单体液压支柱密封系统的分析与研究.docx

图 7 改进后液压式双缸压力机液压回路图 单体液压支柱密封系统的分析与研究席党生 1廖炳轩 2（1.天府矿业公司机电设备分公司 ，重庆401535；2.重庆市合川区康佳煤业有限公司 ，重庆401535）要:本文慨述了单体液压支柱密封系统基本情况 ；阐述了循回使用多次的旧支柱密封机理 、分析了密封装置的设计方案 ；设 计 了 新摘型宽带密封装置 ；测试和分析了技术经济效益 ；推 广 应 用 前 景 。关键词：宽 带 ；密 封 ；机 理中图法分类号：tb42文献标识码：a文章编号：1008-0813(2009)03-0049-04single hydraulic pillar sealing systems analysis and researchxi dang-sheng1liao bing-xuan2(1.tianfu mining company electrical and mechanical equipment division， chongqing 401535， china;2.chongqing hechuan area kang jia coal industry co.， ltd， chongqing 401535， china)abstract:this article outlined a single hydraulic pillar system seals the basic situation;expounded on many back through the use of the old pillars of the sealing mechanism, analysis of the seal design; design a new type of broadband seal; testing and analysis ofthe economickey words:benefits of technology; popularizationandapplication prospects.broadband;sealing;mechanism引言目前国内外的单体液压支柱静联接部位 使 用 o 形 密 封 圈 ，动联接部位使用 y 形 密 封 圈 ，这 两 种 密 封 圈 能年限要求 。 国内外的许多研究机构 、企业都在研究改型的 密 封 装 置 ，力图延长单体液压支柱的使用寿命 ，较 低 修理成本 、减少新购支柱的资金投入 。 目前出现的改型 密封装置有充压式密封装置 、加长双向封装置 。 它们的特点都是增大密封面积 、 通 过 充 压 增 加 c 形 半 椭 圆 薄 壳 密 封 圈 、y+c 形薄壳密封圈在密封装 置 部 位 的 紧 固力 。 这类密封装置没有充分利用橡胶密封圈与装置部 位 的 预 紧 力 ，同时改变了活塞 、底 座 的 结 构 ，丧 失 了 单0够 达 到新制造支柱的密封性能标准 ，但对循回使用多 次 的 旧 支 柱则密封性能变差 ，达不到良好的密封效果 ，修 复 的支柱合格率相当低 。 根据单体液压支柱规定的 使 用 年 限 要 求 ，若 沿 用 传 统新制造支柱的 o 形 、y 形 密封 圈 这 种 密 封 装 置 ，无论如何都无法满足规定的使用 体 液压支柱零配件的通用性 ，增加了零配件制造的复 杂 程 度 。 整根支柱的密封系统都变得制造难 、琐、极其复杂 ，其推广应用难度大 。装 配 繁收稿日期：2008-12-03作者简介：席 党 生 ，毕业于华中科技大学 ，高 级 工 程 师 ，主 要 研 究 矿 井 液 压 支 护 。本研究根据循环使用多次的旧支柱密封面产 生 腐!结语经过改进的液压式双缸压力机，不仅实现了单次工 作和循环工作两种选择功能，而且简化了结构。 采用了 plc 控制，使设备运行快速、准确、可靠，可以适用于工 厂车间、实验室等多种条件下，将会有更广泛的应用。参 考 文 献1 陆 敏 恂,李 万 莉.