工程机械液压系统用成型填料密封的结构特点与应用

1、工程机械液压系统用成型填料密封的结构特点与应用1.1 功用与要求            在工程机械用液压元件及液压系统中，密封装置用来防止液 压油的泄漏及外界灰尘、异物的侵入，以保证液压元件和液压系 统建立起必要的压力、提供充足的流量，使其能够正常地工作。             密封装置应能满足以下几点要求：在一定的压力、温度范围 内具有良好的密封性能；与运动件之间的摩擦力小，摩擦系数

2、稳 定；抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好且磨损后密封性能在一定程度上能自动补偿；结构简单，价格便宜，使用 与维护方便。  1.2 种类和特点             工程机械用液压元件和液压系统中使用的密封装置种类很多，如垫密封、机械密封、油封 密封、胀圈密封、防尘密封和成型填料密封等。其中应用最多的 是成型填料密封，它既可以用于静密封，也可用于动密封，但用 于动密封居多。       

3、0;    工程机械用液压元件和液压系统中，常用的成型填料密封及 其特点见表1。                                     2 成型填料密封    &

4、#160;        成型填料密封泛指用橡胶、塑料、皮革和金属材料经模压或 机加工成型的环状密封圈，其中应用最多的是橡胶密封圈。成型 填料密封中的填料，是依靠机械压紧力或介质压力作用下产生的               弹性变形而阻断流体泄漏通道的。其结构简单，密封效果好，品种规格多。按工作特性成型填料 密封分为挤压型和唇形两类；按形状又可分为O形、V形、U形、形、形和形等。 

5、60;     2.1 O形密封圈             O形密封圈简称O形圈、工程机械用液压元件及液压系统中 最常用的是橡胶O形圈。它成本低廉，密封性好，使用范围宽。例 如，工作压力以1.333×10-5到400MPa，温度从-60到200。               实践证明，O形橡胶圈有如

6、下优点：密封部位结构简单，安装部 位紧凑，质量轻；有自封作用，往往只用一个密封件便能完成密 封；密封效果好用于静密封时几乎可以实现“零泄漏”，用于往复运动密封时其密封性能不变、介质泄漏量甚少；运动阻力很小，对压力交变的工作条件适应性好；O形密封圈尺寸及安装 沟槽（形状、尺寸、技术要求等）已标准化，便于采购、安装和维修。             O形橡胶圈密封机理，如图1所示。         &#

7、160;                                a)平垫片工作时接触应力分布;b)O形图初始接触应力;c)密封面上的接触应力变化图a是平垫圈工作时的接触压力均匀分布，若介质内压Pi大于接触压力，则有可能发生泄漏。而O形橡胶圈的初始接触压   &#

8、160;           力是非均布的（图b），工作时在内压作用下O形橡胶圈沿作用力方向移动，并改变截面形状，密封面上的接触压力也相应变化 (图C)，其最大值Pmax大于介质内压，所以不发生泄漏。这种借助于介质本身压力来改变O形橡胶圈接触状态，使之实现密封的过程，称为“自封作用”。实践证 明，自封作用对防止泄漏是十分有效的。因此，在安装O形橡胶圈时应使其有一定的压缩变形。          &

9、#160;但应注意的是，O形橡胶圈的自封作用是有限度的。当内压过高 时，会出现O形橡胶圈的“胶料挤出”（橡胶嵌 入缝隙中）现象。此时虽然O形橡胶圈仍能维持密封，但实际已经损坏。             制做O形密封圈的橡胶材料有许多种，它们适用于不同的 工作条件(见表2)。因此在实际应用中，应根据使用条件选择合适橡胶材料制做的O形密封圈。           

10、0;                         2.2 V形密封圈             V形密封圈是一种唇形密封圈，多用于往复运动的活塞或活 塞杆的密封。V形密封圈多数情况下与压环、支撑环组合使用(见图2)，压环和支撑环一般用较硬的胶布压制

