矿用液压支架千斤顶活塞组合中密封环的研制.pdf

2 0 1 1 年 5月 第 3 6卷 第 5期 润滑 与密封 LUBRI CAT I ON ENGI NEERI NG Ma v 2 0 1 1 Vo 1 ． 3 6 No ． 5 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 0 2 5 4 0 1 5 0 ． 2 0 1 1 ． 0 5 ． 0 2 8 矿用液压支架千斤顶活塞 组合 中密封环 的研 制 刘海潮 徐鸣鹤 雷志云 1 ．陕西兴茂侏罗纪煤业镁电 集团有限公司陕西榆林 7 1 9 4 0 0 ；2 ．湖北省水利水电规划 勘测设计院湖北武汉 4 3 0 0 6 4 ；3 ． 广州宝力特液压 密封有限公司 广东广州 5 1 0 7 0 0 摘要 研制一种矿用液压支架千斤顶活塞组合密封用密封环 ，介绍密封环 的性能要求 及密封环 的生产工艺 ，采用 压架试验考察 由该密封环组成的活塞组合密封的性能。结果表明 ，由该密封环组成的活塞组合密封能够满足煤炭行业标 准 MT 3 1 2 9 2要求 。 关键词组合密封 ；密封环 ；液压支架 中图分类号 T I M2 文献标识码 B 文章编号 0 2 5 4 0 1 5 0 2 0 1 1 51 1 9 3 De s i g n o f S e a l Ri n g f o r Pi s t o n Co m b i na t i o n S e a l Us e d i n Hy d r a u l i c S u p p o r t J a c k o f Co l l i e r y L i u Ha i c h a o Xu Mi n g h e L ei Zh i y u n 1 ． S h a a n x i X i n g m a o J u r a s s i c C o a l a n d M a g n e s i u m P o w e r G r o u p C o ． ， L t d ， Y u l i n S h a a n x i 7 1 9 4 0 0 ， C h i n a ； 2 ． Hu b e i I n s t i t u t e o f S u r v e y De s i g n f o r Wa t e r Re s o u r c e s Wa t e r P o we r En g i n e e rin g， W u h a n Hu b e i 4 3 0 0 6 4， Ch i n a； 3 ． G u a n g z h o u B L T H y d r a u l i c s S e a l s L t d ． ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 7 0 0， C h i n a A b s t r a c t T h e s e al r i n g for p i s t o n c o mb i n a t i o n s e a l u s e d i n h y d r a u l i c s u p p o j a c k o f c o l l i e r y w a s d e s i g n e d ． T h e p r o p e r t i e s a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s o f s e a l r i n g we r e i n t r o d u c e d． T h e r e s u l t o f c r u s h i n g t e s t s h o ws t h a t t h e p i s t o n c o mb i n a t i o n s e al c o n s t i t u t e d b y t h e d e s i g n e d s e a l r i n g me e t s t h e r e q u i r e me nt s o f t h e s t a n d a r d MT 31 2 9 2． Ke y w o r d s c o mb i n a t i o n s e a l ； s e a l ri n g ； h y d r a u l i c s u p p o j a c k 矿用液压支架千斤顶活塞组合密封 由3部分组 成 弹性体 、密封环 和挡圈 ，如 图 1 所示 ，它们采用 不同的材料并组合成一套完整的密封圈，其中，弹性 体为丁腈橡胶 N B R ，密封环为高性能热塑性材 料 ，挡 圈为 聚 甲醛 P O M 。