流体力学与液压传动m.上 海:同 济 大 学 出 版 社,2006.2 路 甬 祥.液压气动技术手册m.北 京:机械工业出版社,2003. 3 左 健 民.液压与气压传动m.北 京:机械工业出版社,2005.4 廖 常 初 .plc 编 程 及 应 用 (第 三 版 )m.北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ,2008.5谌 铎 文 , 陈 柏 羊 . 普通压力机改造方案研究 j. 液 压 与 气 动 ,2008(4):66-67.6 杨 清 娟.行程可调式新型液压缸j.一 重 技 术,2008(2):35-36. 7 王 元 荪.阀门双速控制液压缸j.机 床 与 液 压,2008(6):188.493图 1 传 统 密 封 装 置图 2 典型充压式密封装置 液压气动与密封/2009 年第 3 期蚀 斑 块 、锈 蚀 麻点破坏密封系统机理 ，研制一种充分利 用橡胶密封圈 与装置部位的预紧力 ，既增大密封面积 ， 又 不 改 变 活 塞 、底 座 的 结 构 ，提高支柱密封性能 、延 长 使用寿命的新型宽带密封系统装置 。本文提出的解决方法 是将窄带密封改为宽带密 封，研制一种新型宽带密封装置 。 从根本上解决循回使 用多次的旧支柱密封系统修复问题 。密封装置设计方案分析传统密封装置单体液压支柱静联接部位使用 o 形 密 封 圈 ，22.1密封机理密封系统存在的泄漏问题dz（dw）型单体液压支柱 高压腔由三用阀与活柱 11.1动 联接部位使用 y 形密封圈 ，传统的密封装置如图 1 所示。柱 头 42 孔 、活 塞 与 活 柱 80 孔 、底座与液压缸底部 100 孔 ，采 用 o 形密封圈静联接密封 ；活 塞 与 液 压 缸 体 100 孔 ， 采 用 y 形密封圈动联接形成支柱 的 高 压腔 。 在 高 压 腔 内 ，只要其中一个密封部位泄漏 、其 高 压腔被的密封就被破坏 ，支柱会产生降压 、下 落 ，给 支 护 安全构成威胁 。单体支柱外部泄漏是三用阀及 42 孔 ，直 观 不 须进 一 步 研 究 。循回使用多次的旧支柱 ，底 座 100 孔 、活 塞 与 活 柱 80 孔静联接密封部位 ，采 用 普 通 o 形 密封圈密封面积 偏 小 ，由于长时间使用 ，被密封面上产生 该密封装置活塞与活柱体 80 孔 、底 座 与 液 压 缸体 100 孔静联接密封部位 ，采用普通 o 形密封圈 。 它了 锈 蚀 斑 迹 、 麻 点 群 ，在高压作用下易于产出局部泄 形 成 的是线接触密封 ，不能有效覆盖旧支柱密封面上 漏 ；活 塞 与 液 压 缸 100 孔动联接密封部位 ，采 用 普 通的 y 形 密 封 圈 装 置 ，对液压缸而言是线接触密封 ，从 微 观角度看也是 一 种 窄 带 密 封 ，其密封面积很小 ，不 能 覆盖面积大于密 封带的锈蚀班迹 、麻 点 群 ，造 成 高 压 腔 与 大气腔相通 ，支柱发生泄漏 。产生了锈蚀斑迹 、麻点群 。 活塞与液压缸 100 孔动联接 密 封 部 位 ，采 用 普 通 的 y 形 密 封 圈 装 置 ，对 液 压 缸 而 言 仍 是 线 接 触 密 封 ，从微观角度看也是一种窄带密封 ，其 密 封 面 积 很 小 ，不能覆盖面积大于密封带的锈蚀斑 迹 ，麻 点 群 ，造成高压腔与大气腔相通 ，支 柱 发 生 泄 漏 。不适用于循回使用多次的旧支柱密封系统修复 。解决支柱密封系统泄漏的方案液压支柱出现泄漏 ，表现为延时降压 、支 柱 下 落 ， 对 安 全 构 成 极 大 威 胁 。 因此许多科技工作者开始解决 支 柱 泄 漏 的 研 究 。 目前这些研究成果都必须对液压支 柱的心脏零件 “活塞”、底座进行改制 。 使得装配操作比 普通密封装置复杂 ，修理成本增大 。本研究是在不改变活塞 、液 压 缸 、活 柱 、底 座 原 设1.2充压式密封装置一种典型充压式密封装置 ，单体液压支柱静联接 部位使用半椭圆形薄壳密封圈 ，动联接部位使用 y+c 形薄壳密封圈 ，如图 2 所示。