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格莱圈在某机型中的应用
添加:2019-6-3 11:57:26    游览:19058    来源:网络

  摘 要: 该文分析了格莱圈的结构特点及密封原理,对塑性材料聚四氟乙烯和弹性体材料橡胶的性能进行了对比介绍,说明了设计、检验及安装的相关要求及方法。

  关键词: 格莱圈; 密封原理; 密封材料; 设计安装

  在液压、气动系统中设置密封圈的作用,在于防止工作介质的泄漏以及外界尘土和杂质的进入。格莱圈( GLYD RING) 是由塑性密封圈与橡胶密封圈两种材料构成的孔用组合密封。(相关阅读:组合密封圈之格莱圈)相对静止的结合面之间的密封称为静密封,相对运动的结合面之间的密封称为动密封。格莱圈用塑料做摩擦件,起动密封作用; 用橡胶作弹性件,起静密封作用。格莱圈广泛用于航空、宇航、建筑、化工、矿山等各种机械的液压密封装置中。某型飞机因其液压油箱内大直径活塞与筒体之间的动密封问题而选用了格莱圈。

  1 结构特点及密封原理

  格莱圈是由O形橡胶密封圈和方形填充聚四氟乙烯( PTFE) 密封滑环两个组件组合而成的。其结构简图如图 1。它是将填充聚四氟乙烯密封件与橡胶密封件不经粘接而采用机械组合的方法将它们安装在密封腔体中起密封作用的,在使用时摩擦低、启动小、无爬行并且耐高温、耐高压、耐介质,是一个双向密封圈。在无压力时,靠 O 形橡胶密封圈的初始预压缩变形和填充聚四氟乙烯滑环的过盈量起密封作用; 在有压力时,由于介质压力的作用使 O 形橡胶密封圈更加的贴紧 滑环内壁和沟槽壁而起密封作用,属于压紧型密封( 如图2 所示) 。使用一段时间以后,由于滑环与油缸内壁有滑动,将会出现摩擦磨损,这时靠弹性体O 形圈对滑环的径向压力而使滑环贴紧油缸内壁实现密封,O 形圈这时起一个密封补偿作用。也就是说O 形橡胶密封圈除了起静密封作用以外, 还起一个密封补偿作用。

图 1 格莱圈截面图

图 2 格莱圈安装示意图

  2 密封材料

  密封的可靠性不仅与所选用的密封元件有关,还与所采用的密封材料有着密切的关系。在液压系统中,如果要求不苛刻的密封装置,可以使用单一的纯橡胶密封件密封,但如果工况条件比较恶劣,仍然选用纯橡胶制品密封,则达不到满意的效果,而采用聚四氟乙烯结合橡胶密封件来进行密封,就能够达到使用要求,并且使用寿命更长。聚四氟乙烯( PTFE) 不仅具有优良的耐热性、耐腐蚀性,而且摩擦系数低,具有自润滑性,是用于滑动摩擦零件的一种重要的复合材料基体。但由于纯聚四氟乙烯的硬度低,耐磨性差,人们对聚四氟乙烯进行了改性的研究,发现在聚四氟乙烯中加入一定比例的二硫化鉬、铜粉、玻纤等进行填充,其强度,硬度及耐磨性可以得到明显的提高。纯橡胶制品,动密封摩擦系数大( 在油中= 0. 6) ,密封件就会很快生热,产生老化,加剧磨损,减少使用寿命。纯橡胶制品的耐温范围也比较窄( NBR = - 50 ℃ ~ + 130 ℃ ,FPM = - 30 ℃ ~ + 200 ℃ ) , 耐温性不好,老化速度就快,寿命就短。再有纯橡胶制品一般耐化学稳定性差,制品在介质中容易产生溶胀,很快产生密封失效, 所以,纯橡密封胶制品只适合一般工况条件下的密封系统使用。聚四氟乙烯摩擦系数小( 在油中 = 0. 04) , 耐温范围广,它耐高低温, 耐介质, 化学稳定性好。用填充聚四氟乙烯滑环作动密封件与运动摩擦面相接触,可降低摩擦系数,减少生热和磨损。所以,它能在比较苛刻的工况条件下工作。纯胶制品弹性好,摩擦系数大; 填充聚四氟乙烯制品弹性差,摩擦系数小,将它们组合在一起的格莱圈能够起到一个优势互补的作用,使用压力可达 40 MPa, 往复运动速度可达 15m /s( 压力最大时, 速度最小; 压力最小时, 速度可达最大) 。