组 合 密 封 在 工 作 过 程 中，密封环在弹性体提供的安装预紧力和系统压力作 用下 ，与缸筒之 间紧密接触 ，在接触 面之 间形成表 面 接触应 力 ，承担流体的压力 ，与缸筒相对运 动而产 生 摩擦磨 损 ，因此 ，密封环材料性能 十分关键 。 1 ． 密 封环2 ． 挡 圈 3 ． 弹 性体 图 l 活塞组合密封圈 Fi g 1 Co mb i n a t i o n s e a l r i n g o f p i s t o n 收稿 日期 2 0 1 1 一 o 4 2 1 作者简介刘海潮 1 9 6 7 一 ，男，讲师 ，总工程师．E m a i l s e a t i d e l i u y e a h． n e t ． 1 密封环材 料的选择 在开 发活塞组合密封 的过程 中 ，发现进 口密封环 的材料有 聚氨酯与非聚氨酯二类材料 ，根据密封环 的 技术要 求 ，聚氨酯 的物理机械性 能已能较好满足 ，因 此 密封环就采用聚氨酯材料 P U 。下面分析 密封环 对聚氨酯材料性 能的要求 。 1 ． 1 材料硬度 硬度是材料 的弹性模 量的对数量度 ，相 同配方 的 聚氨酯 ，材料 硬度 越 高 ，其 弹性模 量 也 越 大 但 硬 度过高，材料弹性下降 ，而弹性模量是材料物理机 械性能的一个重要指标 ，从一个侧面体现材料的机械 强度。在使用过程中密封环需要承受比较高的系统压 力 ，要有合适 的硬度 ，研究表明 ，密封环硬度稍大于 邵 氏 A 9 2度 即可 。 1 ． 2 材料撕 裂强度 活塞组合密封的安装沟槽一般为封闭沟槽，所配 套 的挡圈开 口处开 口安装 ，存 在一定的间隙 ，在高压 力作用下，这个间隙对密封环存在隐患，为提高整个 活塞组合密封 的密封 性能 ，一 般采 取 2种方 法解决 1 尽量减小 挡圈 的开 口间隙 ； 2 提高密 封环 的 撕裂强度 ，提高其 抗挤隙的能力 。材料 的机 械物理性 1 2 0 润滑 与密封 第 3 6卷 能 中，撕裂强 度是衡 量 其抗 挤 隙的一 个重 要 物理指 标 。根据经验 ，聚氨酯材料 的撕裂强度达到 8 5 k N ／ m， 保证挡圈的开 口间隙小 于 2 m m，密封 环一般 不会发 生挤隙撕裂情况 。 1 ． 3 扯 断伸 长率 扯断伸 长率是材料柔韧性 的一个考察指标 。在使 用过程 中，密封产 品存在压缩或拉伸装配 ，属于小变 形范畴 ，密封环的拉伸变 化范 围一般 不会超过 1 0 ％ ， 材料 的扯断伸长率不要求很大 。实践证明 ，采用扯断 强度约为 3 5 0 ％ 的聚氨酯材料进行 活塞组合 密封密封 环的生产 ，能达到相 当的密封效果 。对进 口密封环进 行 了测量 ，发现其扯 断伸 长率在 5 5 0 ％ 一6 5 0 ％之 间， 实际上大 的扯断伸长率会损坏材料综合性能 ，在工程 运用 中几乎没有实 际价值 。 根据以上性能要求 ，选定宝力特公 司生产 的 A 6 7 P U为密封环的材 料。表 1比较 了 A 6 7与某 国外 知名 公 司 该公 司的产 品在 国 内外 煤矿 液压 支架 中的应 用较 为广泛 ，产品 比较成熟 ，在业 内和应用行业 的知 名度较高 进 口材料 的性能 。 表 1 A 6 7 P U与进口 P U性能对比 Ta b l e 1 C o mp a r i s o n o f A6 7 a n d i mp o s e d p o l y u r e t h a n e 从表 1 中可以看 出 ，A 6 7聚氨酯材料 的主要 性能 指标 ，如硬度 、2 5 ％压缩模量 、拉伸强度 、5 0 ％定伸 模量 、1 0 0 ％定伸模量 、撕裂强度 以及压缩永久变形 ， 与进 口聚氨酯都基本相当，也完全超过了 MT ／ T 9 8 5 ． 2 0 0 6要求的性能水 平。 2 密封环的生产 工艺 聚氨酯 P U浇注工艺和无模具 车削工艺 ，是最 近 几年发展起来的一种新 工艺 ，比较适合矿用液压支架 千斤顶密封环的制造 ，现在被许 多国内外密封制造商 所采用 ，其工艺参数关 系到密封环材料 以及密封件整 体的性能，对一些关键 的技术点需要进行实验和研 究 。