液压滑环端面油膜密封的摩擦转矩

　　研制高速、高精度又具有良好动态特性的液压动力卡盘,必须解决以下几个关键问题:夹紧力损失[1];液压回转油缸的配流和冷却;夹持精度;检测监视技术[2]。在液压回转油缸的配流和冷却关键问题中,配流副的温升是制约回转液压缸转速提高的最重要因素。配流副间隙一般只有几十微米,配流元件过大的热变形会导致配流副粘附磨损,甚至抱轴咬死。在解决此问题时可以考虑使用液压滑环为液压回转油缸配油,压力油通过液压滑环从液压动力卡盘的外壳(固定不动)引入到旋转油缸中去,使活塞在压力油的作用下克服弹簧力以及阻力运动,带动楔块驱动卡爪松开工件。回程时将压力油卸荷,靠弹簧复位作用,带动楔块驱动卡爪径向卡紧工件。国外的高速回转液压缸产品已比较成熟,Phillip等在2006年对一种轻材料的7000 r/min液压回转油缸申请了专利[3];BUCK公司和ITW公司都有自己系列的液压回转油缸或气压回转气缸产品;德国GMN公司研究了迷宫和间隙密封技术。由于多数技术是保密的,因此有关配流副的研究文献极少^[4] 。

　　所以,解决动力卡盘的关键技术,开发具有自主知识产权的产品具有重大意义。端面油膜密封的摩擦转矩长久以来都是人们最为关心的问题,因为它是决定摩擦功率、磨损量、摩擦发热量及端面温度的主要影响因素,也是决定一个密封件的使用寿命和密封好坏的一个颇为重要的因素。影响摩擦转矩的因素比较复杂,它与密封端面的运动速度、表面形貌、材料性能、介质黏度等都有非常密切的关系。在实践中,可以通过实验的方法来测得摩擦转矩。本文针对回转油缸用液压滑环的端面油膜密封摩擦转矩进行研究,为解决回转油缸的配流和冷却问题提供一定的参考。

　　1　液压滑环的工作原理

　　由于目前,国内还没有生产与液压动力卡盘配套的中空旋转油缸的技术。因此,最高转速超过6000 r/min的液压动力卡盘都需要从国外进口。另外也无法解决高转速下夹紧力丢失的问题。旋转油缸中固定部件和旋转部件之间的密封是限制此技术发展的瓶颈,鉴于其密封处于高界面滑速、高边界压差及高环境温度的工况,普通的接触式机械端面密封因高的pV值而难以满足要求,因而这些部位的密封应采用非接触型的动密封形式。液压滑环则能够满足这个应用要求。液压滑环的主要功能是将压力油或其他流体传送到液压回转油缸中去,使活塞杆左右移动,带动楔块驱动卡爪,从而实现卡盘的径向松开和夹紧。并保证在此传递过程中,能量损失尽量小。

　　由于其本身的结构特点,它也可以承载一定的轴向力。同时液压滑环本身还是一个自平衡元件。液压滑环的工作原理如图1所示。