液压支架常用密封的设计

1概况

液压设备依赖于液体介质传递动力, 设备的工作压力、速度、适用工作环境受介质密封的制约, 密封装置是设备的主要部件, 整个机组的可靠性取决于密封装置的工作能力。液压支架采用5%含量的乳化液介质, 润滑、防腐性能差, 在井下检修非常困难, 因此对密封件的适用性及可靠性提出了更高的要求。

2液压支架活塞密封

液压支架最重要的密封就是安装在立柱上的活塞密封, 因为它的作用是保持支撑顶板的腔体压力, 若活塞密封损坏, 其后果可能是灾难性的。在双伸缩立柱中, 由于内外伸缩缸的面积比使压力可高达60 MPa或更高, 乳化液润滑性能差, 因而设计者面临的主要问题是密封被挤出和磨损。

2.1 挤出

挤出损坏是由作用在密封上的高压力和摩擦力引起的, 与通常的双作用液压缸不同, 在那里, 密封上的摩擦力与压力方向相反, 而支架中摩擦力是由顶板的压力作用产生的, 所以此压力与摩擦力作用方向相同, 这样给密封件的防挤设计提出了更高的要求。

液压支架密封通常都设置防挤环, 一般采用聚合物 (如聚四氩、聚甲醛等) 。防挤环所受压力

Fj=ptD

式中D———缸件内径

t———环的厚度

p———压力

由于密封弹性体的可流动性, 密封面上的摩擦力

Fm=μplD

式中μ———摩擦系数 (橡胶材料与缸体的摩擦系数通常大于0.5, 如果出现粘着, 可能会超过1)

l———接触长度

一般接触长度l要大于环的厚度t, 因此可以断定Fj与Fm大小接近, 在许多场合摩擦力Fm可能大于挤压力Fj。

摩擦力造成的挤出损坏作用可通过试验来说明。以单体液压支柱为例, 按国家标准规定做静载试验和往复试验, 试验结果表明, 使用防挤环在只有静压时很少有挤出损坏, 但在运行中, 摩擦力使密封防挤能力大幅度下降。

2.2 摩擦、磨损

密封件的磨损是由一系列因素造成的。为了研究往复运动使密封磨损而发生的密封性能变化, 国际标准化组织制定方案, 由英国流体力学研究会委托世界7个不同的试验室。按规定的相同试验条件进行试验, 采用挤压型密封和唇形密封, 活塞杆表面高频淬火后镀硬铬, 硬度HV800～1 100, 表面抛光Ra0.2～0.4。通过15万次往复试验后, 结论是挤压型密封表现出了泄漏量与摩擦力成反比关系, 唇形密封没有发现泄漏量与摩擦力有什么关系, 表面粗糙的活塞杆并不比表面光滑的活塞杆造成的磨损更严重。