CN103362524B - 鼓型增压多环复合密封手把体 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种鼓型增压多环复合密封手把体，包括手把体，其上设互相垂直的两个圆柱孔，一为密封液压缸和活柱体的竖孔，一为安装三用阀的横孔，两孔之间设有注液通孔，竖孔设有密封环槽,其内安装密封圈；手把体密封环槽的上、下水平端面上设有与液压腔相通的通孔，密封圈在朝向通孔的端面上设有与通孔相通的充压结构，包括与通孔相通的缓充槽，以及位于缓充槽内侧的密封圈充压腔，缓充槽与充压腔之间设有支撑隔板，支撑隔板上设有联通缓充槽与充压腔的1-N个注液孔。密封圈的内外密封圆柱面分为1-N道密封环面。与现有技术相比，本手把体与鼓型增压多环复合密封圈配合，在密封环槽的端面开设通孔注液，实现鼓型增压密封和多环复合密封的目的。

Description

鼓型增压多环复合密封手把体

技术领域

本发明涉及一种手把体，尤其是一种鼓型增压多环复合密封手把体。

背景技术

目前，矿山井下支护使用的国家实用新型二等奖产品（ZL 02160388.X）悬浮式单体液压支柱手把体如图1所示，21—密封手把体；22—Y型密封槽；23—注液孔；24—三用阀安装孔；25—手把体手柄。手把体采用的密封型式有二种：

 一是Y型圈密封，如图2所示：依靠A、B两个面密封。

工作原理：工作液通过注液孔进入单体液压支柱的工作腔，在液体压力的作用下，Y 型密封圈的A、B面向内侧（活塞杆）和外侧（手把体密封槽底面）贴合，起到密封效果。

可见，采用Y型圈密封，低压密封效果好，但高压或超高压密封性能差。

二是如图3式的鼓型圈密封，概念上利用C、D两个面密封。

图4与目前鼓型密封圈配套的密封手把的结构，如图所示，在图1手把体的基础上，添加了密封圈增压注液孔26，并将液压支柱工作液注液孔23改为直孔。

目前鼓型密封手把体的结构和受力情况如图5所示：

51—活塞杆外表面；52—密封圈上侧间隙；53—压力液体形成向密封圈腔内的压力；54—增压注液孔；55—密封圈外密封面；56—向活塞杆的液压涨力；57—液压缸内腔压力；58—向密封槽的液压涨力。

参考图5分析，工作时工作液通过单体液压支柱注液孔进入液压缸工作腔，同时通过增压注液孔54进入鼓型密封圈内腔，概念上在密封圈内腔形成向外的膨涨力，可以改善密封效果。

这时，密封圈的C面受内腔膨涨力的作用而与活塞杆外表面的贴合力增大，概念上可以改善活塞杆外表面的密封性能。

但是，目前图5这种密封结构存在严重的设计缺陷。参照图4、图5分析，该密封圈的D面同时受到密封圈腔内和腔外大小几乎相同、方向完全相反的两个力的作用，压力液体形成向密封圈腔内的压力53与向密封槽的液压涨力58抵消，即概念中的密封增压力为零。而且，在这种密封结构中，D面与手把体密封槽的三个面之间都有缝隙，单靠密封圈材料自身的弹力不足以形成有效的密封，液压缸内腔的高压或低压液体都能轻易地从这些缝隙中泄漏，从而导致液压支柱工作腔压力下降，甚至密封失效，造成严重的安全隐患。

可见，目前普遍应用的上述两种手把密封形式，都不能兼顾单体液压支柱的低压、高压和变压的复杂工况，影响了悬浮式单体液压支柱发挥井下工作面安全支护的优势。

发明内容

本发明的目的是克服目前手把体密封效果差、寿命短的缺陷，提供一种鼓型增压多环复合密封手把体，其通过配合有新的复合密封件并在环槽的端面开设通孔注液，实现两侧高效密封的目的。

