CN1089709A

CN1089709A - 高速高压液压旋转联接器

Info

Publication number: CN1089709A
Application number: CN 93120024
Authority: CN
Inventors: 綦建前; 扬荣; 郑万德; 刘静; 王化川; 黄力军
Original assignee: AUTOMATION RESEARCH ACADEMY MINISTRY OF METALLURGICAL INDUSTRY
Current assignee: AUTOMATION RESEARCH ACADEMY MINISTRY OF METALLURGICAL INDUSTRY
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: CN1029422C

Abstract

本发明涉及一种用于高速旋转轴的多通道高压液压旋转联接器。它包括一旋转轴、一壳体、端盖、轴承、密封、至少一个供油口、一个进油口和一个出油口，以及连接进、出油口的通油孔。所述的供油口开在静止的壳体上，进油口开在旋转轴上并与壳体上的供油口相对布置，在所述壳体的内表面和旋转轴外表面之间、供油口的左、右两侧，各设置有一个高压旋转密封环，本发明与现有技术相比具有适用范围广、适用通径大而且无泄漏等优点，在压力为2.5×10⁷Pa 时，旋转轴的线速度可大于3m/s。

Description

本发明涉及一种高速液压旋转联接器，特别是一种适用于高速旋转轴的多通道高压旋转联接器。

在现代工业中的许多场合中，需要从一个静止不动的部件向一个旋转体中输送有一定压力的流体，用于驱动旋转体中的压力执行无件（液压缸或马达等）。如连轧机生产线中用于卷取钢带的液压卷取机，由于卷取的钢带卷的重量大且卷取的转速高，使得卷取机上的液压旋转联接器必须在高压高速下工作。而现有技术中的旋转联接器由于其自身结构和密封结构及材料等因素，一般只能在高压低速或高速低压下工作，不能满足如卷取机上液压旋转联接器的使用条件。现有技术中用于旋转联接器中的密封主要有以下几种：

（1）填塞型密封。如整环填料密封和盘根填料密封。压力适用范围：1.3×10³Pa-3.5×10⁷Pa线速度小于20m/s，缺点是：压力高时，线速度低;摩擦力大;停车时有泄漏;而且只适于单通道联接。

（2）挤压型密封。如O型、D、X、△型密封等，其在3.5×10⁷Pa压力下，旋转线速度小于0.05m/s;在0.7×10⁶Pa压力下，旋转线速度可达3m/s。

（3）挠曲型密封。如：唇形密封中V型、U型、Y型等油封。这类旋转密封广泛应用于工业各个领域，与机械密封一起成为旋转密封的主力军。其密封压力可达10×10⁷Pa;但最大的缺点是旋转线速度低，如U型密封上有30-35mm/s的线速度，当油封在旋转线速度4-15m/s范围内工作时，耐压只有0.3-0.7×10⁶Pa。

（4）分剖型密封，如开口环和分瓣环。其耐压和旋转线速度都可以很高（1.5×10⁷Pa-2.2×10⁸Pa;3m/s-100m/s），但其属于泄漏型密封。也就是它在旋转状态和停车状态都有泄漏。即污染了环境，也降低了效率。

（5）端面型密封。又称机械密封。这种密封无论在耐压能力，还是在旋转线速度上都具有很高的优越性。工作压力可达10×10⁷Pa，线速度可达185m/s;工作直径可达1500mm。但是其突出的缺点是加工制造困难，工艺和结构复杂;成本高，对使用环境要求严格，可更换性差，而且只能单通道连接。

上述的旋转密封用于液压旋转联接器（又称旋转接头）上时，高速和高压这两指标不能同时满足的缺点变得更明显了。根据对某进口旋转接轴的测试，其耐压为2.3×10⁷Pa时，线速度为0.3m/s;耐压为1.6×10⁷Pa时，线速度为0.8m/s;耐压为2.5×10⁶Pa时，线速度为16m/s。当采用有泄漏的密封形式时，上述情况稍有好转，但能量损失大，既污染环境也降低了液压系统的效率。