11、，中间的V形圈用丁腈橡胶压制。这种组合式的V 形密封圈能提供很高的稳定性和较好的耐磨、耐压性。                                       在自由状态下，V形圈的唇部外径大于填料腔的内径，

12、唇口 的内径小于活塞杆的外径（图a），这样装配后便产生一定的变形。由于支撑环的作用，这种变形只发生在唇口部位，并与其接 触部位产生压力，即使不施加压紧力，唇口也能封住一定的内 压，此即唇口的自封作用。介质的内压使唇口改变接触状态并加大接触应力，使唇部与活塞杆贴合得更紧密，因此阻止了介质泄 漏。由此可见，V形密封圈的密封机理是唇部的自封作用和填料 的密封作用的组合。             V形密封圈的V形圈数量取决于密封压力的大小，即压力高 时使用的V形圈多。但是，使用的V形圈多时摩擦

13、阻力增大，唇 口磨损也加大。因此，在实际使用中最好通过调整压力环的压紧力，使V形圈的唇部与活塞 、油缸或活塞杆的表面保持密切接触，达到防止泄漏、良好密封的目的。             与其他结构型式的成型填料密封比较，V形密封圈有如下优点：             1)使用范围广。V形密封圈适用于液压油、润滑油、水和乳化液等介质，零件线速度可达0.5m/s，使用温度

14、在-30200 ，压力可达40MPa。             2)允许一定的偏心载荷和偏心运动，耐冲击压力和振动压力。             3)可以多圈重叠使用，并通过调节压紧力来获得最佳密封效 果。            2.3 Y形密封圈  

15、;           Y形密封圈是为液压系统中的活塞、柱塞和活塞杆的密封而设计的，其橡胶圈由高硬度的丁 腈橡胶模压而成，工作唇部较宽，因此密封性好。             Y形密封圈主要依靠其唇部的自封作用来实现密封，亦即为 获得初始密封，装入沟槽中的Y形密封圈有一定的预紧力。在介 质压力作用下，由于密封唇圆周方向的变形，产生接触压力。随    

16、0;          着介质压力的增加，变形和接触压力随之增大，Y形密封圈达到 自封的效果。             Y形密封圈的密封机理，如图3所示。                    

17、60;                                   a)没压力;b)开始接触;c)有压力变大;d)达到工作压力           &#

18、160; 无内压时仅仅因密封唇端部（唇尖）的变形而产生很小的接 触压力（图b），当内压作用后与介质接触的密封唇每一点上均作 用有与内压相等的法向压力，所以密封圈底部将受到轴向压缩,而唇部受到周向压缩。唇部与缸壁接触而变宽，同时接触压力增 大（图C）。当内压进一步升高时，接触压力的分布形式和大小继续 改变，唇部与缸壁贴合更紧密，所以密封性更好。             Y形密封圈正常工作时也有极少量流动介质泄漏，这是由于 活塞运动时油膜积聚造成的。但是，活塞在往复行程中的泄漏情 况是不同

19、的。例如，当内压较低时，抽出行程中的泄漏量随内压增加而增大；相反，压入行程中则随内压增大而减小。当内压足够大时泄漏量不再随内压而变化，低压侧的压力上升到接近高 压侧时泄漏量接近常数。此外，Y形密封圈的泄漏与活塞往复运 动速度有一定的关系。例如，当活塞往复运动速度加大时泄漏量增加，这是因为随着活塞运动速度加快，活塞往复次数增多，油 膜的流体动力作用使油膜厚度增加，形成了油膜的快速积聚作 用。应指出的是，当流动介质的粘度越大，油膜厚度的增加越大，因此活塞往复运动速度所造成的泄漏量也越大。             2.4 J形和L形密封圈             J形和L形密封圈都是用于工作压力不大于1MPa的气压或 液压机械设备的密封，它们的结构分别如图4、图5所示。