为达到上述目的，本技术方案如下：

     一种鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，包括手把体，手把体上设有三用阀，三用阀与手把体工作腔连通设有注排液孔，手把体上设有密封环槽，密封环槽内安装与柱塞杆外圆面配合密封的密封圈，所述的密封圈包括环形密封圈本体，密封圈本体的内、外两个环面密封面为密封环面，密封环槽与密封圈下端面接触的端面上设置至少一个与油缸工作腔相通的注液通孔；密封圈本体下端包括低压密封区和高压密封区；所述的低压密封区、高压密封区与油缸工作腔相通，且低压密封区与高压密封区沿密封圈轴向设置。

进一步的，所述的注液通孔沿与油缸轴向方向平行或夹角的方向开设。

进一步的，低压密封区始于密封圈下端面，高压密封区位于低压密封区的后侧。

进一步的，低压密封区与高压密封区间设有支撑隔板，支撑隔板上设有贯通高压密封区与低压密封区的注液孔。

进一步的，所述的低压密封区为V型结构，V型结构的开口端朝向油缸工作腔。

进一步的，所述低压密封区包括在密封圈端面上设置的压力缓冲槽。

进一步的，注液孔的沿与密封圈轴向方向平行或夹角方向导通，注液孔为一个或数个或一整条环形孔；所述的注液孔位于压力缓冲槽的内侧。

进一步的，所述的高压密封区包括一个中空的充压腔，充压腔由注液孔与低压密封区贯通。

进一步的，所述的高压密封区为中空的鼓形密封圈，中空鼓形密封圈由注液孔与低压密封区贯通。

进一步的，所述内、外两个密封环面上分别设置0-N道密封环；低压密封区的外圆直径为密封圈的最大直径；低压密封区的内圆直径为密封圈的最小直径。

本发明的工作原理及工作过程如下：

对于密封圈，一般都是环形密封圈，为适应密封要求，密封圈需要具有一定的尺寸，因此密封圈水平放置时，密封圈的内、外环面为密封件配合实现密封的密封环面，密封圈的上、下端为密封圈的端面。本申请指的上下方向是指在单向液压油缸工作状态下，下端为底座，单向液压油缸竖直放置的情况，本文的上下方向依次为前提。

本发明创造与密封圈配合密封的部件——手把体与油缸为单向工作，因此在密封圈的端面中朝向油缸工作腔的一端，即密封圈的下端面设有低压密封区和高压密封区；低压密封区与高压密封区都与油缸工作腔相通，供液后分别实现低压密封和高压密封。

高压密封区和低压密封区沿平行于密封圈本体的轴向设置，存在两种形式：一，低压密封区始于密封圈端面，高压密封区位于低压密封区后部；二，高压密封区始于密封圈端面，低压密封区位于高压密封区后部。

上述两形式中，贯通的形式可以是低压密封区和高压密封区两者贯通后然后与油缸工作腔贯通，也可以是各自与油缸工作腔相通。

高、低压密封区优选一体化结构。

本发明在手把体的密封环槽上设有通孔，通孔位于密封环槽的水平端面上，而不是密封环槽的环面上，与此通孔连接有密封圈，密封圈上设有朝向通孔且与之连通的低压密封区和高压密封区，在工作过程中，低压由低压密封区实现密封，高压下，高压密封区内充液，从而使得密封件向两边需要密封的一侧膨胀，避免因在密封环面充液出现的压力抵消现象，以提高密封效果。

本通孔沿平行于单向液压油缸的轴向、垂直于密封环槽的方向开设，相对于图4的结构，加工加工简单方便。

所述密封圈主要包括高、低压密封区一体化的环形密封圈本体，密封圈本体的一般为圆环状，密封圈本体的内、外为密封环面、下端为充压端面。

本密封圈本体的内、外两密封环面用于密封手把体与活塞杆；本密封圈本体的下充压端面用于充液，使得密封本体向两密封环面方向膨胀。

本密封圈沿密封圈的轴向方向上分为贯通低压密封区和高压密封区，其中低压密封区位于密封圈外端用于实现低压下的密封，高压密封区用于实现高压的密封。

因油缸为单向充液，因此在下充压端面设有低压密封区和高压密封区。

低压密封区可以采用Y型密封圈，也可以在充压端面上设置增压缓冲区，实现低压下的密封。

高压密封区包括一个充压腔，充压腔通过容纳并充盈高压工作介质向四周膨胀形成密封，使得密封圈向两个密封环面膨胀，密封圈整体向外膨胀，密封环面与油缸内壁或柱塞密封槽底面之间的贴合力明显增大，达到增压密封的目的。

