液压支架缸柱密封技术对比分析.pdf

2 0 1 0年第7期 中州煤炭 第 1 7 5 期 液压支架缸柱密封技术对比分析 史艳冰 郑 州煤矿机械 集团股份 有限公 司， 河南 郑州4 5 0 0 1 3 摘要 密封 件质 量的好坏对液压支架缸柱有着 重要作用 ， 它关系到液压 支架 能否达 到其设 计承载力 ， 故提 高 其 密封 的可靠性对矿 井支 护意义重大。介绍 了常用密封件 的材料 、 结构形 式的发展 、 密封 方案 的分 析、 制 造 工 艺及 安 装 情 况 ， 探 讨 了各 种 密封 件 的适 应 性 和 提 高 其 可 靠 性 的途 径 。 关键 词 液 压 支 架 缸 柱 ； 密封 件 ； 密 封 材 料 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 0 0 7～ 0 0 4 5 0 2 1 密封件材料 1 丁腈橡 胶 和 丁腈 夹 布 橡胶 密 封 。 丁腈 橡胶 的特 点是 具有 优异 的弹 性 ， 耐 多 种液 压油 、 水 和乳化 液 。一般 而言 ， 丁 腈橡 胶 和 丁腈 夹 布 橡 胶 密 封 圈 的 硬度 一般 为邵 氏 5 0～8 5 A， 拉 伸 强 度 1 2～ 2 0 MP a ， 承压 和耐 磨性 差 、 可 靠性 低 。这 就 导 致 采用 丁腈 橡胶和丁腈夹布橡胶生产制造的液压支架密封产品 的使 用 寿命均 较短 。 2 聚氨 酯 材 料 。 聚 氨 酯 材 料 与 丁 腈 橡 胶 比 较 ， 具 有更 加优 良的机 械 物 理 性 能 ， 其 拉 伸 强 度 、 弹 性模量 、 扯断伸长率 和耐磨性均是丁腈橡胶无法 比 拟的， 其缺点是易水解。但是 ， 随着技术 的进步 ， 近 2 0 a来 聚氨酯 材料 的抗 水解 能力 大大 提高 。如 聚醚 型聚 氨酯 的抗水 解性 能 优 良， 实验 证 明 ， P T MG作 为 预聚 体 的聚氨 酯在 常温 水 中存 放 1 0 a ， 其 机 械 物 理 性能 下降 约 5 ％ 。因 此 ， 耐 水 解 聚 醚 型 聚 氨 酯 作 为 液压 支架 密封材 料 ， 近 几 年 在 国内 得 到 了大 量 的 使 用并得到了广泛肯定。 2密封形式的发展 针 对 密封 材 料 的性 能 ， 新 的设 计 理念 已在 密 封 件 中应 用 ， 称 之 为 组合 密 封 。即在 液 压 支 架 密 封 件 中 ， 密 封产 品 由多个零 部件 装 配组合 而成 ， 且各 零 部 件 为不 同 的材质 ， 如 活塞 组 合 密 封 。活 塞 组 合 密 封 圈 由采 用不 同密 封材 料 的 3部 分组成 。它利用 不 同 材 料性 能互补 的特 点 ， 使 密封 产 品 的 密 封 性 能达 到 收 稿 日期 2 0 1 0 0 41 2 作者简介 史艳冰 1 9 6 4 一 ， 女 ， 河南 民权人 ， 工程师 ， 现从事设 计标 准化工作。 单一 材料 无法 达 到 的性 能 水平 。实践 证 明 ， 采 用 多 种材料的组合密封 ， 性能可靠， 使用寿命长 ， 在高可 靠性液压支架 中已得到广泛使用 。 3密封方案分析 3 ． 1活塞 密 封 1 鼓 型密 封 圈 。如 图 1 a所示 ， 产 品上 下 两 端 为丁 腈夹 布橡 胶 u 型 圈 ， 中 间为 纯 丁腈 橡 胶 材 料 。 该结 构使用 较 早 ， 使 用 的数 量 也 多 ， 但 产 品断 面大 ， 拉 伸 后 回缩 性 能不好 ， 需 采用 开放 式安装 沟槽 。 