  另外,在该组合密封中,O 形圈弹性体材料和填充聚四氟乙烯滑环填料均可根据使用工况条件( 如: 温度、压力、介质等) 的不同而选用不同的材料。20 世纪 70 年代美国杜邦公司开发的氟弹性体全氟醚橡胶( Kalrez)具有聚四氟乙烯的耐热、耐化学稳定,能耐氟溶剂以外的一切溶剂, 由全氟醚橡胶加工的密封制品可以在260 ~ 290 ℃ 下长期使用,间断使用温度可达到315 ℃ ,目前 耐热性能最好的氟橡胶。采用聚四氟乙烯( PTFE) 材料为基体与各种有机或无机填料,如: 石墨、铜粉、碳纤维 ( CF) 、聚酰亚胺( PI) 、聚醚醚酮( PEEK) 、聚甲醛( POM) 和聚苯硫醚( PPS) 等材料复合,可开发出适用于不同应用情况下的产品[1]。(相关阅读:全氟聚醚橡胶结构、性能与硫化机理

  3 设计及安装

  由于滑环与油缸内壁呈面接触,且滑环回弹差,要靠 O 形圈作密封补偿,因此,格莱圈在进行结构设计时:

  (1) 滑环壁厚 B( 如图 3) 不宜设计过厚;

图 3 滑环结构

  (2) 只以弹性体 O 形圈的预压缩量作为总的预压缩量来计算;

  (3) 滑环与油缸内壁的过盈量要小。

  在进行沟槽设计时,要考虑弹性体 O 形圈压缩变形时体积不变的特点,留变形空间。格莱圈安装沟槽尺寸及加工精度如图 2,为了减少摩擦,提高密封件的寿命,对与密封件接触的槽壁有粗糙度要求。滑动面Ra = 0. 8 μm; 沟槽底部 Ra = 1. 6 μm; 沟槽侧面 Ra =3. 2 μm。间隙的选取随压力增大而减小, 该200 型格莱圈最大间隙 Smax = 0. 5 m ~0. 2 m( 见图2) 。

  格莱圈在安装前要对密封件进行外观质量检查。

  填充聚四氟乙烯滑环外观质量应符合下列条件:

  (1) 工作面不应有凸凹、起泡、缩孔、毛刺、划痕、分层,缺损,裂纹等质量缺陷;

  (2) 色泽均匀、不应有麻点、斑块、杂质;

  (3) 工作表面粗糙度 Ra = 0. 8 μm;

  (4) 非工作面粗糙度 Ra = 1. 6 μm。

  O 形密封圈在安装前应检查: 密封件有无孔隙、裂纹、杂质、气泡、老化、粘连、损伤 ( 划伤、刻痕、切伤等) ,表面应当光滑、清洁。检查时可将密封圈套在锥棒或轴杆上,并捋卷圈身以检查内径表面有无细微裂纹或其它缺陷。在捋卷圈身时可以略为拉伸,( 一般拉伸内径不得超过50% ) 。

  飞机密封件在进行拆装时为避免损伤飞机构件及密封件,只能使用钝头钝边的非金属的工具( 推荐使用柳木棍) ; 拆下的密封件不能重复使用,要按照飞机手册的规定剪断报废进行更换; 使用前要注意检查包装袋标注的耐温、耐介质、件号规格以及存储时间是否符合飞机手册规定; 需要安装密封件时,才从包装中取出,以防污染密封件; 安装前要彻底清洁构件安装面的沉积物及外来物并按飞机手册规定进行密封件的清洁、润滑; 安装后清除多余的润滑剂; 若密封件要通过尖锐的螺纹或台阶表面安装,要用导套将螺纹或台阶表面覆盖,以防损伤密封件( 如图 4) ; 滑环由于弹性较差,硬度较高,不易安装。安装前可先将滑环在 100 ℃的使用油液( 或水) 中浸泡20 min,使其变软,然后用图 4 所示工装将其装入活塞的沟槽中。其安装步骤为:

  (1) 好的导套套在活塞上,把O 形圈套在导套上用压套将 O 形圈推入活塞沟槽里;

  (2) 方法将滑环套在导套上,用压套将滑环推入活塞沟槽里;

  (3) 格莱圈的活塞装入定径套里保持 5 min ~ 10min 即可取出;

  (4) 定径套里取出后立即装入缸口带有保护套的油缸里。

图 4 格莱圈安装工装图

  图 4 所示压套由弹簧钢加工出均匀对称的槽口。导套和压套各部位都应进行倒角和去毛刺处理,压套槽口部分要抛光,以免损坏密封圈。安装完成后确认安装正确,密封件没有扭曲。

  4 结束语

  格莱圈因其摩擦低、启动小、无爬行、耐高压、耐温、耐介质、性能稳定等许多优于普通单一纯橡胶密封圈的优势而用在飞机液压系统中。随着飞机液压系统对密封圈使用要求的提高,以及新材料、新工艺的研发,格莱圈在飞机液压系统中将会得到更加广泛的应用。

  参考文献:

  [1] 彭旭东,王玉明,黄兴,李鲲. 密封技术的现状与发展趋势[J].液压气动与密封,2009,(4) .

  [2] 赵亚波.组合密封圈在直升机液压系统中的应用[J].润滑与密封,2008,(3) .

  [3] 广廷洪,汪德涛. 密封件使用手册[M].北京: 机械工业出版社,1994.

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