与现有技术相比，因本高压密封区的充盈是经贯通低压密封区和高压密封圈的注油孔实现的，而不是与背景技术中图3的有密封环面向内充盈的方式，因此也就不会出现内外力抵消的现象，密封效果更好。

低压密封区与高压密封区之间并不是全部敞开式的直接贯通方式，而是在两者之间设有支撑隔板，实现两者分隔或者隔断的状态，并在支撑隔板上设置一定数量的注液孔用于贯通低压密封区和高压密封区，这样，这种密封圈的整体强度比相对于两者之间全面直接贯通的结构形式要大的多，保证低压密封区可以很好的作为低压密封结构使用；同时因为高压密封区充液口——注油孔位于设在密封圈朝向充压腔的充压端面上，而不是像图3中在内、外密封环面设置注油孔上，这样，在高压密封状态下时可以保证密封件向两个密封环面方向进行高效膨胀，充分保证了高压的密封效果，能够有效地兼顾高压和低压密封。

在密封环面上设有1-N道密封环，在密封圈充液受压的情况下，密封环面更加贴合需要密封的环面，而且是由中间向两端进行施加，进一步提高密封效果。同时，多道密封环的设置保证了：在高压状态下，高压密封区的密封力因充压腔高压液体胀力而增大；当其中某道密封环失效时，其它密封环替补密封，并可以将锈点密封，达到多重复合密封目的。

充压端面的密封环面为密封圈最大截面积处，即低压密封的外圆为直径最大圆、内圆为直径最小圆，这样在低压或者高压时，充压端面的密封环截面积最大，能够实现低压和高压的密封，提高了密封效果。

充压端面上设有压力缓冲槽，压力缓冲槽是一个凹入充压端面的连续或断续的环形凹槽：可以沿密封圆面的周向方向一直延伸，也可以不沿着密封端面方向延伸，比如是断续的环形槽结构；其横截面形状与密封圈相应部位的横截面相似，但略小一些，也可以根据密封圈结构需要设计成其它任何几何形状。压力缓冲槽的主要作用是缓冲高压液体压力，并通过注液孔向高压密封区的充压腔进行注液。

所述充压腔，是高压密封区的环形内腔，由支撑隔板将其与压力缓冲槽隔开。充压腔的主要作用是储存高压工作液，向内、外密封环面传递液压力，增强密封介面的贴合力,改善密封效果。

可见，本发明可以有效解决目前手把体密封结构存在的性能单一、适应能力差、安全系数低、使用寿命短等不足。

综上，本发明的有益效果体现在：

本型复合密封手把有如下特点：

（1）采用改进的手把体与鼓型增压多环复合密封圈合理组合，是一种更加可靠、安全的新型密封手把。

（2）一个密封圈上兼有传统Y型密封环和鼓型增压密封环两种密封的复式结构，使液压支柱能够适应井下工作面的低压、高压、变化压力等复杂工况。

（3）采用多环复式密封形式，密封圈的多个不同密封环面之间可以互相替补密封，加上鼓型增压密封效果，使得液压支柱的密封安全系数提高数倍。

（4）从支柱工作腔轴向注液，保障密封面增压涨力充分、可靠。

（5）鼓型增压多环复合密封圈的A、B两个密封环面结构合理，保障鼓型密封有效增压，能够明显改善支柱的密封效果。

（6）对于单体液压支柱手把密封槽或（和）活塞杆严重腐蚀或机械损伤的情况，采用鼓型增压多环复式密封形式，能够有效地进行补偿密封，从而显著提高单体液压支柱的可靠性和安全性，大大延长其使用寿命。