2.2计 的 前 提 下 ，充分利用橡胶密封圈与装置部位的预紧 力 ，拓 宽 密 封 带 。 动 联 接 部 位 ：采 用 新 研 制 的 形 密 封圈代替 y 形 密 封 圈 ， 将 y 形密封圈的窄带密封改为 形 的 宽 带 密 封 ， 通 过 形密封圈固有 弹性的原理随机 实现密封补偿 ，有效防止高压液串入大气腔 。 它主要解决循回使用多次的旧支柱液压缸内壁出现的锈 蚀 斑迹 ，麻 点 群 及 缸径微量超差等问题 。 静 联 接 部 位 ：旧 活 塞 、旧 活 柱 、旧 底 座 ，均采用本研究中研制的椭 圆 形 密该密封装置活塞首先需要改制 ， 将活塞与活柱体 80 孔密封圈装置沟槽宽度由 5.6mm 改 成 10mm， 开 沟 槽 、均 布钻孔使其与活塞内孔相通 ，以便充高压液体 封 圈 ，其 目的是经过拓宽密封带挤压橡胶密封圈填补 进入半椭圆形薄壳密封圈 。再 将 活 塞 与 y 形 密 封 圈 联活 塞 、活 柱 、底座联接沟槽的锈蚀斑迹和麻点群 。 防 止高压液体从活柱 80 孔 、 底 座 100 孔 渗 入 大 气 腔 。 通 过 动 、静 联 接密封系统的改进 ，达到在一定范围内消 除支柱泄漏的目的 。50接 密 封 部 位 ， 由密封圈固定轴肩装置改为活动的螺纹 连 接 装 置 （否则该密封圈无法安装 ），也 需 要 开 沟 槽 、均 布钻孔使其与活塞内孔相通 ，以便充高压液体进入 y+c 形 薄 壳 密 封 圈 。 同样底座与液压缸体 100 孔 密 封图 3 新型宽带密封装置 表 1 形密封圈的主要参数表 2 椭圆形密封圈主要参数 hydraulics pneumatics & seals/no.3.2009圈装置沟槽宽度由 5.6mm 改 成 10mm，开 沟 槽 、均 布 钻宽带密封圈设计3孔 使 其与底座内空部位相通 ，椭圆形薄壳密封圈 。以便充高压液体进入半 3.1 形、椭圆形密封圈设计原则保证单体液压支柱金属零配件的通用性 ，设计 形、椭圆形密封圈与活塞 、底座联接相关尺寸 ，满足活 塞、底座联接沟槽尺寸 ，故活塞不作任何改变 。 形密封圈与缸体密封面唇口延长 ，外径尺寸与 y 形密封一致。 椭圆形密封圈的短轴与 o 形密封圈直径一致 ，长 轴等于活塞 、底座相应沟槽宽度尺寸 。该密封装置改变了活塞 、 底 座 的 结 构 ， 丧 失 了 单体液压支柱零配件的通用性 ，增 加了零配件制造的复 杂 程 度 。 橡胶密封圈设计制造的 复 杂 性 增 大 ，将 橡 胶 压缩性预张力密封完全丧失 。 整根支柱的密封系统都 变 得 制 造 难 、 装 配 繁 琐 、 极 其 复 杂 ， 其推广应用难度 大 。 形、椭圆形密封圈参数(1) 型密封圈的主要参数 ，如表 1 所示。3.2新型宽带密封装置一种新型宽带密封装置 ，单体液压支柱静联接部 位使用椭圆形实体密封圈 ，动联接部位使用 形密封 圈，如图 3 所示。2.3(2) 椭圆形密封圈主要参数 ，见表 2 所示。该密封装置活塞采用标准普通活塞 ， 保 证 了 单 体液压支柱零配件的通用性 。 将 o 形密封圈设计 成 椭 圆 形实体密封圈 。 将 y 形密 封 圈 设 计 成 形 的 宽 带 密 封 圈。这种新型宽带密封装置主要是改 变 了 传 统 y、o 形 密封圈设计 。 o 形密封圈设计成成椭圆形实体密封圈 ，增大了密封面积 ，仍 保 持 o 形密封圈的密封原 理 和 性能 ， 椭圆形实体密封圈装在沟槽内受到一定的预压力 作 用 ， 在接触面上产生初始压力 ，从而获得预密封效 新型宽带密封装置测试从测试合格的支柱中任选一批 ，进行了主要技术 指标测试 ，其结果如下 ：(1) 低压密封测试 ：在2mpa 的压力下 ，稳压 4h，无 渗漏，无压降 。(2) 高压密封测试 ：在额定的工作压力下 ，稳压 4h，无渗漏 ，不压降 。(3) 强度试验 ：支柱升至最大高度 ，轴向加载为额 定载荷为 150%，稳压 5min，不变形不破损 。