2 山型密 封圈 。如 图 1 b所示 ， 采用 丁腈橡 胶 制 造 ， 其 主要 特点 是 断 面 小 ， 在 一个 阶段 内广泛 使 用。但 由于其断面尺寸偏小， 密封圈承压能力不足 ， 磨损也较快 ， 目前使用量已很少 。 3 活塞组 合密封 。组 合密封 圈 由 3部分组 成 ， 如 图 1 C 所 示 ， 密封 环 表 面 环 、 弹性 体 预加 载 元 件 和挡 圈 ， 三 者 共 同组 合 成 1个 成 套 活 塞 组 合 密封 。 归 表面环 a 鼓型密封圈 b 山型密封圈 c 组合 密封罔 图 1 活 塞 密 封 结 构 形 式 该活 塞组 合密 封 的密封 环为 耐水解 聚醚型 聚氨 酯材料 ， 弹性体为 丁腈橡胶 ， 挡圈为 聚甲醛 P O M 材 料 。密封 环 与千 斤 顶 缸 筒接 触 ， 且 与缸 筒 往 复相 对 运 动 ， 要 求有 高 的抗撕 裂强 度和 好 的耐磨性 ； 弹性 体为 密封环 提 供安装 预 压缩应 力 ， 进行 初始加 载 ， 具 有 良好 的 回弹性 和 小 的 压缩 应 变 ； 挡 圈则 防 止 密封 环 被挤 入活 塞 与缸 筒 的 间 隙之 中 ， 保 护 密 封 环 不被 - 45 2 0 1 0 年第7 期 中州煤炭 总第 1 7 5期 高 压破坏 。它 们 三 者 共 同支 撑 起 整 个 活 塞 组 合 密 封 ， 以提高 该组合 密封 的高压 密封性 能 ， 确保 密封有 较 长的使用 寿命 。 丁腈橡胶弹性体作为加载元件 ， 在活塞组合密 封受到较高液压力 时， 能增大活塞组合密封 的密封 环与缸 筒 的接触 应 力 。一 般 而 言 ， 丁腈 橡 胶 的泊 松 比 A 0 ． 5 ， 而 聚 氨酯 的泊 松 比 A 0 ． 4 7 。根据 弹 性体 的压力 传递 系数 可 知 ， 丁腈 橡 胶 的 弹性 体 的压 力传递 系数 1 ， 聚 氨 酯 的弹 性 体 的 压力 传 递 系 数 0 ． 8 8 7 ， 即丁腈 橡胶 比聚氨 酯具有 更优 良的压 力传递效果。图 1 c 所示的活塞组合密封 ， 将 丁腈橡 胶与 聚氨酯 的性能 进 行优 化 ， 使 产 品 既具 有 良好 的 压力传 递能力 ， 又具 有 良好 的 回弹性和耐 磨性 ， 具 有 自密封的特点 ， 且比单一使用 聚氨酯的鼓型圈的 自 密封效果 好 。 就 活 塞组 合 密封 而 言 ， 由于 弹性 体 丁腈 橡胶 的 硬度 为邵 氏 8 O A， 聚 氨 酯 密 封 环 的硬 度 为 邵 氏 9 5 A， 其设计的密封过盈量 比单一使用 聚氨酯 的鼓型 密封 圈要 大 ， 因此其 允 许 的液 压 缸涨 缸 量 也较 鼓 型 密封 圈的大 ， 即其密封 适应 能力 比鼓型 圈更 好 ， 其 密 封性能 明显优 于鼓 型密封 圈 。 3 ． 2活 塞杆密 封 1 蕾 型 密 封 圈 。如 图 2 a所 示 ， 具 有 耐 压 高 、 防挤压性能强 、 密封可靠的特点 ， 但其成本高 ， 使用 数量较少 ， 一般 用于导 向套 密封 。 2 组 合密封 。如 图 2 b所 示 ， 一 般使 用 0型 圈 作 预加载 元件 ， 加 上密 封外壳 、 挡 圈组成 。工作 时橡 胶 密封 圈因受压 缩产生 的弹性 预压力 将聚 氨酯 的外 环 紧贴缸 筒 活塞 杆 ， 表面 由抗 磨 性好 的 聚氨 酯 与 其构成密封， 橡胶密封圈仅提供预紧力。 密封 壳体 由聚 氨酯 材 料 组成 ， 弹 性 好 ， 易 安装 。 