摆动液压缸内部结构泄漏分析解读

1、摆动液压缸内部结构泄漏分析郭晗曦 张洪东（辽宁本溪北营钢铁集团公司 辽宁省 本溪市117000 ）摘要：本文主要讨论摆动液压缸的内部结构，分析摆动液压缸内泄露的原因以及改进方法，从两种液压缸内泄露 的实验数据进行分析对比，选择比较合适的减少内泄露的方法。关键词：摆动液压缸；内泄露；密封Internal Structure Swing Cylinder Leaks AnalysisGuo Han Xi Zhang Hong Dong（ BenXi BeiYing Iron&Steel Group LiaoNing BenXi 117000）Abstract ： This paper de

2、scribes internal structure swing cylinder leaks analysis of the causes and improvingmethods. Two hydraulic cylinder leaks from the comparative analysis of the experimental data, withoptions to reduce to the more appropriate way to vent.Key Word: swing; the hydraulic cylinder; in divulge; seal1 摆动液压缸

3、概述摆动液压缸又称摆动液压马达，它是输出轴能作往复摆动的液压执行元件，输入量是夜里和 流量，输出量是转矩和角速度、角位移（摆角） ，它的旋转角一般小于 360o，摆动液压缸最突出 的优点是：无需任何速变机构就可以使负载从直线运动直接获得往复摆动运动（ 旋转运动），它 能使输出轴在较低的转速下产生很大的扭矩、平稳的角速度、角位移。它是把压力转化成扭矩能 最合理最紧凑的装置，扭矩与重量尺寸比值很高。摆动液压缸按结构形式分为：摆动液压缸大体可分为叶片式和活塞式两大类。 叶片式摆动液压缸以其结构简单， 加工制造 相对容易，工作可靠等获得了非常广泛的应用。 其中叶片式摆动液压缸又可分为单叶片和多叶片。

4、摆动液压缸最大的问题是：运动部位（甚至由于加工不好时，静止部位）的密封困难，存在运动 间隙， 不可避免地会造成高低压腔间内泄露。随着工作压力的提高，此种内泄露会大幅度的增加。因而降低了摆动液压缸的总效率和使用寿命。摆动液压缸内外泄露变化会造成负载速度下降及生 产不需要的负载加速度，严重时会使摆动液压缸产生爬行。其中，摆动液压缸的内泄露不能太小 但也不能太大，太小不能保证低速平稳性，太大又易使系统刚度降低。为了得到满意的控制效果 及满足工艺要求，对摆动液压缸的内外泄露需要进行精确计算及控制。摆动液压缸应用于一般液压系统时，由于其启动转矩和输出转矩相比往往会很小，不会对系 统产生很大的影响。内泄露

5、造成的系统流量损失与整个系统的流量相比通常很小，所以他们都不 成为选择摆动液压缸的主要考虑因素，只是由于要使用在对负载有较高的低速平稳性要求及动态 品质要求较高的系统的情况下使用，就要考虑密封性的影响。由于直线往复运动的液压缸密封性相对较好，多以有的厂家生产齿轮齿条摆动液压缸，将旋郭晗曦，男，工学学士，无，从事管理设备运行- 2 - -转密封转换成直线密封。直线运动液压缸的往复运动通过齿条带动齿轮，转化成齿轮轴的正反向 的摆动旋转运动，同时直线运动液压缸的推力转化成齿轮轴的输出扭矩。由于齿轮轴的摆动角度 于齿条的长度成正比，因此齿轮轴的摆角可以任意选择，并能大于360o。目前摆动液压缸结构不断

6、改善， 工艺逐步精良， 密封材料品种增多， 所以结构紧凑， 输出扭矩大， 启动压力低，效率高，寿命长的摆动液压缸由于其突出的优点和良好的品质正被越来越多的设备 采用。2 叶片式摆动液压缸原理介绍叶片式摆动液压缸由圆筒、定叶片和输出轴一体的可以转动的叶片构成，如图从一侧油口（进油口）流进去的液体使油腔容积增加，同时流体压力加在动块的一侧使输出 轴产生转矩。单叶片摆动缸具有一对固定的可动块，其输出轴不仅传递扭矩，而且还受到由液压 力产生的径向负荷。此径向负荷由装在端盖上的轴承支撑。所以输出轴不仅对最大扭矩要有足够 的强度而且对径向负荷必须要有足够的刚度，使其不产生过大的变形。3 叶片式摆动液压缸密

7、封结构形式由于传统的叶片式摆动液压缸叶片呈矩形的，采用的密封圈往往会不选到标准的O 型圈，必须自行设计制造。按传统方式，新型的国产摆动液压缸BM-1000 相应选用的矩形的聚四氟乙烯密封圈，如图 2 所示。这是组合式密封件通过不同材料不同功能的密封件组合为一体，有效提高密 封装置的综合性能。本型 BM-1000 摆动液压缸，内部密封圈有一个润滑性能好，摩擦系数校的滑环和一个充当弹 性体的橡胶密封圈组合而成。滑环材料为摩擦系数极低的掺有玻璃纤维填充聚四氟乙烯，弹性体 为 O 型密封圈。利用橡胶圈的良好弹性变形性能，通过其预压缩力使滑环紧贴在密封偶合面上起 密封作用（即 O 型圈不与秘密偶合面直接