本发明的一个目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种适用于高速旋转轴的高压液压旋转联接器。

本发明的另一个目的是提供一种具有多个连接通道的高速高压液压旋转联轴器。

本发明的又一个目的是提供一种没有外泄漏的高速高压液压旋转联接器。它的高压密封为采用压力平衡原理的一种自平衡组合式密封环，其摩擦系数小而且耐磨性好。

本发明的技术解决方案如下：一种高速液压旋转联轴器，它包括一旋转轴、一壳体、轴承、端盖、密封、至少有一个供油口、一个进油门和一上出油口及连接进、出油口之间的通油孔，其特征在于：所述的轴承位于静止的壳体和装于壳体内的旋转轴之间，以使旋转轴在壳体内旋转，所述的供油口开在静止的壳体上，进油口开在旋转轴上并与壳体上的供油口相对布置，所述的出油口开在旋转轴靠近旋转体的另一端并通过沿旋转轴轴向延伸的通油孔与进油口连通，在所述壳体的内表面和旋转轴外表面之间、供油口的左、右两侧，各设置一个高压旋转密封环，所述的左、右两个高压旋转密封环所围成的空间形成一个围绕旋转轴进油口的环形压力腔。所述的高压旋转密封环为自平衡组合式高压旋转密封环，它包括一开有唇形开口的密封碗和过盈安装在密封碗内的O形圈，所述的密封碗上形成有一自唇形开口延伸至与旋转轴接触的边上的倒角边。所述的密封碗由充填聚四氟乙稀材料制成，所述的O形圈由橡胶制成。所述的自平衡组合式高压旋转密封环中密封碗的唇形开口边对着所述的环形压力腔，压力液体同时作用在上面的唇形开口内表面上和下面的倒角表面上，所形成的径向作用力向相反、而压向旋转轴的作用力略大于油压在倒角边上产生的作用力。

所述的壳体上相邻设置有两个供油口，所述的旋转轴上设置有两个进油口、出油口和轴向通油孔，在静止壳体的内表面和旋转轴外表面之间，供油口的左右两侧设置有两对自平衡组合式高压旋转密封环，每一对密封环的唇形开口相对设置并围绕旋转轴形成两个独立的环形压力腔，两个进油口在旋转轴的径向相对方向（成180°）并沿轴向隔开一段距离布置，两出油口设置在旋转轴的另一端，两通油孔沿旋转轴轴向平行设置。所述的供油口、进、出油口和通油孔可以是三个，所述的自平衡组合式高压旋转密封环为六个，每对相对设置的密封环形成各自独立的环形压力腔，而进油口在圆周方向上成120°角且轴向彼隔开布置。所述的自平衡组合式高压旋转密封环的外侧和壳体的内表面之间设置有衬环，在两对衬环之间靠近供油口处设置有通油环。所述的衬环和通油环由40Cr材料制成。所述的轴承设置在自平衡组合式高压旋转密封环和衬环的轴向外侧，低压旋转密封环设置在所述轴承的轴向外侧并位于静止的壳体内表面和旋转轴的外表面之间。所述的旋转轴的中心制有一圆形通液孔，它的出液口开在靠近旋转体的旋转轴的端面上，进液口开在旋转轴的另一端的端面上，与静止壳体连接的端盖中心开有供液口，在旋转轴的另一端附近的外表面和静止壳体的内表面之间至少设置一个低压旋转密封环，该密封环和所述的端盖内表面及旋转轴的端面围成一个供液腔。所述的位于旋转轴中心的通液孔中的低压流体可是冷却水或润滑油。所述的旋转轴在靠近旋转体的出油口和静止壳体的另一个端盖之间沿径向延伸形成圆盘形法兰，其上均布有连接孔，通过连接螺栓将旋转轴与旋转体连接起来。所述的进油口和出油口为圆孔并沿旋转轴的径向向内延伸与各自的通油孔垂直相交，所述的进油口始终位于环形压力腔中。所述的一具出油口沿径向与通油孔垂直相交，而另一个出油口设在旋转轴的端面上。所述的两个出油口均沿径向与各自的通油孔垂直相交。

本发明与现有技术中的液压旋转联接器相比，适用范围广，可同时满足高压、高转速的使用要求，例如，在油压压力为2.5×10⁷Pa时，旋转轴的线速度大于3m/s，而且没有泄漏。同时适用温度范围大，在-40℃-+90℃的范围内都能正常工作，旋转轴的直径大，其内通油孔的直径可在φ6-φ25mm内选择，通油孔可以为二个以上（只要空间位置且耐压强度足够），同时可以有多种介质参与工作（如油和水）。为了提高适用性，还可在旋转联接器上设计备用泄漏口，既使高压旋转密封失效，尚可继续使用直到停机检修。

下面结合最佳实施例对本发明进行更详细的说明。

图1是本发明的高速高压液压旋转联接器的整体半剖示意图;