总之，手把体辅以鼓型增压多环复式密封圈这种密封结构，可以满足煤矿综采支架液压千斤顶、单体液压支柱、石油机械、工程机械等各种高压油缸在复杂工况下的密封要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是手把体结构示意图；

图2为Y型密封圈结构示意图；

图3为改进型密封圈结构示意图；

图4为手把体改进示意图；

图5为改进型密封圈受力示意图；

图6为本发明创造手把体结构示意图；

图7为发明创造密封圈结构示意图；

图8为发明创造密封圈密封环面结构示意图；

图9为手把体与本发明创造密封圈配合示意图；

图10为本发明创造密封圈受力分析示意图。

具体实施方式

下面未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图6所示，一种鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，包括手把体1，手把体1上设有三用阀2，三用阀2与手把体工作腔连通设有注排液孔3，注排液孔3可以为斜向也可以为水平方向，本实施例采用水平方向，本方向的前提是单体液压支柱竖直放置，底座位于最底部；手柄体1上设有密封环槽4，密封环槽4内配合设有密封圈。

所述的密封圈如图7所示，包括环形密封圈本体10，密封圈本体10的内、外两个环面密封面为密封环面13，下端面为充压端面14，密封环槽4与密封圈下充压端面14接触的端面上设置至少一个与工作腔相通的注液通孔5，如图6；密封圈下充压端面14上设有相互贯通的低压密封区11和高压密封区12，低压密封区11始于下充压端面14且通向注液通孔5，高压密封区12位于低压密封区11的上侧。

图6中，所述的注液通孔5沿平行于单向液压油缸的轴向、垂直于密封环槽4的方向开设，数量可以根据需要设置有多个，比如沿密封环槽4的下端面均匀设置多个；当然注液通孔5也可以通过其他结构和方向的孔，只要孔的一端设置在密封环槽4的下端面上，另一端与工作腔相通即可、。

密封圈本体10为环形，常见为圆环柱形，当然也可以根据密封条件的具体需要进行选择。

沿密封圈本体10中心径向方向，密封圈本体10的内、外两环面为密封环面13；沿密封圈本体10的轴向方向，密封圈本体的下两端面为充压端面14。

本实施例为单向密封，即密封圈本体10的充压端面14设有低压密封区11和高压密封区12，优选两密封区为一体化形式——整体为一体结构而非后期粘连形成，低压密封区11始于充压端面且通向工作腔——工作介质的打压区域，即工作介质由工作腔可流入到低压密封区11，而高压密封区12位于低压密封区11的后侧。

所述的低压密封区11为开口朝向油缸工作面的V型开口结构（比如Y型圈）或者在充压端面设有压力缓冲槽111，本实施例采用后者——设置压力缓冲槽111的形式，但不排除采用V型开口结构（比如Y型圈）的形式。

所述的高压密封区12采用中空的鼓形密封圈形式；或者高压密封区12包括一中空的充压腔121，本实施例采用设置充压腔121的形式，同样但不排除采用鼓型密封圈的形式。

低压密封区11与高压密封区12间设有支撑隔板15，支撑隔板15上设有贯通高压密封区12与低压密封区11的注液孔16，本实施例的注液孔16位于压力缓冲槽111的槽底且优选为轴向方向；注液孔16的数量可以根据需要进行选择，可设置1-N个，只要能够实现低压密封区11与高压密封区12导通即可，当然极限情况下，注液孔16数量增加，且孔较大、较长时，支撑隔板面积就小于注液孔面积，支撑隔板实际就形成了隔断或者连接筋，本种方式也应视为等同于设置支撑隔板的方式，在本发明创造的保护范围之内。

