双作用多级液压油缸密封装置的改进.pdf

2 0 1 4年 7月 第 3 9卷 第 7期 润滑与密封 L UBRI CAT I ON ENGI NEERI NG J u 1 ． 2 01 4 V0 1 ． 3 9 NO ． 7 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 0 2 5 4 0 1 5 0 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 2 6 双作用多级液压油缸密封装 置的改进 张国勇 陈斌。 1 ．四川化工职业技术学 院 四川 泸州 6 4 6 0 0 5 ； 张丽 高朝祥 2 ． 泸州天府液压件有 限公 司 四川 泸州 6 4 6 0 0 0 摘要针对双作用多级油缸密封装置在使用过程中存在的划伤、失效、变形等缺陷，在油缸密封装置的滑环两侧 设置支撑环 ，避免了滑环唇边被挤入过油孔划伤破坏 ，采用双 0形密封圈结构并在 0形 圈的密封槽 内设置挡圈 ，避免 了0形密封圈被间隙咬伤和中心活塞杆与相邻缸筒之间严重磨损，从而保证密封可靠，延长油缸在高压环境中的工作 寿命 。 关键词双作用多级液压油缸；密封装置；密封圈 中图分类号 T B 4 2 文献标识码 B 文章编号 0 2 5 4一 o 1 5 o 2 0 1 4 71 2 4 3 I mpr o v e me n t o f M u l t i - s t a g e Hy dr a ul i c Cy l i n de r Do u b l e - a c t i n g S e a l i ng De v i c e Zh a n g Gu o y o n g Ch e n Bi n Zh an g L i Ga o Ch a o x i a n g 1 ． S i c h u a n C h e m i c a l V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ，L u z h o u S i c h u a n 6 4 6 0 0 5 ，C h i n a ； 2 ． L u z h o u T i a n f u H y d r a u l i c C o ． ，L t d ． ，L u z h o u S i c h u a n 6 4 6 0 0 0。C h i n a Ab s t r a c t Ai me d a t t h e d e f e c t s e x i s t e d a t t h e mu l t i s t a g e d o u b l e a c t i n g c y l i n d e r s e a l i n g d e v i c e ， s u c h a s s c r a t c h f a i l u r e ， d e f o r ma t i o n a n d e t c ， t h e s u p p o ri n g s w a s s e t u p o n b o t h s i d e s o f t h e s l i p r i n g o f t h e c y l i n d e r s e ali n g d e v i c e t o a v o i d t h e s l i p r i n g l i p s t o b e s q u e e z e d i n t o t h e o i l h o l e a n d b e s c r a t c h e d， d o u b l e 0 r i n g s t r u c t u r e w a s u s e d a n d t h e r e t a i n i n g ri n g w a s s e t u p i n t h e g r o o v e o f 0 一 r i n g t o a v o i d t h e O r i n g t o b e b i t t e n b y t h e g a p a n d t h e s e v e r e w e a r b e t w e e n t h e c e n t e r p i s t o n r o d a n d t h e a d j a c e n t c y l i n d e r ．A f t e r i m p r o v e d ，t h e r e l i a b l e s e ali n g o f t h e mu h i - s t a g e d o u b l e a c t i n g c y l i n d e r i s e n s u r e d ，t h e s e r v i c e l if e o f t h e c y l i n d e r i n t h e h i g h p r e s s u r e i s p t o l o n g e d ． Ke y wo r d s mu l t i s t a g e d o u b l e a c t i n g h y d r a u l i c c y l i n d e r ；s e a l i n g d e v i c e ； s e a l i n g r i n g “ 十二五” 期 间，随着大量路桥工程开始建设， 对路桥建设设备必须的双作用多级油缸液压系统的需 求量将大大增加，同时也要求双作用多级油缸液压液 压系统具有更高的压力及更高的效率⋯。为满足大压 力、高效率的工作要求，双作用多级油缸液压液压系 统的工作压力不能低于 1 5 MP a ，工作流量不能低于 7 ． 