浇 注 型 聚 氨 酯 密 封 环 的成 型 工 艺 流 程 如 图 2 所示 固化 H脱模 H二次硫化 H熟化 H车削 H制品 图2 浇注型聚氨酯密封环成型工艺流程 F i g 2 Mo l d i n g p r o c e s s fl o w o f c a s t i n g p o l y u r e t ha n e s e a l r i ng 在实 际生产过程 中，主要控制几个 温度点和一个 比例 关系 ，以及 防止混合 时气泡 的产生 。一 般来讲 ， 温度、预聚体和 M O C A的比例都由浇注机程序设定 控制 ，而浇注过程 的气泡 ，则 由浇注过 程 中浇 注 口、 流速 、真空泵抽空来控制。浇注出的聚氨酯管料成型 后 ，需要经过一次烘烤使其硬化 ，然后脱模 ，再经过 二次硬化和熟化，使关联键的应力消失，消除聚氨酯 管料 中存在的预应 力 ，保证后续车削密封产品尺寸的 精度与稳定 。整个浇 注过程 中 ，关 键工艺 控制点 为 1 温度 ，包括 预热 温 度 、熔 化温 度 、一 次硬 化温 度、二次硬化温度、熟化温度 ； 2 预聚体和MO C A 的混合 比例 ； 3 一次 硬化 时 间和二 次硬 化时 间。 熟化可消除材料应力 ，涉及产 品尺寸 的稳定性 ，也是 一 个 比较重要环节 。 3组合密封压架试验 将研制的密封环与挡圈、弹性体组装成如图 3所 示的活塞组合密封产 品 ，并对活塞组合密封进行 液压 支架 的压架试验。 图 3 活塞组合密封产品成套图 F i g 3 W h o l e s e t o f c o mb i n a t i o n s e a l rin g o f p i s t o n 液压支架的压架试 验 ，能够从一个侧面考核密封 件性能 高压下的耐久性 。压架试验按照煤炭行业 标 准 M T 3 1 2 - 9 2在北京煤科 院 的压架机 上进行 。活塞 组合密封规格为 2 8 0 m m2 5 5 m m 2 5 m m，先 将组 合密封产 品安装 在郑煤机 的一个新支架上 ，进行 3 0 0 0 0 次压架试验 大大 超过 了标 准 MT 3 1 2 - 9 2规定 的次数 。结果表 明 ，3 0 0 0 0次压架 试验 后 ，密 封件 没有产生泄漏 ，无论产品外观，还是尺寸，都保持完 好 ，产品性 能 良好 。试验结果见表 2 。 2 0 1 1 年第 5期 刘海潮等矿用液压支架千斤顶活塞组合中密封环的研制 1 2 1 表 2 组合密封压架试验前后尺寸对比 T a b l e 2 C o mp a r i s o n o f t h e s i z e o f c o mb i n a t i o n s e a l r i n g m m 可以看到 ，密封环压架试验后外 径变大 1 ． 2 m m， 宽度变宽 0 ． 2 7 m m，厚度变厚 0 ． 0 6 m m；弹性体 的内 径变大 0 ． 2 m m，宽度变 宽 0 ． 4 m m，厚度则变小 0 ． 1 6 m m；挡圈外径无变化，宽度变大 0 ． 0 2 m m，厚度变 小 0 ． 0 4 m m；成 套产 品尺 寸宽 度变 大 0 ． 3 m m，厚度 变小0 ． 1 m m。这些尺寸 的变化，都在其公差允许范 围以内 ，对密封件性能并没有实质性影 响。 4结论 研制 了一种 活塞组合密封用密封环 ，与挡 圈 、弹 性体组成了一种活塞组合密封。压架试验表明，该活 塞组合密封能够满足煤炭行业标准 M T 3 1 2 - 9 2要求。 通过行业 用 户 煤 机 和煤 矿 的批 量 应用 表 明 ，该 密封环能够满 足液压支架千斤顶立柱工况条件 。 参考文献 【 1 】广延洪 ， 汪德涛． 密封件使用手册[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ． 1 9 9 4 ． 【 2 】张命林． 矿用液压支架千斤顶密封技术对 比分析研究 [ J ] ． 润滑与密封， 2 0 0 8 ， 3 3 7 1 0 8～1 0 9 ． 【 3 】付奇 ， 刘旭． 矿用液压支架千斤顶泄漏原 因与排除对策分析 [ J ] ． 