CN211820172U - 一种应用于液压缸的超高温密封装置及液压缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于液压缸技术领域，公开了一种应用于液压缸的超高温密封装置及液压缸，包括缸筒，其内孔的椭圆度小于等于0.02mm，缸筒由38CrMoAlA制成，且硬度大于等于HV920；活塞，滑动设置于内孔内，且活塞与内孔的配合间隙小于等于0.02mm，活塞由球墨铸铁制成；金属活塞环，由特种铸铁制成，且设有多个，多个金属活塞环沿活塞的周向依次设置，且均位于对应的活塞上的安装槽内；金属活塞环的径向截面为矩形，金属活塞环包括弧形本体和连接于弧形本体两端的搭接部，搭接部包括两个分别连接于弧形本体两端的搭接片，两个搭接片错位设置且相贴合，在活塞的轴线方向上，两个搭接片的宽度之和等于弧形本体的宽度；能实现液压缸的超高温密封，且能使泄露量小于等于20ml/min。

Description

一种应用于液压缸的超高温密封装置及液压缸

技术领域

本实用新型涉及液压缸技术领域，尤其涉及一种应用于液压缸的超高温密封装置及液压缸。

背景技术

在液压油缸工作过程中，工作温度较高，因此要求活塞的密封既要耐磨抗磨，还要耐高温。目前，活塞的密封主要采用丁腈橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯等材料密封，但是这些密封材料不抗高温、寿命短，在温度高于245℃时，容易受到热腐蚀而产生泄露事件。尤其是对于大包滑动水口油缸，其工作温度最高可达300℃，泄露现象更为严重。

为了解决上述问题，现有技术采用金属活塞环来代替上述材料的密封结构，但是仍存在泄漏量大的问题，难以应用和推广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于液压缸的超高温密封装置及液压缸，以实现对液压缸在超高温度状态下进行密封，并减少泄漏量，扩大应用范围。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种应用于液压缸的超高温密封装置，包括：

缸筒，其内孔的椭圆度小于等于0.02mm，所述缸筒由38CrMoAlA制成，且所述缸筒的硬度大于等于HV920；

活塞，滑动设置于所述内孔内，且所述活塞与所述内孔的配合间隙为0.02mm～0.05mm，所述活塞由球墨铸铁制成；

金属活塞环，由特种铸铁制成，且设有多个，多个所述金属活塞环沿所述活塞的周向依次设置，且均位于对应的所述活塞上的安装槽内；

所述金属活塞环的径向截面为矩形，所述金属活塞环包括弧形本体和连接于所述弧形本体两端的搭接部，所述搭接部包括两个分别连接于所述弧形本体两端的搭接片，两个所述搭接片错位设置且相贴合，在所述活塞的轴线方向上，两个所述搭接片的宽度之和等于所述弧形本体的宽度。

进一步地，相邻的两个所述金属活塞环的两个所述搭接部，在同一所述金属活塞环上的投影之间呈预设夹角。

进一步地，所述预设夹角为120°。

进一步地，在所述金属活塞环的周向上，所述搭接片的长度小于所述弧形本体的两端之间的距离。

进一步地，每个所述搭接部的两个所述搭接片中，一个所述搭接片上设置有凹槽，另一个所述搭接片上设置有能够插入所述凹槽内的凸起。

进一步地，所述凸起为阶梯形结构，所述凸起包括相连接的第一凸起和第二凸起，所述第一凸起连接于所述第二凸起和对应的所述弧形本体的一端之间。

进一步地，在所述活塞的轴线方向上，所述金属活塞环的宽度小于对应的所述安装槽的宽度，且所述金属活塞环随所述活塞移动时，所述金属活塞环能够紧贴于所述安装槽的其中一侧壁。

