CN102278479A

CN102278479A - Y型密封单元

Info

Publication number: CN102278479A
Application number: CN2011101302166A
Authority: CN
Inventors: 刘大炜; 唐金涛; 乔永忠
Original assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Current assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明公开一种密封单元，安装于活塞杆和液压油缸之间，包括导引套、Y形密封圈，在Y形密封圈内腔开口对应的导引套上设置有进油口，进油口位于导引套端面和密封槽之间。本发明是基于Y形圈的密封组件，解决作频繁往复运动液压油缸的密封不良、运动速度较小的问题，并减小磨损和改善对磨损部位的密封补偿效果。本发明通过设置进油口，消除了Y形密封圈油路不畅的隐患；本发明还通过设置支撑环，降低缸体内壁的磨损，提高液压油缸的密封性和使用寿命，降低了维护成本；采用本发明的数控机床液压平衡油缸，寿命增加为原设计的4倍左右(8年以上)，最大运动速度增加为原设计的3倍左右(工作压力P≤32MPa时，15m/s)。

Description

Y型密封单元

技术领域

本发明涉及液压机械领域，特别是液压油缸的密封技术领域。

背景技术

液压油缸广泛用于起重机、挖掘机、隧道顶部支撑装置、重型运动部件平衡等诸多重工业领域。其性能指标如输出力、寿命、耗油量等主要取决于油缸的密封性，密封装置是整个液压油缸的关键部件。

不同用途液压油缸的密封性要求也不同，其中活塞杆做频繁往复运动的液压油缸，其密封装置会承受长时间的交变载荷，容易磨损，典型如数控机床的主轴箱液压平衡油缸，当机床工作时，平衡油缸的活塞杆会在主轴箱带动下，作频繁的往复运动，使密封部位承受一定轴向力和力矩，使其密封装置成为整个液压系统最易磨损的部分。实际应用发现，一般数控机床液压平衡油缸的密封装置普遍寿命较短(2年左右)，主要失效形式为油液渗漏、平衡力降低、活塞杆松动等。

液压油缸的密封一般分两部分：端盖与活塞杆之间的密封以及活塞与活塞缸之间的密封。对于作频繁往复运动的液压油缸而言，其密封技术难点主要体现为：

1、减小因活塞杆频繁往复运动带来的对密封装置的冲击，避免金属部件直接接触，减小端盖内圆(或油缸内壁)磨损；

2、密封面贴合紧密，能适应活塞杆往复运动的冲击以及油缸内油压的变化；

3、密封装置能自动补偿油缸运动部件的磨损，保持良好的密封性；

4、可维护性好，拆装方便。

图1是目前一种典型的基于格来环的液压平衡油缸密封装置，在图1中，端盖与活塞杆之间的密封由导引套、1个格来环、1个C形防尘圈、1个O形圈组成；活塞与活塞缸之间的密封由1个格来环、2个支撑环组成。支撑环主要用于避免金属件的直接接触，外环的O形圈则用于缓冲和补偿磨损；支撑环主要起活塞的运动导向作用；C形圈防尘圈主要用于防尘。

在上述密封模式下，端盖与活塞杆之间以及活塞与活塞缸之间的密封主要由格来环和O形圈完成：格来环内缘在外环O形圈弹性预紧力作用下，与活塞杆贴紧，保证活塞杆密封面的密封压力；当端盖内圆存在一定磨损时，具有弹性的O形圈会自动补偿磨损区域，保证密封效果。活塞的运动导向主要由活塞的两个支撑环实现，支撑环还能避免活塞与缸体的直接接触，避免因金属部件直接接触导致的磨损和划伤。

该密封结构的格来环外环材质一般为填充PTFE(基础材料为聚四氟乙稀及青铜粉)，用于液压件的填充PTFE材料具有极高的抗压强度、硬度和耐磨性，良好的导热性，可承受很大的机械负载、工作压力和运动速度。O形圈一般为耐高温(-30℃～200℃)的氟橡胶材料，通过安装时的弹性预压力保证格来环与缸体的紧密接触，同时自动补偿端盖内圆(或缸体内壁)的磨损。

