CN112555226A - 一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置，包括安装在导向套的沟槽内并套装在活塞杆上的组合密封圈本体和设在组合密封圈本体内侧的耐磨导向支承环，所述的组合密封圈本体本体为唇口似U形、整体密封断面形状似Y形的具有内外双唇口UY型组合密封圈本体，其外唇口为静密封，内唇口为动密封的UY型组合密封圈本体与耐磨导向支承环组合构成UYf组合密封。组合密封圈本体的材质为聚氨酯弹性体，密封内圈与活塞杆滑动摩擦付在密封唇口之后组合了聚甲醛非弹性材质的导向环，该组合由于其精密的尺寸结构及物理性能使该摩擦付在重载、高压及高低速运行时均具有稳定和较低的摩擦阻力，从而克服了油缸低速爬行、高速发热效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及液压密封技术领域，具体涉及一种适用于工程机械、建筑机械、汽车车辆、军工等各工业领域液压系统中执行部件的液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置。
背景技术
液压缸是工程机械、建筑机械、汽车车辆、军工等各工业领域液压系统中的执行部件，其用量很大，液压缸往复运动时，其轴/孔密封规格品种很多，其中常用的一种活塞杆往复运动用的唇口形组合密封圈，因其唇口似U形，其密封断面形状似Y形，称之为Y型密封，国外著名厂商亦称为U型密封，因其使用工部压力、速度、载荷不同派生出众多的系列规格品种。安装使用该类密封的液压缸按相关标准在空载、低压下进行最低启动压力试验时，其压力值是很低的，并符合标准规定值，但在重载即高压、高速运动时，其摩擦阻力却很大，造成油缸的机械效率低，是急待解决的一大难题。
传统的UY型密封件因安装过盈量变形使得唇口与活塞杆相接触，当加上油压时，密封因是弹性体而发生变形，从而使整个滑动面和活塞杆表面完全贴合在一起，当油压力P从0-40MPa变化时，活塞杆运动时摩擦阻力会有很大的增加，会造成发热、磨损、爬行等问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、使用效果好的液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置。
技术方案：本发明的一种液压缸活塞杆用低磨擦组合密封装置，包括安装在导向套沟槽内并套装在活塞杆上的组合密封圈本体，所述的组合密封圈本体本体为唇口似U形、整体密封断面形状似Y形的双唇口UY型组合密封圈本体，在组合密封圈本体与活塞杆滑动摩擦的密封唇口后部嵌装有耐磨导向支承环，组合构成UYf组合唇型密封。
所述的组合密封圈本体由材质为聚胺酯(PV)弹性体材料，以圆柱形管状形式经数控车削加工制成。
所述的耐磨导向支承环由材质为聚甲醛(POM)硬质工程塑料经数控精密车削加工制成，中部设有扣合无间间隙的Z型切口。
所述的组合密封圈本体外唇口直径D外、内唇口直径d内根据活塞杆直径的大小及工作载荷所确定，并形成规格尺寸的系列，组合密封圈本体的高度h、内外唇口高度的差值L1、内唇跟部圆弧过度倒角R根据液压缸工作载荷、工作条件、密封安装沟槽宽度及内径尺寸选定的密封规格确定，并形成规格尺寸的系列。
所述的耐磨导向支承环的外径Dh、内径dH根据活塞杆直径的大小所确定，形成规格尺寸的系列，耐磨导向支承环(2)的厚度计算公式：
所述的耐磨导向支承环与活塞杆过渡配合，过渡配合根据尺寸链形成摩擦付组合。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明改善了高压、高速运动时摩擦阻力大这一问题，采用低摩擦轴用UY型密封内圈与活塞杆滑动摩擦付在密封唇口之后组合了聚甲醛导向支承环，克服了重载时高压、高速运动摩擦阻力大的问题。并解决了传统的UY型密封件因安装过盈量变形使得唇口与活塞杆相接触时，液压或油压会导至密封因弹性体发生较大变形，而使整个滑动面和活塞杆表面完全贴合在一起，油压力P从0-40MPa变化过程中，活塞杆运动时摩擦阻力较大而造成发热、磨损、爬行等问题。本发明通过在弹性唇口后组合了一个开口硬质非弹性且具有良好物理性能的导向支承环，在高压下的组合密封圈本身有较大变形，支承环与活塞杆接触的压应力虽有增加，但与活塞杆的滑动摩擦面因摩擦系数小且稳定，因而在重载高压低速时不爬行，高速时摩擦阻力小，机械效率高，发热量小，从而使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明的导向支承环尺寸结构图。
图3为本发明的密封安装实施例结构尺寸关系图。
图4为本发明的密封与活塞杆滑动摩擦付接触压应力分布对比示意图。
图中：1-组合密封圈本体，2-耐磨导向支承环，3-导向套，4-法兰，5-刮尘圈，6-活塞杆，7-抗磨环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图1所示，本发明的一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置，包括受力面套装在活塞杆上的组合密封圈本体组合密封圈本体本体1和设在组合密封圈本体1内侧的耐磨导向支承环2，所述的组合密封圈本体1本体为唇口似U形、整体密封断面形状似Y形的双唇口UY型组合密封圈本体，在组合密封圈本体1与活塞杆滑动摩擦的密封唇口后部嵌装有耐磨导向支承环2，组合构成UYf组合唇型密封。所述的组合密封圈本体1由材质为聚胺酯(PV)弹性体材料，以圆柱形管状形式经数控车削加工制成。所述的耐磨导向支承环2由材质为聚甲醛(POM)硬质工程塑料经数控精密车削加工制成，中部设有扣合的Z型切口，如图2的示。