8、接触，不存在密封圈翻转，扭曲及被挤入间隙的问题）与密封面接触并有相对运动的是摩擦系数小（运动平稳， 无爬行）、自润滑性、 耐磨、 耐压性能好、 寿命长、抗粘着能力强的填充聚四氟乙烯环。所以此种密封圈用在矩形叶片摆动液压缸内部显著 的改善了运动性能。1 所示。- 3 - -4 叶片式摆动液压缸内泄漏分析产生泄漏的原因式组成液压密封工作腔的各零件间有间隙，且间隙两侧存在压差，间隙式主 要的泄漏通道。密封的作用就式封住接合面间隙，切断泄漏通道或增加泄漏通道阻力，以阻止泄 漏。叶片式摆动液压缸最常见的一种技术难题主要式如何保证密封工作腔之间的密封性。叶片三 侧与缸盖、缸体之间必须密封性良好，且摩擦力要

9、小，以避免影响机械效率和起动性能。尤其式 应用在动态品质要求高的电业伺服系统或对负载有特殊要求的场合，例如：低速平稳性要求高的 系统中。就必须对他们加以重视，内泄漏式影响负载平稳性的决定性因素，会造成负载速度下降 及生产不需要的负载加速度度，当在负载大时甚至会使摆动缸产生爬行。产生泄漏的原因是组成液压、气动密封工作腔的各个零件之间有间隙且间隙两侧存在压差， 即间隙是主要的泄漏通道。密封作用就是封住接合面间隙，切断泄漏通道或增加泄漏通道的阻力 以阻止泄漏。其主要技术难题是如何保证叶片工作腔的密封体间的不泄漏。传统摆动液压缸（矩形叶片式，见图3）主要的泄漏是在工作部件的间隙中产生的，内泄漏包括：定

10、子和前、后盖之间的泄漏 q5，叶片和前、后盖之间的泄漏 q6，此外，由于轴加工需要做 工艺槽，而此槽为环形，高压区的油会从轴肩和前、后盖的间隙泄漏至此槽，在从此槽泄漏至低 压区，形成泄漏量 q7。随着压力的升高即高低腔间油压差 p 增大，泄漏量增大。所以从理论分析就可以看出传统 意义上的摆动液压缸确实泄漏量大，即使改进密封工艺方法或改进密封件的材料也不能很好的解 决问题。5 新型摆动液压缸的内部结构鉴于传统摆动液压缸从原理上看出：因其叶片呈矩形，周边四角处的密封尤其困难内泄漏 大，（即使改进密封件材质、形式效果也不明显） 在特殊用途场合使用受到限制。而基于机械加工 能力的提高，随着液压执行元件

11、的结构不断改善，尤其是密封部位结构设计和加工工艺的改进， 密封材料的品种增加，摆动液压缸性能有了很大提高。- 4 - -新型大扭矩单叶片半圆弧型摆动液压缸有着体积小、运动平稳可靠，使用压力大，扭矩大， 旋转角度大及内泄漏比较小。以 BM 2000 摆动液压缸为例，具体参数：输出最大扭矩为 2000 N.m最大旋转角度为 210 度最大使用油压为 14 MPa该种液压缸为单叶片摆动液压缸， 如图 4 所示，压力油经 A 口或 B 口进入油缸的高压腔一侧， 推动动块 15 使轴 1 作 210 度旋转，轴 1 上的花键与工程机械连接后， 摆动液压缸就能使工程机械 作 210 度的往复转动，其最大工

12、作油压14MPa。在最大油压下，输出最大扭矩为 2000N.m。 也可以根据工程机械负载调节系统压力，使输出扭矩满足使用要求。动块和定块采取与其形状相同的密封板密封，密封板材料为聚氨酯。转动轴端面与前、后盖 为平面密封，因此必须保证轴 1、前盖 5、缸体 7、后盖 9、动块 15、定块 6 等主要零件的精度和 表面光洁度。摆动液压缸在运动过程中，前、后盖和缸体只与密封板接触，其使用寿命长。 安装时要保证缸的输出轴与工程机械连接轴的同轴度，以防止在运动过程中产生对摆动液压缸主 轴附加偏心力而使摆动液压缸零件过早磨损，还要注意缸内动块位置，与工程机械位置相对应， 以使机械旋转角度及动块在工作时不致

13、碰撞定块。此类液压缸的最大特点时动块、定块与两端盖的接触面为半圆形，即两个端盖、动块、定块 都要制造呈圆弧形状，加工时对要求密封的相邻表面进行研磨，做成密和的镜面；同时对应的密 封件也采用弧形密封板也是唇形板，当压力油进入油腔空腔时，油撑开唇型密封板，使密封板的密封性能达到最佳，油压越大密封效果越好，减少磨损密封板的机率。通过一些措施，降低了传 统单片式摆动液压缸的泄漏量。但综上所述这样制造复杂，操作困难，要求工艺性好，成本高。 改进后的缸内泄量比改进前的缸内泄量减少很多。 对两种单片式摆动液压缸进行内泄漏对比试验， 试验数据如下表所示。- 5 - -6 结论：从以上分析可知， 采用摆动缸叶片弧形结构形式， 能降低内泄漏量， 能达到比较满意的效果。参考文献1） 李树立 . 焦宗夏 . 叶片式摆动液压马达泄露计算与控