进一步地，当所述金属活塞环紧贴于所述安装槽的其中一侧壁时，所述金属活塞环与所述安装槽的另一侧壁之间具有预设间隙，所述预设间隙为0.05mm～0.10mm

进一步地，所述内孔的内壁面的表面粗糙度Ra为0.2μm～0.4μm。

为实现上述目的，本实用新型还提出了一种液压缸，包括上述任一项所述的应用于液压缸的超高温密封装置。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提出的应用于液压缸的超高温密封装置，缸筒采用38CrMoAlA制成，且缸筒经过热处理后的硬度大于等于HV920，活塞采用球墨铸铁制成，金属活塞环采用特种铸铁制成，能够实现在超高温高压下对活塞环和内孔之间进行密封，同时降低对金属活塞环的摩擦磨损，提高金属活塞环的使用寿命。通过将内孔的椭圆度设置为小于等于0.02mm，将活塞与内孔的配合间隙设置为0.02mm～0.05mm，金属活塞环设置为包括弧形本体和连接于弧形本体两端的搭接部，搭接部包括两个分别连接于弧形本体两端的搭接片，两个搭接片错位设置且相贴合，使得金属活塞环在周向上形成完整的密封面，并且在活塞的轴线方向上，两个搭接片的宽度之和等于弧形本体的宽度，能够提高金属活塞环的密封效果，使得泄露量≤20ml/min。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的应用于液压缸的超高温密封装置的示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的金属活塞环的工作状态示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的金属活塞环的局部示意图；

图4是本实用新型实施例二提供的金属活塞环的局部示意图。

图中：

1、缸筒；11、内孔；2、活塞；21、安装槽；3、金属活塞环；31、弧形本体；32、搭接部；321、搭接片。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”“下”“左”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1至图3所示，本实施例提供一种应用于液压缸的超高温密封装置，该超高温密封装置包括缸筒1、活塞2和金属活塞环3。其中，缸筒1的内孔11的椭圆度小于等于0.02mm，缸筒1由38CrMoAlA制成，且缸筒1经热处理后的硬度大于等于HV920。活塞2活动设置于内孔11内，且活塞2与内孔11的配合间隙为0.02mm～0.05mm，活塞2由球墨铸铁制成。金属活塞环3由特种铸铁制成，金属活塞环3设置有多个，多个金属活塞环3沿活塞2的周向依次设置，且均位于对应的活塞2上的安装槽21内，具体地，在本实施例中，金属活塞环3设置有四个，当然在其他实施例中，金属活塞环3的数量还可根据实际需要进行设置。

金属活塞环3包括弧形本体31和连接于弧形本体31两端的搭接部32，搭接部32包括两个分别连接于弧形本体31两端的搭接片321，两个搭接片321错位设置且相贴合，在活塞2的轴线方向上，两个搭接片321的宽度之和等于弧形本体31的宽度，通过两个搭接片321，使得金属活塞环3在圆周上形成完整的密封面，提高密封效果。此外，如图3所示，在金属活塞环3的周向上，搭接片321的长度小于弧形本体31的两端的距离，也就是说，每个搭接片321连接于对应的弧形本体31的一端，并与弧形本体31的另一端之间具有间隙。另外，在本实施例中，金属活塞环3的径向截面为矩形，能够增加与安装槽21的槽面及内孔11的内壁面的接触面积，从而形成的润滑油膜的面积相对较大，进一步提高密封效果。

具体地，上述缸筒1采用38CrMoAlA制成，38CrMoAlA为耐热氮化钢，具有高耐磨性、高热稳定性、高疲劳强度和高强度等特点，缸筒1的热处理采用调制后辉光离子淡化处理，使得缸筒1的硬度达到HV920以上，从而使得缸筒1的内孔11的内壁面的硬度比活塞2及金属活塞环3高出2-3个压力等级，从而避免金属活塞环3对内孔11的内壁面产生划伤并且避免内孔11的内壁面产生磨损。

上述活塞2采用球墨铸铁制成，比如QT500-7或QT450-10等铁素体球墨铸铁，铁素体球墨铸铁的金相组织为珠光体+铁素体+球状石墨，具有良好的润滑作用和耐磨性。此外，球墨铸铁的线膨胀系数相比钢、青铜均要小，因此能够防止在高温状态下出现“膨胀咬死”现象。

上述金属活塞环3采用特种铸铁，比如Cu-Cr-Mo铸铁，具有较高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐严重的热和压力冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性。具体地，采用特种铸铁制成的金属活塞环3能够承受200Mpa的压力，并且具有很好的散热能力，可将热量通过油液和缸筒1散发出去。此外，金属活塞环3依靠自身的弹性张力压紧于内孔11的内壁面以及安装槽21的槽面，并在运动状态下建立很好的润滑油膜，达到密封和润滑的效果，相比橡胶密封，能够具有较高的运行速度，最高线速度可达到40m/s。