在无损坏的情况下，这种密封结构的使用参数及特点如下：

(1)工作温度范围为-35℃～190℃；

(2)工作速度移≤5m/s，具有较低的摩擦阻力，无滞粘现象；

(3)工作压力P≤25MPa，最大压力为40MPa(运动速度口≤2m/s时)；

实际大多数机床的液压平衡油缸在采用这种密封装置后，使用1～2年即出现密封失效的情况，主要原因分析如下：1、格来环材料硬度大，对于交变力的冲击减缓不够，导致导引套内圆(或缸体内壁)磨损，2、导引套内圆(或缸体内壁)磨损后，格来环和O形密封圈的组合不能对磨损部位有效补偿，由于格来环的内环材料具有较高硬度，外环O形圈的弹性变形不足以补偿导引套内圆的磨损，导致油液从磨损处渗漏。

Y型密封也是一种重要的类型。其密封主要以Y形圈完成，配以相应的密封槽(位于导引套和活塞上)，完成对液压油缸的密封。典型结构如图2所示，现有的基于Y形密封圈的密封方式大多如上述所示，通过利用液压油压力，使Y形圈内腔在油压作用下膨胀，保持内外唇边始终贴紧密封面，压力越大，唇部与密封面配合更紧密，密封性更强，这就是“自封作用”。

Y形圈的应用往往出现一些问题，其主要原因为：

1、由于Y形圈变形，使其唇部与导引套外沿接触导致A处(见图3)油路通道被堵死，液压油无法流入Y形圈内腔，引起密封压力下降；

2、Y形圈在B处(见图3)与导引套直接接触，Y形圈在活塞杆往复运动过程中，背面的一侧可能被油液压力挤入间隙而损坏和磨损，产生“背切”或者挤出的现象。

发明内容

本发明针对上述技术问题，设计一种新型的基于Y形圈的密封组件，解决这类作频繁往复运动液压油缸的密封不良、运动速度较小的问题，并减小磨损和改善对磨损部位的密封补偿效果。

本发明为一种Y形密封单元，安装于活塞杆和液压油缸之间，包括导引套、Y形密封圈，在Y形密封圈内腔开口对应的导引套上设置有进油口。

上述密封单元的进油口位于导引套端面和密封槽之间。

密封单元的进油口还可为通孔。

更进一步，密封单元的进油口可改为缺口。

密封单元的密封槽中在Y形密封圈背面装有挡环。

一种密封装置，安装于活塞杆与端盖之间，包括导引套、支撑环、防尘圈、Y形密封单元，支撑环安装于导引套中部，密封单元安装于导引套内侧，防尘圈安装于导引套外侧。

一种密封装置，安装于活塞杆与液压油缸之间，包括导引套、支撑环、Y形密封单元，支撑环安装于导引套中部，两个密封单元对称安装于导引套两侧。

本发明相比于现有技术具有如下优点：

通过设置进油口，消除了Y形密封圈油路不畅的隐患，增强了密封效果。

通过设置支撑环，降低端盖内圆和缸体内壁的磨损，提高液压油缸的密封性和使用寿命，降低液压油缸全寿命期的维护成本。

充分发挥Y形密封圈“自封作用”，以及两个支撑环的运动导引作用，Y形圈的良好密封性使得油缸最大压力增加，支撑环的两点支撑以及所使用的材料，使得活塞杆的运动具有较低的摩擦力，同时避免了金属部件的直接接触，减小了磨损，有效提高液压油缸的最大工作速度和最大压力。