所述内、外两个密封环面13上分别设置0-N道密封环，极端情况下或者工作压力不是很高的情况下，也可以选择不设置密封环，当然为保证密封效果，优选设置密封环，本密封环可设置多个，尤其实在高压密封区12内为保证密封效果更应设置多个，当然，0—N个也不局限于整数个，也可以为单独设置半个，比如：低压密封区11的外圆直径为密封圈的最大直径；低压密封区11的内圆直径为密封圈的最小直径，实现低压密封区11与密封件的紧密贴合，保证密封强度和密封效果。

密封环具体结构如图8所示，密封件的密封环有4种：13A、13B分别为内、外密封环面，即高压密封环面。根据需要，该鼓型环面可以设置1～N道。

13C、13D为普通密封环面，即低压密封环面。根据需要，该低压密封环面可以设置1～N道。

当液压支柱低压工作时，工作液的压力低，鼓型密封圈内腔涨力小，形成的密封力也小，这时主要依靠13C、13D面密封；当液压支柱高压工作时，工作液的压力大，密封力增大，主要靠13A、13B面密封。

压力缓冲槽111为凹入充压端面14的连续或者间断的槽型结构，其横截面为弧形、方形或多边形的至少一种或组合，本实施例采用连续的图7所示结构

另外，复式密封圈的多个不同密封环面之间可以互相替补密封，加上鼓型增压密封效果，确保液压支柱在复杂工况下能够正常、安全、可靠地工作。

制造时，本手把体可以在原有手把体的基础上改进，如图6：

（1）在手把体的原Y型密封圈密封槽4的下端面上设置1～N个轴向的专用注液通孔5。

注液通孔5与鼓型增压多环复合密封圈上的注液孔相对应，但二者可以不等数量、错位设置，不同角度安装。该增压注液孔顺着液压缸的轴向，或有一定角度，设置1～N个。

（2）根据所选用鼓型增压多环复合密封圈的尺寸设计加工手把体上的密封槽。

（3）适当扩大液压支柱注排液孔3的截面积，并调整其角度，加大液体流量，保障升柱和回柱速度。

使用时,如图9所示:

高压工作液通过液压支柱手把体80的注液孔进入液压缸工作腔，同时通过增压液缓充槽和专用增压注液孔进入鼓型密封圈81内腔，形成向活塞杆82和手把体密封槽83两个方向的密封增压力。

工作时，乳化液通过中的三用阀进入手把体的缓充腔，通过注液孔进入油缸工作腔，同时通过增压注液孔进入鼓型增压多环复合密封圈内腔。此时，鼓型增压多环复合密封圈与活柱体外圆面之间形成关键的单体液压支柱伸缩动态密封。

在这个伸缩动态密封面，当单体液压支柱在较低压力下（液压缸的工作压力降低到5Mpa以下）工作时，主要依靠图8密封圈的13C、13D低压密封环面密封；而在较高压力或工作面顶板突然来压的超高压情况下，主要依靠图8中密封圈的13A、13B高压密封环面密封。

密封圈受力分析如图10所示:

91—活塞杆外表面；92—作用于手把体密封槽底面的压力；93—手把体密封圈槽底面；94—注液通孔；95—作用于活塞杆外表面的压力；96—液压缸内腔的液压涨力。

如图8所示，工作时，工作介质由增压液注液通孔94进入到增压液缓充槽98，经注液孔97进入到充压腔99。

在高压工况下，高压液体经在鼓型密封腔内形成增压涨力，该涨力对密封圈的内、外两侧的密封环面形成密封贴合力，即密封力。该密封力随液压缸工作压力的变化而变化，工作压力越大，鼓型密封圈的密封力越大，密封效果越好。

当活塞杆或（和）手把体密封槽的密封面因腐蚀、损伤而影响正常密封时，鼓型增压多环复合密封圈的数道鼓型增压密封环面进行压力补偿和复合补偿式密封，保障单体液压支柱安全、可靠地工作。