图2是图1中自平衡组合式高压旋转密封环的局部剖示图;

图3是图1的俯视图;

图4是图1的左视图;

图5是图1的右视图;

图中：塞堵1;法兰2;防尘密封3;低压旋转密封环4、28;轴承5、21;密封圈6、10、17、23、33、42;前端盖7;备紧螺母8;衬环9;通油环11;钢丝挡圈12、26、38;挡环13、27、39;双向衬环14;壳体15;外端衬环16;端盖衬环18;螺钉19、24;弹垫20、25;后端盖22;压套29;压环30;垫圈31;自平衡组合式高压旋转密封环34;弹性O型圈35;旋转轴36;螺栓40;密封圈41;O型密封42;背压腔44;密封碗45;密封碗的腰部51;弹性O形圈的圆心52;倒角边53;密封面54;供油口A、B;压力腔F、G;通油孔C、D;出油口E、N;进油口M、Q;供液口J;供液腔I;出液口K;泄漏腔H。

参见附图，特别是图1示出了本发明的最佳实施例，它具有两个压力通道由P₁和P₂表示。塞堵1用来堵住P₂通道的工艺孔，法兰2用来与旋转体相连接，轴上的法兰盘设有8个均布的螺栓孔，中心轴线上有直通的通水孔，可向旋转体内通水冷却（注意不是给本旋转联接器冷却用），同时还设有油水之间的密封圈41、42用来防止油水混合。与轴线平行有两个或两个以上高压通油孔C和D，法兰2与旋转体固定联接并带动旋转轴36一起旋转。防尘密封3和低压旋转密封环4与前端盖7和壳体15内表面的一部分构成泄漏腔H。轴承5和21固定在旋转轴36的柱面上。后端盖22上开有供水口J，低压旋转密封环28和钢丝挡圈26、挡环27与后端盖22的内表面构成供水腔I。旋转轴36右边的端头固定有压套29，并由压套固定水密封，水密封是由压环30、垫圈31、密封环32、密封圈33组成。在旋转轴36的中部径向相对、轴向隔开一段距离开有进油口M和Q并分别与通油孔C和D垂直相交并连通。壳体15上开有供油孔A和B，在供油口A和B的两侧分别设置有自平衡组合式高压旋转密封环34，密封环的轴向外侧分别设置有衬环9、中间衬环14和外衬环16、通油环11由衬环固定并贴在壳体的内表面上，上述各零件分别形成各自独立的环形压力腔F和G，在旋转时，旋转轴36上的进油口M和Q始终置于环形压力腔G和F中，以保证连续不断供油的要求。

参见图2，图中示出了一个左侧的自平衡组合式高压旋转密封环34的局部放大剖示图。该密封环34包括一个密封碗45和一个弹性O形圈35，密封碗45由充填聚回氟乙稀制成，具有较高的硬度而且耐磨、摩擦系数小，弹性O形圈35由橡胶制成，并且过盈装配在密封环34的唇形开口内，而密封碗45也是过盈地装配在旋转轴36的外表面上。密封碗45对着压力腔的一侧自唇形开口自密封面51具有一倾斜的倒角边53，而密封碗45靠近背压腔44的部分具有一密封腰部51。当压力腔通高压油时，压力P作用在唇形开口内表面上和O形圈35上，同时也作用在倒角边53上，治旋转轴径向产生的作用力方向相反而压向旋转轴的作用力略大于油压在倒角边上产生的作用力。使密封环在高压下产生的轴向压紧力基本平衡，因此不会产生过大径向力而导致密封环34磨损或撕裂。由于密封力是在装配时调整的，而且随着压力的增加，密封环34对旋转轴的密封力（径向力）略有增加，同时密封碗45的硬度足以抵抗油压增高产生的变形力，所以保证了对旋转轴的密封性。

本发明的液压旋转联接器的工作过程是：高压油P₁和P₂从供油口A和B通过通油环11进入环形压力腔F、G、而后经过高压通油孔C和D，最后从出油口E和K进入旋转体中的压力执行机构中。

Claims

1、一种高速高压液压旋转联接器，包括一旋转轴、一壳体、轴承、端盖、密封、至少有一个供油口、一个进油门和一上出油口及连接进、出油口之间的通油孔，其特征在于：所述的轴承位于静止的壳体和装于壳体内的旋转轴之间，以使旋转轴在壳体内旋转，所述的供油口开在静止的壳体上，进油口开在旋转轴上并与壳体上的供油口相对布置，所述的出油口开在旋转轴靠近旋转体的另一端并通过沿旋转轴轴向延伸的通油孔与进油口连通，在所述壳体的内表面和旋转轴外表面之间、供油口的左、右两侧，各设置一个高压旋转密封环，所述的左、右两个高压旋转密封环所围成的空间形成一个围绕旋转轴进油口的环形压力腔。

