蚀气体或只有空气的场所等。

  这里需要强调几点,上述各项都是在液压密封设计时必须考虑的因素,疏忽任何一项都有可能导致设计失败;其次对压力、温度与速度,绝对不应以静的观点去理解,一定要以动的观点去处理,也就足以它们变化作为设计的依据。所以设计的液压密封必须满足它全变化过程的要求。现举例说之,压力是液压密封设计的主要参数值,若某液压系统的额定压力为40Mpa,以此作为静密封设计尚足可以的。但作为动密封设计,选择某形式结构密封件,它虽然能保证该系统中执行体如液压缸,在压力p=40MPa不泄漏,但系统的压力往往由零压经过程(有时这过程很短,但总是存在)才有可能到达40MPa,那么这执行件在未到40MPa之前,它存在零压、微压、低压等,而液压缸在低压可能泄漏,而在设计液压密封时,特别动密封,就应该考虑到液体介质压力由零压到额定压力(特别中高压以上压力)的变化过程,为了不泄漏保证良好的密封,就有可能选用几个不同类型的密封件或几组密封件或密封装置满足液压密封的设计。如国际上对液压缸采用的是三组件或五组件密封。对工作速度也是要用变化的观点对待。因速度的变化影响相对运动件间的摩擦、摩阻力、密封件的磨损,甚至要考虑启动等诸多影响。温度也是一个变化的量,变化的参数。它对液压密封中的密封件材料影响很大,有的液压设备会在摄氏零下几十度然后工作到摄氏零上几十度甚至到达几百度以上,有的密封件的材料可承受这样大的温度变化范围,有的密封材料虽然有很多优良性能,如耐油、耐磨、机械强度高,但耐温性能不高,如聚氨酯材质密封件,当温度超过80℃以上,它就不适应,密封性能变劣,不能使用。故温度范围也是液压密封设计时必须考虑的变化参数;另外载荷虽能由压力反映出来,但压力不可能全部反映出载荷对密封的影响,故设计密封时必须对真实载荷有所了解与分析,如载荷的数值变化、方向的变化,它们各自变化幅度和变化的频度以及变化阶段所占据的时间,这样考虑一定会提高与完善所设计液压密封的可靠性。

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