鼓型增压多环复式密封手把体中鼓型密封圈内腔的高压液体对鼓型密封环面形成涨力，一是鼓型密封圈内侧环面与活塞杆表面的贴合力，二是密封圈外侧环面与手把体密封槽底面的贴合力，这两个增压力使得密封力大大增加，密封结构密封安全系数提高数倍。

目前鼓型密封圈外侧（手把密封槽底面）增压力被抵消而导致的密封安全隐患。

复合密封

鼓型增压多环复式密封手把体，由于采用高、低压复合密封圈，当液压支柱处于低压工况时，主要依靠低压密封环面密封；处于高压工况时，主要依靠高压密封环面密封。不同密封环之间能够替补密封，可以增加密封圈密封环面的数量，充分发挥本发明复式结构、复合密封的优点，成倍增加液压支柱的密封可靠性，保障液压支柱在超高压工况下具有可靠地密封安全性。

补偿密封

采用鼓型增压多环复式密封的手把体，当手把体密封槽或活塞杆的密封面出现腐蚀、损伤而影响普通密封手把的密封效果，甚至导致密封失效时，鼓型增压多环复式密封结构的多个不同密封环面之间可以互相替补密封；鼓型增压力将密封圈的密封环面紧压在活柱或手把密封槽的腐蚀、损伤部位，具有补偿密封效果。这两种作用能够确保液压支柱正常、安全、可靠地工作。

本发明克服了原鼓型密封圈低压密封效果差、手把密封槽泄露的缺陷。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，包括手把体（1），手把体（1）上设有三用阀（2），三用阀（2）与手把体工作腔连通设有注排液孔（3），手把体（1）上设有密封环槽（4），密封环槽（4）内安装与柱塞杆外圆面配合密封的密封圈，所述的密封圈包括环形密封圈本体（10），密封圈本体（10）的内、外两个环面密封面为密封环面（13），其特征在于：密封环槽（4）与密封圈下端面接触的端面上设置至少一个与油缸工作腔相通的注液通孔（5）；密封圈本体（10）下端包括低压密封区（11）和高压密封区（12）；所述的低压密封区（11）、高压密封区（12）与油缸工作腔相通，且低压密封区（11）与高压密封区（12）沿密封圈轴向设置；所述的密封圈下端面为充压端面，低压密封区始于下充压端面且通向注液通孔，高压密封区位于低压密封区的上侧。

2.根据权利要求1 所述的鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，其特征在于：所述的注液通孔（5）沿与油缸轴向方向平行或夹角的方向开设。

3.根据权利要求1 所述的鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，其特征在于：低压密封区（11）始于密封圈下端面，高压密封区（12）位于低压密封区（11）的后侧。

4.根据权利要求1 或3 所述的鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，其特征在于：低压密封区（11）与高压密封区（12）间设有支撑隔板（15），支撑隔板（15）上设有贯通高压密封区（12）与低压密封区（11）的注液孔（16）。

5.根据权利要求4 所述的鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，其特征在于：所述的低压密封区（11）为V 型结构，V 型结构的开口端朝向油缸工作腔。

6.根据权利要求4 所述的鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，其特征在于：所述低压密封区（11）包括在密封圈端面上设置的压力缓冲槽（111）。

7.根据权利要求6 所述的鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，其特征在于：注液孔（16）的沿与密封圈轴向方向平行或夹角方向导通，注液孔为一个或数个或一整条环形孔；所述的注液孔（16）位于压力缓冲槽（111）的内侧。

8.根据权利要求4 所述的鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，其特征在于：所述的高压密封区（12）包括一个中空的充压腔（121），充压腔（121）由注液孔与低压密封区（11）贯通。

9.根据权利要求4 所述的鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，其特征在于：所述的高压密封区（12）为中空的鼓形密封圈，中空鼓形密封圈由注液孔（16）与低压密封区（11）贯通。

10.根据权利要求1 所述的鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体，其特征在于：所述内、外两个密封环面（13）上分别设置0-N 道密封环；低压密封区的外圆直径为密封圈的最大直径；低压密封区的内圆直径为密封圈的最小直径。