低摩擦活塞式蓄压器和气缸的设计及实验研究

　　随着液压气动技术的发展,降低系统中的执行元件气缸或液压缸的摩擦力,以减小摩擦所造成的死区非线性,提高系统的反应速度变得越来越重要。调研发现,目前国内的气缸和液压缸最低启动压力一般为0.1MPa;国外的低摩擦气缸最小启动压力能达到01005MPa,但最大缸径一般为125mm,而且价格昂贵。本文在简要介绍了常用密封材料和密封件后,对某液压系统中的元件—活塞式蓄压器和气缸进行了低摩擦设计,并通过实验对摩擦力和泄漏量两个重要性能进行了检测。

　　1 活塞式蓄压器和气缸的设计要求

　　图1所示为某闭式液压系统的一部分。本液压系统在不同工况下所需供油量不同,要求压力油箱12具有±100L的油量调节能力,并且油箱的工作压力在0.15~0.3MPa之间,以保证液压系统工作时有一个稳定的背压。油箱的初始压力由减压阀3的出口压力决定;系统正常工作时,活塞式蓄压器8和低压蓄能器13通过吸收或释放油液来达到稳定油箱压力的目的。

　　压力油箱的工作压力变化范围较小,同时负载容积变化时活塞式蓄压器要及时响应,这就要求气缸和活塞式蓄压器有较低的动静摩擦力。摩擦力随着活塞运动方向的改变而改变,且方向总是和活塞运动方向相反。此处,摩擦力主要影响最低启动压力,所以用最低启动压力作为摩擦力特性的指标。两个缸对顶安装后总启动压力应小于(0.3-0.15) /2=0.075MPa;综合考虑各方面因素,要求每个缸的启动压力小于0.03MPa。这主要取决于每个缸的结构设计,同时两个缸的安装也会对总摩擦力产生影响。此外,要保证活塞式蓄压器的活塞密封处的密封性能,防止在往复运动中发生窜油现象。

　　根据系统需要,设计活塞式蓄压器缸径400mm,气缸缸径320mm,行程均为650mm。两缸工作压力范围为0~0.8MPa。

　　2 常用密封材料和密封件

　　目前国内常用的往复密封材料有丁腈橡胶、氟橡胶、聚氨酯、氯醇橡胶、聚四氟乙烯等。丁腈橡胶在液压、气动密封中使用最为广泛;氟橡胶是目前所有合成橡胶中综合性能最好的密封用橡胶;聚氨脂是一种热塑性合成橡胶。它的耐磨性较之其它橡胶是一种进步,在液压传动的高压往复运动密封中大量使用。但从低摩擦要求考虑,首选聚四氟乙烯,它是一种高性能工程塑料,俗称塑料王, PTFE是有机高分子材料中稳定性最高的物质,而且其摩擦系数在所有物质中最低,抗粘着性优良,作为合成树脂材料,它强度、硬度一般高于合成橡胶,又具有与合成橡胶接近的柔软性和一定的变形恢复性能,很适宜做密封圈材料,或与橡胶密封圈并用,做成组合密封。不仅摩擦力低,而且动静摩擦系数接近。因为它的自润滑性,在无给油状态下,也能保持密封圈的低摩擦特性^[1]。