如图2所示，在活塞2的轴线方向上，金属活塞环3的宽度小于对应的安装槽21的宽度。活塞2在缸筒1内的液压介质的作用下相对缸筒1往复移动，而金属活塞环3随活塞2移动时，金属活塞环3紧贴于安装槽21的其中一侧壁，而金属活塞环3与安装槽21的另一侧壁之间具有预设间隙。在本实施例中，预设间隙为0.05mm～0.10mm，若预设间隙过小，活塞2在缸筒1内换向移动时，由于液压介质的阻力而容易导致金属密封环3卡阻，影响密封效果；若预设间隙过大，活塞2在缸筒1内换向移动时，金属密封环3由紧贴于安装槽21一侧壁转换到紧贴于另一侧壁的时间较长，增加泄漏量。

以图2所示为例，对金属活塞环3的工作状态进行描述。为了便于描述，将沿ab方向的金属活塞环3依次命名为第一金属活塞环、第二金属活塞环……第N金属活塞环，N大于等于2。活塞2沿ab方向移动时，液压介质流入活塞2和内孔11的内壁面之间的间隙并将第一金属活塞环抵压于安装槽21靠近第二金属活塞环的侧壁，同时液压介质通过金属活塞环3与安装槽21的另一侧壁间的预设间隙进入到安装槽21，并在活塞2的径向上作用于金属活塞环3，使得金属活塞环3的外周面与内孔11的内壁面紧密贴合，形成密封。且液压介质的压力越大，金属活塞环3与安装槽21的侧壁以及金属活塞环3和内孔11的内壁面的贴合越紧密。可以理解的是，即使有液压介质经过第一金属活塞环泄露进入到后方，也会被第二金属活塞环、第三金属活塞环等进行密封。

可选地，金属活塞环3在其径向具有预设弹力，具体数值可参考“GBT1149.7-2010内燃机活塞环第7部分：矩形铸铁环”中的内容。可以理解的是，金属活塞环3自身具有的弹力，也会使得金属活塞环3贴于内孔11的内壁面。弹力过大容易使得金属活塞环3和内孔11的内壁面之间无法形成润滑油膜，加剧金属活塞环3的磨损；若弹力过小，则会使得金属活塞环3和内孔11内壁面的密封效果减弱，增加泄漏量。

进一步地，在本实施例中，相邻的两个金属活塞环3的两个搭接部32，在同一金属活塞环3上的投影之间呈预设夹角。进一步优选地，该预设夹角为120°，从而将相邻两个金属活塞环3的搭接部32错开，进一步降低泄漏量。

进一步地，在本实施例中，内孔11的内壁面的表面粗糙度Ra为0.2μm～0.4μm，可进一步减少金属活塞环3与内孔11的内壁面之间的摩擦磨损。

综上，本实施例提供的应用于液压缸的超高温密封装置，缸筒1采用38CrMoAlA制成，且缸筒1经热处理后的硬度大于等于HV920，活塞2采用球墨铸铁制成，金属活塞环3采用特种铸铁制成，能够实现在超高温高压下对液压缸进行密封，同时降低对缸筒1的摩擦磨损，提高液压缸的使用寿命。通过将内孔11的椭圆度设置为小于等于0.02mm，将活塞2与内孔11的配合间隙设置为0.02～0.05mm，金属活塞环3设置为包括弧形本体31和连接于弧形本体两端的搭接部32，搭接部32包括两个分别连接于弧形本体31两端的搭接片321，两个搭接片321错位设置且相贴合，使得金属活塞环3在周向上形成完整的密封面，并且在活塞2的轴线方向上，两个搭接片321的宽度之和等于弧形本体31的宽度，能够提高金属活塞环3的密封效果，使得泄露量≤20ml/min。可以理解的是，通过上述设置，不仅能够实现液压缸的超高温密封，而且能够使得泄露量小于等于20ml/min。本实施例中，“超高温”所指的温度为300℃，当瞬时温度超过300℃时，本实施例提供的超高温密封装置仍能够在一定时间内正常工作。