5 L ／ m i n ，支腿油缸单支推力不能低于 4 0 k N，支腿 油缸单支伸出速度不能低于 2 ． 5 m ／ m i n 。 双作用多级油 缸的 主要结构 包括 外缸筒 、端 盖 、 中心活塞、位于外缸筒与中心活塞之间的至少一级中 间油缸 ，在 中心活塞杆 内还设 有伸 出油路 和 回油 收稿 日期 2 0 1 4一O 11 0 作者简介张国勇 1 9 8 1 一 ，男，工学学士 ，讲师 ，从事机械设 计及控制技术方面的科研和教学工作 ． E m a i l z h a n g y o n g 6 4 2 1 5 3 1 6 3 ． c o m． 通讯作者 高朝祥 1 9 6 5 一 ，男，教授 ，研究方向为机械设计 及机械结构强度 ． E m a i l g c x 3 1 0 0 1 6 3 ． c o m ． 口 - 3 ] 。其密封结构 主要 由位 于密 封槽 内的单 O形 密 封圈及滑环组成，滑环和 O形密封圈均为橡胶材质。 通过 O形密封圈的变形使滑环贴紧中间缸筒或外壁 缸筒的 内壁 ，达到密封 的 目的。油缸无杆 腔的液压油 是通过 中心活塞杆 内设置 的油 管进入 ，中心活塞杆组 件、第一级中间缸筒和第二级中间缸筒在液压油的作 用下依次向外伸出。当各级活塞杆组件需要缩回时， 则液压油通过 中心活塞杆上 的回收油路进人 中心活塞 杆有杆腔，各级活塞杆组件在回油压力的作用下依次 缩 回，无杆腔 的油液通过 中心 活塞杆 上的伸出油路排 出至油箱 。 传统双作用多级油缸液压系统在大压力、高效率 工作要求下存在的主要缺陷是油缸密封装置不可靠， 寿命短 。本文作者分析导致传统双作用多级油缸液 密封装置寿命短的主要原因，并提出了改进措施。 1 双作用多级液压油缸密封装置存在 的问题 在实际使用中，双作用多级油缸密在油压较高的 2 0 1 4年第 7期 张国勇等双作用多级液压油缸密封装置的改进 情况下运行一段时间后 ，发现滑环前进方向向外的唇 边破坏严重，O形密封圈出现被间隙咬伤的现象，中 心活塞杆与相邻缸筒之间出现严重磨损现象 ，严重影 响了液压油缸的平稳性 、可靠性和使用寿命 ，甚至可 能直接导致液压油缸 不能正 常工作 。 经分析，存在上述问题的主要原因如下 1 传统的大车多级双作用油缸采用的是单 O 形圈密封结构 ，如 图 1 所示 ，滑环在同时承受较大压 力 P和 O形 圈变形力 F时 ，滑环前进 方 向上唇边 所 受压力过大，被挤入过油孔，导致滑环破坏，因而滑 环的密封性能降低 ，油缸的使用寿命缩短。 1 ． O形 密封 圈2 ．中心活塞杆3 ．滑环4 ．过油孔 5 ．第一级中间缸筒 图 1 油缸滑环密封结构局部放大图 Fi g 1 P a r t i M e n l a e d v i e w o f c y l i nd e r s l i p rin g s e a l s t r u c t u r e 2 由于滑环与滑环槽之间存在装配间隙，在液 压油压力的作用下，O形密封圈的一部分会被挤入滑 环与中心活塞杆或滑环与缸筒之间的装配间隙中，如 图 2所示 ，当压 力超过 0形 密封 圈材 料 的机 械强 度 极限时 ，会造 成 O形圈 产生 过 大变 形 、磨 损和 撕裂 等破坏 。 1 ．滑环2 ． o形密封圈3 ．中心活塞杆 图 2 o形密封圈挤入间隙的局部放大图 Fi g 2 P a i a l e n l a e d v i e w o f O- rin g s q u e e z e d i n t o t h e g a p 3 中心活塞杆与相邻的中间缸筒 ，以及相邻的 两 中间缸 筒之 间 由 于偏 载产 生干 摩擦 ，导致 磨损 加 剧 ，使油缸使用寿命大大缩短。 2 双作用多级液压油缸密封装置的改进 针对传统双作用多级油缸密封结构存在的问题 ， 对密封装置进行了改进 ，以保证双作用多级油缸在高 压 、多灰尘的工况下平稳运行 ，延长油缸密封装置的 使用寿命。改进后的液压缸如图3所示，具体改进方 案包括以下三个方面 1 在 滑环 两侧 的密封 槽 内设 置支撑 环 1 1 ，如 图 4所示 ，材料为工程塑料 。支撑环与其外侧的 中间 缸筒 4 、5的内壁直接接触 ，避免了中心活塞杆与相 邻的中间缸筒以及相邻的两中间缸筒之间因摩擦而产 生磨损，延长油缸使用寿命。 1 ． 外缸简2 ． 端盖3 ．中心活塞杆4 ．第一级中间缸筒5 ． 第二级中间缸筒6 ． 伸出油路 7 ．回油口8 ． 过油孔9 ． 卡键1 0 ．滑环1 1 ． 支撑环1 2 ． O形密封圈l 3 ．挡圈 图 3 改进后的双作用多级油缸结构图 Fi g 3 I mp r o v e d mul t i --s t a g e d o u b l e -- a c t i n g h y d r a u l i c c y l i nd e r s t ruc t u r e 1 2 6 润滑与密封 第 3 9卷 a 改进前 3 ．中心活塞杆4 ． 第一级中间缸筒5 ． 第二级中间缸筒l 0 ．滑环1 1 ． 支撑环1 2 ． 0形密封圈 1 3 ．挡圈 图 4 油缸滑环密封结构局部放大图 Fi g 4 Pa r t i a l e n l a r g e d v i e w o f c y l i n d e r s l i p r i n g s e a l s t r u c t u r e 2 将原来 的单 0形 密封 圈结 构改 为双 0形密 封 圈结构 ，如 图 4所示 。当工作压力较大时 ，活塞杆 或 中间缸筒 向前伸 出 ，其上 的滑环通过外侧缸筒上 的 过油孔 ，通过 滑环 与两 个 0形 密封 圈接 触 ，改 变 了 滑环的受力状态 ，其后端油压高，前端油压低 ，从而 使滑环前端受到的 0形密封圈传递的径 向力小，避 免 了滑环前唇上边被挤入过油孔 ，能有效地 防止滑 环 损坏 。