液压缸是现今应用最为广泛的液压元件之一。液压缸设计也是工程技术人员最可能遇到的技术设计,液压缸密封技术设计是其最重要的组成部分。
液压缸密封技术不但是一门专业性很强的工程技术,而且更是一门理论与实践结合紧密的应用科学。
在液压传动系统中,功率是通过封闭回路内的受压液体来传递和控制的。该液体既是润滑剂,又是功率传递介质。液压缸的设计应满足规定的使用条件要求,并为使用者提供基本保证。
液压传动系统中的各种元件,包括液压缸和配管等均须密封。正确设计液压缸密封系统及密封沟槽,正确选用密封件或密封装置,是保证液压缸正常、可靠工作的关键环节。
液压缸是液压系统中的执行元件,用来驱动负载(或外部载荷)实现直线往复运动。GB/T 17446—2012中界定的缸的定义是提供线性运动的执行元件,其特点是结构简单、制造容易、在主机中布置方便,应用广泛。由于工程上对液压缸的使用要求多种多样,所以液压缸种类繁多。尽管液压缸有标准产品,如冶金设备用液压缸、自卸汽车液压缸、(舰)船用液压缸、农用液压缸、采掘机械用液压缸等,但仍不能满足工程上对液压缸的要求,所以经常需要有针对性地设计液压缸。
液压缸设计需要遵循的原则之一就是液压缸密封设计要合理,在规定工况下密封性能可靠,即泄漏少、摩擦力小、导向好、防尘好、寿命长、更换密封件或装置简单方便。液压缸密封设计具体来说包括:液压缸缸体(筒)与活塞之间密封及导向、活塞与活塞杆之间密封、缸盖(或导向套)与缸体(筒)及活塞杆之间密封,以及导向、活塞杆防尘(密封)及刮冰、油口连接密封,可能还有缸筒与缸底(如螺纹联接缸底)密封、缓冲装置密封等。另外,液压缸密封设计关系到液压缸的性能、结构、尺寸等,所以在液压缸设计过程中必须优先考虑、确定。
液压缸密封设计存在的难点之一在于液压缸的实际使用工况在一般情况下很难确定准,即规定工况与实际工况不同。因此,液压缸密封设计时不但要满足规定工况的要求,同时还须预判实际使用工况中的极端(限)工况,如活塞和活塞杆运动的瞬间极限速度、液压工作介质和环境温度及状况的突发变化、外部负载剧烈变化及压力峰值,尤其极端侧向载荷(偏载)情况、环境变化可能造成的污染等,这些极端工况可能发生时间很短,且不可重复,但确实可以造成液压缸密封失效,甚至演变成事故。
任何一个密封装置或密封系统都存在泄漏的可能,且不可能适应各种工况,所以规定工况(在运行或试验期间需要满足的工况)在液压缸密封设计中十分重要。
液压缸密封设计存在的难点之二在于某处密封采用单一密封件(装置)很难满足规定工况要求,且有可能一台液压缸的各处密封无法统一满足规定工况要求。因此,现在液压缸密封一般都采用密封装置组合密封,亦即采用密封系统密封。
液压缸密封设计存在的难点之三在于规定工况本身可能就存在问题。例如,动密封一定或多或少地存在泄漏,在液压缸运动部件(如活塞杆)静止(如耐压试验)时一些用作动密封的唇形密封件也有可能会产生泄漏,但一些标准,如JB/T 10205—2010《液压缸》中规定:“活塞杆静止时不得有渗(泄)漏。”
液压缸密封设计存在的难点之四在于各标准规定工况之间存在矛盾,或现有密封材料、密封件或密封装置及组合(密封系统)无法满足规定工况要求等。
液压缸密封设计是一门专业性很强的工程技术,涉及多门专业知识,且必须经过实践(实机)检验。到现在为止还没有一本从理论到实践都可以比较准确地指导读者进行液压缸密封设计的书。为此,本人经过几十年的积累和几年的努力,编写出本书,希望它能成为一本采用现行标准、密封理论完整准确、密封件(密封装置)种类齐全、密封系统设计实用、密封设计理论和实践问题回答得清楚的液压缸密封技术及其应用的专著。
一人之力终归有限,书中不足之处在所难免,敬请专家、同行批评指正。
编著者