润滑与密封 ， 2 0 0 9 ， 3 4 9 1 2 01 2 3 ． F u Qi ， L i u X u ． L e a k a g e Re a s o n s An a l y s i s a n d C o u n t e r me a s u r e s f o r H y d r a u l i c S u p p o a J a c k U s e d i n C o l l i e r y [ J ] ． L u b ri c a t i o n E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 9， 3 4 9 1 2 01 2 3 ． 【 4 】“ 采煤机械化设备使用与维护” 编审委员会． 采煤机械化设 备使用与维护[ M] ． 哈尔滨 黑龙江科学技术出版社 ， 1 9 8 8 ． 上接 第 1 1 8页 4结束 语 新 型电化学阻抗谱在线润滑油含 水率传感器对润 滑油含水率的变化具有较高的线性响应和灵敏度，能 准确测定润滑油含水量 ，而且稳定 可靠并具有简洁 的 在线安装方式 。传感器 与控制 室 中的二次仪表或控制 器相连 ，可对润滑油含水率 的变化进行实时动态在线 监测 ，并可进行 自动趋 势分析实现数据存储 和控制 功 能。此传感器的研制成功将在润滑油质量实时监测和 机械设备故障诊断中发挥重要的作用。 参考文献 【 1 】刘兵， 樊建春 ， 张来斌 ， 等． 在线磨损监测技术应用及发展 [ J ] ． 润滑与密封 ， 2 0 0 5 ， 3 0 4 1 9 1 1 9 3 ． Li u Bi n g， Fa n J i a n c h u n， Zh a n g La i b i n，e t a 1 ．T he a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p me n t o f o n l i n e w e a r c o n d i t i o n mo n i t o ri n g 『 J ] ． I m b r i c a t i o n E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 5， 3 0 4 1 9 11 9 3 ． 【 2 】张晓飞， 杨定新， 胡政， 等． 基于电介质介电常数测量的油液在 线监测技术研究[ J ] ． 传感技术学报， 2 0 0 8 ， 2 1 1 2 2 0 8 - 2 0 9 1 ． Zh a n g Xi a o f e i ， Ya ng Di n g x i n， Hu Z he n g， e t a 1 ． St u d y o f o n l i n e o i l mo n i t o rin g t e c h n o l o g y b a s e d o n d i e l e c t ric c o n s t a n t me a s u r e me n t 『 J 1 ． C h i n e s e J o u r n a l o f S e n s o m a n d Ac t u a t o r s ， 2 0 0 8， 2 1 1 2 2 0 8 82 0 9 1 ． 【 3 】刘凯． 基于介电常数法 的油液监测 [ J ] ． 润滑与密封 ， 2 0 0 9 ， 3 4 1 9 49 6 ． Li u Ka i ． Oi l mo n i t o rin g me t h o d ba s e d o n t h e di e l e c t ric c o n s t a n t [ J ] ． L u b ri c a t i o n E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 9 ， 3 4 1 9 4 9 6 ． 【 4 】李玉忠． 微波水分测量技术发展历史及微波水分计制造业 现状 [ J ] ． 分析仪器 ， 2 0 0 6 3 4 9 5 3 ． Li Yu z h o ng ． Hi s t o r y o f mi c r o wa v e mo i s t u r e me a s u r e me n t t e c h n o l o gy a n d p r e s e n t s i t ua t i o n o f mi c r o wa v e mo i s t u r e me t e r ma n u f a c t u r e [ J ] ． A n a l y t i c a l I n s t r u m e n t a t io n ， 2 0 0 6 3 4 9 5 3 ．