本实施例还提供一种液压缸，具有上述应用于液压缸的超高温密封装置。

实施例二

本实施例提供的应用于液压缸的超高温密封装置与实施例一中应用于液压缸的超高温密封装置的结构基本相同，不同之处在于：如图4所示，本实施例中的金属活塞环3的搭接部32的两个搭接片321中，其中一个搭接片321上设置有凹槽，另一个搭接片321上设置有能够插入凹槽内的凸起。具体地，凸起为阶梯形结构，凸起包括相连接的第一凸起和第二凸起，第一凸起连接于第二凸起和对应的弧形本体31的一端之间。通过设置凸起和凹槽，能够提高两个搭接片321的贴合程度，进一步提高密封效果。

本实施例提供的应用于液压缸的超高温密封装置的其余结构均与实施例一中应用于液压缸的超高温密封装置相同，在此不再赘述。

本实施例还提供一种液压缸，具有上述应用于液压缸的超高温密封装置。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种应用于液压缸的超高温密封装置，其特征在于，包括：

缸筒(1)，其内孔(11)的椭圆度小于等于0.02mm，所述缸筒(1)由38CrMoAlA制成，且所述缸筒(1)经热处理后的硬度大于等于HV920；

活塞(2)，滑动设置于所述内孔(11)内，且所述活塞(2)与所述内孔(11)的配合间隙为0.025mm～0.05mm，所述活塞(2)由球磨铸铁制成；

金属活塞环(3)，由特种铸铁制成，且设有多个，多个所述金属活塞环(3)沿所述活塞(2)的周向依次设置，且均位于对应的所述活塞(2)上的安装槽(21)内；

所述金属活塞环(3)的径向截面为矩形，所述金属活塞环(3)包括弧形本体(31)和连接于所述弧形本体(31)两端的搭接部(32)，所述搭接部(32)包括两个分别连接于所述弧形本体(31)两端的搭接片(321)，两个所述搭接片(321)错位设置且相贴合，在所述活塞(2)的轴线方向上，两个所述搭接片(321)的宽度之和等于所述弧形本体(31)的宽度。

2.根据权利要求1所述的应用于液压缸的超高温密封装置，其特征在于，相邻的两个所述金属活塞环(3)的两个所述搭接部(32)，在同一所述金属活塞环(3)上的投影之间呈预设夹角。

3.根据权利要求2所述的应用于液压缸的超高温密封装置，其特征在于，所述预设夹角为120°。

4.根据权利要求1所述的应用于液压缸的超高温密封装置，其特征在于，在所述金属活塞环(3)的周向上，所述搭接片(321)的长度小于所述弧形本体(31)的两端之间的距离。

5.根据权利要求1所述的应用于液压缸的超高温密封装置，其特征在于，每个所述搭接部(32)的两个所述搭接片(321)中，一个所述搭接片(321)上设置有凹槽，另一个所述搭接片(321)上设置有能够插入所述凹槽内的凸起。

6.根据权利要求5所述的应用于液压缸的超高温密封装置，其特征在于，所述凸起为阶梯形结构，所述凸起包括相连接的第一凸起和第二凸起，所述第一凸起连接于所述第二凸起和对应的所述弧形本体(31)的一端之间。

7.根据权利要求1所述的应用于液压缸的超高温密封装置，其特征在于，在所述活塞(2)的轴线方向上，所述金属活塞环(3)的宽度小于对应的所述安装槽(21)的宽度，且所述金属活塞环(3)随所述活塞(2)移动时，所述金属活塞环(3)能够紧贴于所述安装槽(21)的其中一侧壁。

8.根据权利要求7所述的应用于液压缸的超高温密封装置，其特征在于，当所述金属活塞环(3)紧贴于所述安装槽(21)的其中一侧壁时，所述金属活塞环(3)与所述安装槽(21)的另一侧壁之间具有预设间隙，所述预设间隙为0.05mm～0.10mm。

9.根据权利要求1所述的应用于液压缸的超高温密封装置，其特征在于，所述内孔(11)的内壁面的表面粗糙度Ra为0.2μm～0.4μm。

10.一种液压缸，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的应用于液压缸的超高温密封装置。

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