采用本发明的数控机床液压平衡油缸，寿命增加为原设计的4倍左右(8年以上)，最大运动速度增加为原设计的3倍左右(工作压力P≤32MPa时，15m/s)。

附图说明

图1基于格来环的液压缸密封

图2现有基于Y形圈的密封单元

图3普通Y型密封单元的典型失效形式

图4本发明的Y型密封单元

图5本发明中导引套(活塞轴)的密封槽进油孔示意图

图6本发明的油缸端盖密封

图7本发明的活塞杆与活塞缸之间的密封

图中，1.支撑环 2.格来环 3.活塞缸 4.活塞杆 5.端盖 6.O形圈 7.防尘圈 8.导引套 9.密封面 10.Y形密封圈 11.进油孔 12.挡环13.Y型密封单元

具体实施方式

见图4、图5，将挡环12和Y形密封圈13装入导引套8(或活塞)的密封槽中，Y形密封单元13装配完毕，注入液压油后，即使Y形密封圈13和导引套8之间的间隙较小，液压油也会经导引套的进油孔顺利进入Y形密封圈内腔，使Y形密封圈内外唇边贴紧内外两个密封面9，此时密封面处的有效密封压力等于密封圈因弹性变形产生的预压力和液压油压力之和：无内压时，与密封面9的接触压力等于弹性变形预压力；有内压时，唇形圈底部将受到轴向压缩，唇部受到周向压缩，与密封面的接触面积增大，接触压力增加；当内压进一步升高时，接触压力的分布形式和大小进一步改变，唇部与密封面配合更紧密，密封性更强，保证较好的密封性；另一方面，Y形密封圈材料具有较好的弹性，当端盖内圆(活塞缸内壁)磨损时，在油压作用下，Y形密封圈内外唇边的变形可使其有效填充磨损区域，减缓因磨损引起的密封性能下降。

见图6、图7，在端盖5与活塞杆4之间的导引套8的内侧设置本发明的Y型密封单元13、中部设置一个支撑环1、外侧设置防尘圈7；在活塞杆4与活塞缸3之间的导引套8两侧对称设置本发明的Y型密封单元13、中部设置一个支撑环1，通过两个支撑环实现对活塞杆4的两点定位支撑，这种支撑方式使活塞杆4在运动时对端盖5或缸体内壁的冲击分散到两个部位，使得在同样冲击力矩作用下，每个部位受到的径向冲击力大幅减小。同时，这种支撑方式有效增强了活塞杆运动的导向作用，减少了端盖内圆和缸体内壁的磨损。另外，支撑环还能起到二次密封的作用，最终有效提高液压油缸的密封性和使用寿命。

Y形密封圈选用材料为聚氨酯橡胶；支撑环选用材料为PTFE+青铜，挡环选用材料为尼龙。

本发明充分发挥Y形密封圈“自封作用”，以及两个支撑环的运动导引作用，Y形密封圈的良好密封性使得油缸最大压力增加，支撑环的两点支撑以及选用合适的材料，使得活塞杆的运动具有较低的摩擦力，同时避免了金属部件的直接接触。两者结合，有效提高了液压油缸的最大工作速度和最大压力。

Claims

1.一种Y型密封单元，安装于活塞杆和液压油缸之间，包括导引套、Y形密封圈，其特征在于，在Y形密封圈(10)内腔开口对应的导引套(8)上设置有进油口。

2.根据权利要求1所述的Y型密封单元，其特征在于，所述的进油口为进油孔(11)。

3.根据权利要求1所述的Y型密封单元，其特征在于，所述的进油口为缺口。

4.根据权利要求1至3之一所述的Y型密封单元，其特征在于，在密封槽中Y形密封圈(10)背面装有挡环(12)。

5.一种安装于活塞杆与端盖之间的密封装置，包括导引套、支撑环、防尘圈、Y型密封单元，其特征在于，支撑环(1)安装于导引套(8)中部，Y型密封单元(13)安装于导引套(8)内侧，防尘圈(7)安装于导引套(1)外侧。

6.一种安装于活塞杆与液压油缸之间的密封装置，包括导引套、支撑环、Y型密封单元，其特征在于，支撑环(1)安装于导引套(1)中部，两个Y型密封单元(13)对称安装于导引套(1)两侧。