同时 ，油压力通 过支 撑环 均匀作 用在 滑环 上 ， 改善 了滑 环轴 向受 力状 况。 因此 ，采 用双 0形 密封 圈结构不仅能保证滑环 的密封性 能 ，而且延 长了油缸 的使用寿命 。 3 在 0形 圈 的密 封槽 内均设 置挡 圈 1 3 ，材料 为聚四氟乙烯或尼龙 。在高油压状态下，挡圈可防 止 0形 圈被 挤入 滑环 与 中心 活塞 杆或滑 环与 缸筒 之 间的装配间隙中，避免 0形圈产生过大变形 、磨损 和撕裂等破坏 。 3结束 语 对双作用多级油缸的密封装置进行改进后，无故 障正常工作 累计 时间大 大增加 ，特别是在工 作介质 压 力较大 的工况下 ，优势更 明显 。改进后 的产 品应用 于 大车液压件 系统 ，工作 压 力可 达 1 6 M P a ，工作 流量 可达 8 ． 5 L ／ m i n ，支腿 油缸单支推力 5 0 k N，支腿油 缸 单支伸出速度 2 ． 7 m ／ m i n 。改进后 的双作用多级油缸 的 密 封 装 置 已 获 得 实 用 新 型 专 利 专 利 号 Z L 2 01 1 2 0 2 71 8 8 2 ． 7 参考文献 [ 1 ] 雷天觉， 杨尔庄， 李寿刚． 新编液压工程手册 下册 [ M] ． 北 京 北京理工大学出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 2 ] 于贵文， 臧克江， 林晶． 双作用 多级液压缸的设计 [ J ] ． 中国 工程机械学报 ， 2 0 0 7 ， 5 4 3 5 3 6 ． Yu G u i w e n ， Z a n g Ke j i a n g ， L i n J i n g ． D e s i g n o f d o u b l e a c t u a t i o n t e l e s c o p i c h y d r a u l i c c y l i n d e r [ J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f C o n s t r u c - t i o n Ma c h i n e r y ， 2 0 0 7 ， 5 4 3 53 6 ． [ 3 ] 沈姝君 ， 董勇． 活塞杆实心制式双作用 多级液压缸的设计 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 1 3 5 1 2 21 2 4 ． S h e n S h u n， D o n g Yo n g ． D e s i g n o f d o u b l e - a c t i n g mu l t i - s t a g e h y d r a u l i c c y l i n d e r f o r t a n d a r d p i s t o n r o d s o l i d[ J ] ． H y d r a u l i c a n d P n e u m a t i c ， 2 0 1 3 5 1 2 2 1 2 4 ． [ 4 ] 张红军 ， 王慧基． 多级套筒伸缩式双作用液压缸故障分析及 改进[ J ] ． 建筑机械， 2 0 1 2 3 1 0 9 1 1 0 ． Z h a n g Ho n g j u n ， Wa n g Hu i j i ． Ma l f u n c t i o n a n a l y s i s a n d i mp r o v e me n t o f t h e e x t e n s i b l e d u a l f u n c t i o n c y l i n d e r wi t h mu l t i l e v e l [ J ] ． C o n s t r u c t i o n M a c h i n e ry， 2 0 1 2 3 1 0 91 1 0 ． [ 5 ] 姚世元 ， 徐天亮． 液压系统中 0形密封件的失效原 因分析和 选用 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 9 6 7 0 7 2 ． Ya o S h i y u an ， Xu Ti a n l i a n g ． Th e d i s a b l e d a na l y s i s a n d s e l e c t e d o f 0 s h a p e d s e a l s i n h y d r anl i e s y s t e m[ J ] ． H y d r a u l i c a n d P n e u ma t i c ， 2 0 0 9 6 7 07 2 ． [ 6 ] 吴文涛 ， 刘建红． 橡塑弹性体弹性变形原理在油缸密封设计 中的应用[ J ] ． 润滑与密封 ， 2 0 0 7 ， 3 2 1 0 1 3 2 1 3 4 ． 日本开发出使用玻璃丝带的激光密封材料 日本电气硝子开发出了组合使用“ 玻璃丝带” 和玻璃浆 料的激光密封技术 ，可确保 3 0 6 0 m基板间间隙厚度。 原来使用的玻璃浆料的密封材料，最大只能确保 5 m 左右的基板 间间隙厚 度。而新 产品通 过在玻 璃丝带 的两 面 涂敷玻璃浆料，可获得更大的间隙厚度。玻璃丝带是 日本 电气硝子开发的带状玻璃产品，厚度为4～ 5 0 t x m、宽度为 0 ． 5 2 0 m m。与 使 用棒 状 及球 状 间 隙 隔板 的 现 有产 品相 比，可确保精密的平行度。此外，只需激光照射即可密封， 因此还有利于简化作业工序。