柱塞式液压缸密封系统的分析与应用

　　前言

　　在钢丝绳芯输送带平板硫化机生产线中柱塞式液压缸( 以下简称柱塞缸) 使用非常广泛，柱塞直径小到18 mm，大到 630 mm 有十几种规格，柱塞缸数量也相当多，比如张力站装置中就有上百个小柱塞缸，平板硫化机主机一般也有 14 ～16 个，直径大到 630 mm 柱塞缸。因此，柱塞缸质量的优劣直接关系到钢丝绳芯输送带平板硫化机生产线的正常运行。柱塞缸常见的故障是泄漏，工作介质越过容腔边界向外界流出。这样不仅造成工作介质浪费和工作环境污染，甚至引发设备操作失灵或人身事故。以前解决这一故障是依靠定期更换密封件，但往往更换没有多久，又出现密封不好，柱塞带油现象。

　　众所周知，造成泄漏的原因是多方面的，不仅涉及到密封系统的结构，而且涉及密封件材料的选取和质量、柱塞缸密封部位的加工精度、工作介质的性能等因素。本文仅就柱塞缸密封系统的结构设计加以分析。

　　1 柱塞缸密封的分析

　　1. 1 柱塞缸对密封材料要求

　　本生产线设备所处的工作环境恶劣，高压高温，温度高达 40 ℃左右，运行时间长，对柱塞缸密封材料提出了严格的要求:

　　( 1) 材料密实，压缩性和复原性好，永久变形小;

　　( 2) 温度适应好，高温下不软化、不分解，低温下不硬化，不脆裂;

　　( 3) 摩擦因数小，耐磨性好，抗腐蚀性能好，长期工作时其体积和硬度变化小;

　　( 4) 与密封面贴合的柔软性和弹性好。

　　1. 2 柱塞缸产生泄漏因素

　　现有柱塞缸密封系统的结构( 以直径Φ18 mm ～Φ25 mm 为例) 如图1 所示。主要由柱塞、防尘圈、导向环、O 形密封圈、柱塞座等组成。主要是依靠O 形密封圈来实现系统的密封。

　　1) 往复运动时的密封原理

　　O 形密封圈在往复运动滑移面上的接触情况，如图 2 所示。此时 O 形密封圈的动密封作用主要还是依靠其预压缩和加压后作用于耦合面上的接触应力，且由于 O 形密封圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力。当用于液体介质密封时，由于液体的压力、粘度及运动速度等因素的作用，沿滑移面和密封件间形成一层粘附力极强的边界层液体膜，如图2a 所示。这层液体薄膜始终存在着，它亦起一定的密封作用。但当滑移面向外伸出时，液体膜随之一起探出，如图2b 所示。而当滑移面缩回时，液体膜则被密封件阻留于外侧。随着滑移面往复运动次数的增加，阻留于密封件外侧的液体膜日渐增厚，最后形成液滴，从滑移面滴下，如图2c 所示。

　　2) 柱塞缸柱塞带油使用情况