(4) 寿命试验 ：在 110%额定工作压力下 ，往复升降2 000 次，累计行程 70m，进行高 、低压密封试验 ，稳压16h 无渗漏 。(5) 使用范 围 测 定 ：100 缸径的单体液压支柱 ，液513.3果 。 在 受 到介质压力作用后 ，产 生 自 封 作 用 ，接 触 面 接触压力素质上升 ，从而增强密封效果 。 静联接密封条件 下可承受 100mpa。 y 形密封圈设计成唇口延长的 形密 封 圈 ，增大了密封面积 ，仍 保 持 y 形密封圈的密 封 原 理 和 性 能 ，它有较显著的自紧作用 ，无 压 时 ，其 唇 部 与缸 体 密 封 面产生初始压力 ，以保持低压密封 ，其 尾 部 与缸体密封面保持一定间隙 ， 压 力 液 对 形 密 封 圈 的 谷 部 产 生 径 向 压 力 ，使唇口与缸体密封面增加接触压力 ，增强密封效果 。最佳密封效果 。 形密封圈由于增大了密封面积 ，达 到综上所述 ，新型宽带密封装置对循回使用多次的单体液压支柱的修复适用性最强 。液压气动与密封/2009 年第 3 期压 缸 内 壁 、活 塞 沟 槽 、底座沟槽的密封面 ，允 许 麻 点 群 、锈 蚀 斑 迹 深 度 0.20.8mm，面 积1025m2，液 压 缸 椭 圆度 1000.80。敏感性低于普通密封装置 。 矿井使用情况表明 ，新型宽带密封装置比充压式密封装置更经久耐用 。结论新型宽带密封装置系目前国内先进的密封装置 ，将窄带密封改为宽带密封 ，从根本上解决循回使用多5测试分析技术经济效益(1) 对 比 测 试 1：在同等条件用普通密封装 置 装 配60 根，用新型宽带密封装 置 装 配 60 根 ，经 过 微 机 初 压 、 稳 压 20min，普通密封装置合格 32 根 ，合 格 率 53%，新 型宽带密封装置的合格 56 根。 合格率 93%。(2) 对 比 测 试 2：同等条件用充压式密封装 置 装 配60 根，用新型宽带密封装 置 装 配 60 根 ，经 过 微 机 初 压 ， 稳压 20min，充压式密 封 装 置 合 格 51 根 （在 装 配 过 程 中 该 密 封 圈 有 4 套 出 现 破 裂 ，装 配 后 无 法 检 查 ）， 合 格 率 为 85%；新型宽带密封装置合格 57 根，合格率为 95%。 (3) 矿井使用对比测试 3：将采用新型宽带 密 封 装4次的旧支柱密封系统修复问题 。通过技术经济效益分析，具备了省工 、降低成本 、提高合格率 、矿井支护更安全等诸多优点 。新型宽带密封装置使用范围测试结果 ：100 缸径 的单体液压支柱 ，液压缸内壁 、活塞沟槽 、底座沟槽的 密封面 ，允许麻点群 、锈蚀斑迹深度0.20.8mm，面 积1025m2，液压缸椭圆度 1000.80。新型宽带密封装置的推广应用 。实现了单体液压支柱金属零配件的通用性 ，同时保持原有的装配方式 。整根支柱的密封系统都制造容易 、装配方便 、操作简 单，推广应用快捷 。参 考 文 献置 修 复 合 格 的 113 根 支 柱 ，投入天府矿业公司三汇三 矿 使 用 。 跟 踪 258 天 支 护 ，将这批支柱中失效的 10 根运回分公司解体 。 经 检 查 ：属防尘圈的防尘效果差 ，粉 煤 、颗粒状尘土堆积在 形密封圈低压侧 ，外 动 密 封 唇被挤压破裂 ，导致密封失效 。将 采用充压式密封装置修复合格的 80 根 支 柱 ，投1国家安全生产监督局 、煤矿安全监察局.煤 矿 安 全 规 程m.北京:煤炭工业出版社,2004.煤炭工业部物资供应局编著.单 体 液 压 支 柱m.北 京:煤 炭 工 业 出 版 社,1987.中华人民共和国劳动部 、煤炭工业部颁发.液 压 支 架(柱)修 理 工m.北 京:煤炭工业出版社,1998.机 械 设 计 手 册 联 合 编 写 组 编.液压传动和气动m.北 京:化 学 工 业 出 版 社,1983.煤炭工业部颁发.单体液压支柱维修规范m.北 京:煤 炭 工 业