所述的组合密封圈本体1外唇口直径ΦD外、内唇口直径Φd内根据活塞杆6的直径的大小及工作载荷所确定，并形成规格尺寸的系列，组合密封圈本体1的高度H、内外唇口高度的差值L1、内唇跟部圆弧过度倒角R根据液压缸工作载荷、工作条件、密封安装沟槽宽度及内径尺寸选定的密封规格确定，并形成规格尺寸的系列。
所述的耐磨导向支承环2的外径ΦDh、内径ΦdH根据活塞杆直径的大小确定，形成规格尺寸的系列，耐磨导向支承环2的厚度计算公式：
根据密封活塞杆直径的大小、载荷的轻重，耐磨导向支承环的厚度δ值一般取值为1.5-4mm，其公差值大小确定由导向环与活塞杆在安装空载状态下，其摩擦付配合精度为过渡配合。
所述的耐磨导向支承环2与活塞杆3过渡配合，过渡配合根据尺寸链形成摩擦付组合,耐磨导向支承环2的高度L根据组合密封圈本体1内唇跟部圆弧过度倒角R至端部的尺寸确定。
本发明的液压缸活塞杆用低摩擦组合密封时，将由组合密封圈本体1和导向支承环组合构成UYf的轴用组合唇型密封安装在油缸开式或封闭式的导向套3的沟槽，如图3所示。安装时，密封根部挤出间隙g的值与液压缸工作压力和活塞杆直径大小有关，一般取0.2-0.4mm。油缸开式或封闭式的沟槽内径为ΦdH、沟槽外径为ΦDh，该组合密封因耐磨导向支承环2的存在，不需设置挤压环垫即可保证受力时组合密封圈不滑移，减小了导向套3沟槽的长度，从而减小了整体结构的尺寸。
UYf组合的唇型密封具体结构尺寸材料根据油缸输出的力和活塞杆的直径大小而定，同时根据系统工作最高压力，最大运动速度和最低稳定速度，载荷的稳定性使用的频度、环境温度等综合因素分析确定，当各项技术要求明确，尤其是活杆经确定后，即可进行下一步的选型。
轴密封的公称尺寸对应的安装沟槽腔体尺寸为Φd内、ΦD外、H、L，d为活塞杆的直径，有相关国际ISO标准，一般工程机械类系列的活塞杆的直径d＝Φd内＝40-300mm数十个规格；
安装腔体的大内径D＝ΦD外＝ΦDH，同一直径活塞相关标准有不同的规格，D-d/2即是密封断面的宽度，一般有3-6个规格品种，本发明适用于重载，一般选宽面的规格品种。
本发明密封各唇口配合的过盈量根据工作压力载荷状况规格尺寸大小优化设计选取。
密封与活塞杆滑动摩擦付接触压应力分布与现有常规唇型密封对比分析见附图4，图4(a1)为常规唇型密封圈与活塞杆装配时的接触压应力示意图，图4(b1)为常规唇型密封圈与活塞杆受力时的接触压应力示意图，图4(c1)为常规唇型密封圈与活塞杆受油压状态时触压应力示意图；图4(a2)为本发明UYf组合唇型密封圈与活塞杆装配时的接触压应力示意图，图4(b2)为本发明UYf组合唇型密封圈与活塞杆受力时的接触压应力示意图，图4(c2)为本发明UYf组合唇型密封圈与活塞杆在油压状态下的接触压应力示意图。从两组对比图可见，本发明改善了高压、高速运动时摩擦阻力大的问题，用于起重机变幅、伸缩油缸、低速不稳定重载工况及重载高压高速油缸上优势显著。
Claims (6)
1.一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置，其特征在于：包括安装在导向套(4)沟槽内并套装在活塞杆(3)上的组合密封圈本体本体(1)，所述的组合密封圈本体本体(1)为唇口似U形、整体密封断面形状似Y形的双唇口UY型组合密封圈本体，组合密封圈本体本体与活塞杆(3)滑动摩擦的密封唇口后部嵌装有耐磨导向支承环(2)，组合构成UYf组合唇型密封。
2.根据权利要求1所述的一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置，其特征在于：所述的组合密封圈本体(1)由材质为聚胺酯(PV)弹性体材料，以圆柱形管状形式经数控车削加工制成。
3.根据权利要求1所述的一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置，其特征在于：所述的耐磨导向支承环(2)由材质为聚甲醛(POM)硬质工程塑料经数控精密车削加工制成，中部设有扣合无间间隙的Z型切口。
4.根据权利要求1或2所述的一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置，其特征在于：所述的组合密封圈本体(1)外唇口直径D外、内唇口直径d内根据活塞杆直径的大小及工作载荷所确定，并形成规格尺寸的系列，组合密封圈本体(1)的高度h、内外唇口高度的差值L1、内唇跟部圆弧过度倒角R根据液压缸工作载荷、工作条件、密封安装沟槽宽度及内径尺寸选定的密封规格确定，并形成规格尺寸的系列。
5.根据权利要求1或3所述的一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置，其特征在于：所述的耐磨导向支承环(2)的外径Dh、内径dH根据活塞杆直径的大小所确定，形成规格尺寸的系列，耐磨导向支承环(2)的厚度计算公式：
6.根据权利要求1或3所述的一种液压缸活塞杆轴用低摩擦密封装置，其特征在于：所述的耐磨导向支承环(2)与活塞杆(3)过渡配合，过渡配合根据尺寸链形成摩擦付组合。
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