橡 胶加载 元件使 密封唇 能够在 各种 压力条 件下完全 起作 用 ， 并 减缓 冲 击载 荷 对密 封 圈 的 冲击 。挡 圈确 保 密封件 在工作 中承受侧 向载 荷和极 限压力 。 4 密封件生产工艺及安装 1 工艺 。2 0世纪 8 0年代 末 、 9 0年 代初 ， 国 内 4 6 密封件 厂家采 用 浇铸 工 艺 生产 液 压 支架 密 封件 ， 产 品结构 形式 为鼓型 、 山 型和蕾 型 ， 材料 为聚氨 酯 。原 材料质 量差 ， 生产工 艺落后 ， 浇铸 模压成 型工 艺不稳 定 因 素 较 多 、 质 量 离 散 性 大 ， 尺 寸 随 时 间 变 化 量 大 。 国产密 封 件 质 量 与 液 压 支 架 密 封 要 求 有 较 大差距 ， 限制 了聚氨酯 密封 圈的推 广 。近年来 ， 密封 件 生产 厂家采用 了先 进 的 自动化加 工设 备和优 质进 口聚氨酯半成品材料 ， 使用 “ 无模车削” 加工工艺 ， 解 决 了上述 问题 ， 使 聚氨酯 密封件 开始 广泛使用 。 2 安 装 。鼓 型密 封 圈 由于产 品拉伸 后 回缩 性 能 不好 ， 安 装 沟槽 只 能做 成 T形 开 放 式 沟槽 。 由于 安装 沟槽 宽且深 ， 加 工 量 较 大 ， 增 加 了制造 成 本 ， 同 时 ， 由于各 零件装 配过 程 中的累积误 差 ， 造 成活 塞的 整体 精度 有 所 下 降 。 山 型密 封 圈适 用 于 整 体 式 沟 槽 ， 但 安装 时需使 用特殊 工具 ， 安装 困难 。活塞组 合 密封 可用 于闭环 结构 的整体式 沟槽 ， 沟槽 一般较 浅 ， 活 塞精度 高 ， 且 活塞组合 密封 圈 由 3部 分组 成 ， 分 别 采用 不 同的材料 制造 ， 安装方 便 。 5 结 语 鼓 型密 封圈从 液压缸 在支 架上 的安装位 置上来 说 ， 适 用于对 闭合长 度无 特殊要 求 的缸 柱 中 ， 材 料选 用聚氨酯， 以提高其密封可靠性 ； 山型密封圈适用于 安装 在结构 件之 内或 空 间位 置 有 限 的地 方 ， 如 侧 推 千斤顶 等 ， 可 以发 挥 其 结构 紧凑 的优 势 。但 由于其 磨损快 等原 因 ， 除 在 这些 场 合 外 ， 其 他 场 合 已不 使 用 ； 组合 密封 圈 由于其 结 构 紧凑 ， 密封 性 能可 靠 ， 适 用于在 液压支 架各缸 柱 中使 用 。 综 上分 析 ， 采 用组 合 密封 形式 是 提 高液 压支 架 可靠性的有效途径。① 密封面使用优质聚氨酯材 料， 耐磨性好 ； ②内层用丁腈橡胶作预加载 ， 与其他 密封元 件相 比 ， 保 证 在低 压 时 也能 可 靠 密封 。有 冲 击 载荷 时 ， 由于橡胶 件 的弹性 好 ， 使 得 聚氨酯与 缸摩 擦 减小 ， 外用 聚 甲醛挡 圈可 以防止 密封 圈挤 出 ， 延 长 了密封件 使用 寿命 ， 提 高 了密 封可靠 性 ， 缩 短 了密封 失效的维护时间， 提高了生产效率。 参 考文献 [ 1 ] 王国法 ， 赵志社， 李政 ， 等． 液压支架立柱和千斤顶密封技术研 究 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 7 ， 3 5 8 8 2 - 8 5 ． [ 2 ] 马晓东． 液压支架 用密封 技术 的现 状和发 展 [ J ] ． 煤矿 开采 ， 2 0 0 6 4 8 0 8 1 ． 责任编辑 刘欢欢