2、如权利要求1的述的一种高速高压液压旋转联接器，其特征在于：所述的高压旋转密封环为自平衡组合式高压旋转密封环，它包括一开有唇形开口的密封碗和过盈安装在密封碗内的O形圈，所述的密封碗上形成有一自唇形开口延伸至与旋转轴接触的边上的倒角边。

3、如权利要求2所述的一种高速高压液压旋转联接器，其特征在于：所述的密封碗由充填聚四氟乙稀材料制成，所述的O形圈由橡胶制成。

4、如权利要求2所述的一种高速液压旋转联接器，其特征在于：所述的自平衡组合式高压旋转密封环中密封碗的唇形开口边对着所述的环形压力腔，压力液体同时作用在上面的唇形开口内表面上和下面的倒角表面上，所形成的径向作用力向相反，而压向旋转轴的作用力略大于油压在倒角边上产生的作用力。

5、如权利要求1所述的一种高速高压液压旋转联接器，其特征在于：所述的壳体上相邻设置有两个供油口，所述的旋转轴上设置有两个进油口、出油口和轴向通油孔，在静止壳体的内表面和旋转轴外表面之间，供油口的左右两侧设置有两对自平衡组合式高压旋转密封环，每一对密封环的唇形开口相对设置并围绕旋转轴形成两个独立的环形压力腔，两个进油口在旋转轴的径向相对方向（成180°）并沿轴向隔开一段距离布置，两出油口设置在旋转轴的另一端，两通油孔沿旋转轴轴向平行设置。

6、如权利要求1所述的一种高速高压液压旋转联接器，其特征在于：所述的供油口、进、出油口和通油孔可以是三个，所述的自平衡组合式高压旋转密封环为六个，每对相对设置的密封环形成各自独立的环形压力腔，而进油口在圆周方向上成120°角且轴向彼隔开布置。

7、如权利要求1或5或6之一所述的一种高速液压旋转联接器，其特征在于：所述的自平衡组合式高压旋转密封环的外侧和壳体的内表面之间设置有衬环，在两对衬环之间靠近供油口处设置有通油环。

8、如权利要求7所述的一种高速高压液压旋转联接器，其特征在于：所述的衬环和通油环由40Cr材料制成。

9、如权利要求1或5或6之一所述的一种高速高压液压旋转联接器，其特征在于：所述的轴承设置在自平衡组合式高压旋转密封环和衬环的轴向外侧，低压旋转密封环设置在所述轴承的轴向外侧并位于静止的壳体内表面和旋转轴的外表面之间。

10、如权利要求1或5或6之一所述的一种高速高压液压旋转联接器，其特征在于：所述的旋转轴的中心制有一圆形通液孔，它的出液口开在靠近旋转体的旋转轴的端面上，进液口开在旋转轴的另一端的端面上，与静止壳体连接的端盖中心开有供液口，在旋转轴的另一端附近的外表面和静止壳体的内表面之间至少设置一个低压旋转密封环，该密封环和所述的端盖内表面及旋转轴的端面围成一个供液腔。

11、如权利要求10所述的一种高速高压液压旋转联接器，其特征在于：所述的位于旋转轴中心的通液孔中的低压液体可是冷却水或润滑油。

12、如权利要求1所述的一种高速液压旋转联接器，其特征在于：所述的旋转轴在靠近旋转体的出油口和静止壳体的另一个端盖之间沿径向延伸形成圆盘形法兰，其上均布有连接孔，通过连接螺栓将旋转轴与旋转体连接起来。

13、如权利要求1或5或6之一所述的高速液压旋转联接器，其特征在于：所述的进油口和出油口为圆孔并沿旋转轴的径向向内延伸与各自的通油孔垂直相交，所述的进油口始终位于环形压力腔中。

14、如权利要求5所述的一种高速液压旋转联轴器，其特征在于：所述的一具出油口沿径向与通油孔垂直相交，而另一个出油口设在旋转轴的端面上。

15、如权利要求5所述的一种高速液压旋转联轴器，其特征在于：所述的两个出油口均沿径向与各自的通油孔垂直相交。