CN214092485U - 液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构，其摩擦力小、运动平稳、动态密封性优越以及耐磨性好，本实用新型通过下述技术方案予以实现：活塞式蓄能器端盖与缸筒采用螺纹联接，活塞的外圆上设置三到四个环形的矩形环槽，第一个矩形环槽与第四个矩形环槽装配导向环，第二个环槽装配O型密封圈，并在O型密封圈上装配压在O型密封圈上的密封环，第三个矩形环槽装配有三角形密封圈，所述三角形密封圈的两侧设有三角形保护圈。本实用新型避免了O型圈和密封环形成的组合密封与三角形密封之间困压，解决了现有技术蓄能器活塞上两道O型密封圈极端工作温度动态密封性较难保证的问题和在高压力作用下造成密封件倾斜和破坏的问题。

Description

液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构

技术领域

本实用新型涉及液压密封系统，液压与气动领域活塞式蓄能器中气液隔离的密封结构。

背景技术

蓄能器是一种能把液压储存在耐压容器里，待需要时又将其释放出来的能量储存装置。蓄能器是液压系统中的重要辅件，对保证系统正常运行、改善其动态性能、保持工作稳定性、延长工作寿命、降低噪声等起着重要的作用。活塞蓄能器是一种高压活塞式蓄能器，涉及液压辅助元件技术领域，所解决的是提高使用寿命及密封性的技术问题。活塞式蓄能器利用柱形活塞将气体和液体隔开，活塞和蓄能器缸筒内壁之间有密封。活塞的密封形式确保密封的可靠性是确保活塞式蓄能器安全可靠运行的关键。活塞式蓄能器是液压系统中常见的液压附件，它是一种能量转换装置，在液压系统中主要用于贮存能量、吸收脉动压力、消除脉动、降低噪音和回收能量等。活塞式蓄能器利用活塞将气体和液体隔开，活塞和筒状蓄能器内壁之间有密封，所以油不易氧化。活塞式蓄能器寿命长、重量轻、安装容易、结构简单、维护方便，但是缺点是质量块惯性大，反应灵敏性差，不易密封；不适于低压吸收脉动。

根据蓄能器活塞对气液密封的要求、缓冲要求和活塞的快速响应，在液压密封件系统中活塞蓄能器的主要可以分为气体、弹簧、重锤三大类型的蓄能器。这三种中最常见的就是气体结构的蓄能器。在充气式蓄能器中，以活塞式蓄能器和气囊式蓄能器应用最为广泛。此类液压密封件系统的活塞蓄能器(图2所示液压密封件系统的活塞蓄能器结构)，它用缸筒内的活塞把气体和油液隔离，活塞可在缸筒内浮动，气体经充气阀向蓄能器气腔充气，蓄能器液腔油口和系统相连，充入压力油。此类液压密封件系统的活塞蓄能器会受于活塞的惯性和密封件与缸筒的摩擦力的影响，从而反应不够灵敏。缸筒加工和活塞密封件要求较高。活塞式蓄能器主要由缸筒，缸筒内的活塞，以及缸筒两端的端盖三个主体部分和另外的密封件、压紧螺母等配件组成。活塞的封闭端面承受工作流体的压力，并与缸盖、缸壁构成燃烧室或压缩容积。活塞上装有活塞环或胶质密封圈以防止流体泄漏。活塞可用铸铁、锻钢、铸钢或铝合金等材料制造。油缸缸盖体的里端内腔依次设有挡环、挡污环、密封圈、轴套和挡圈；油缸缸盖体的外端外面设有O型圈；油缸缸盖体的一侧设有油路接口；其要点在于密封圈和轴套之间设有缓冲密封圈，挡圈的外侧设有与油道接口连通的缓冲腔，在油缸缸盖体的另一侧设有与缓冲腔连通的节流阀连接孔，节流阀连接孔里端设有缓冲油路。工作过程中，活塞式蓄能器活塞处于频繁的运动过程中，储油时要求活塞处的内部压力能迅速达到系统压力值，排油时活塞内部密封压力不会太高，而气侧的高压力作用在密封件上，造成密封件倾斜和破坏密封功能。如图2所示的蓄能器活塞密封结构为常规的密封结构形式，其通过两道O型密封圈进行密封。由于O型密封圈材料为橡胶，摩擦系数较大、摩擦产生的热量大，出现机械密封失弹现象，易磨损,可能产生焦炭，这些固体颗粒会造成密封端面划伤,会使密封失效，同时O型密封圈易出现扭断现象，也影响活塞式蓄能器的使用寿命。

蓄能器作为大流量油液输出源时，工作前首先预充一定压力的氮气.流量的液压泵输出高压油液进入蓄能器油液腔并推动活塞压缩气体储存能量，工作时，气体膨胀并推动活塞快速运动。输出大流量油液。在使用过程中,有少量产品出现动作灵敏性差,氮气端保不住压力,拆开上端盖发现氮气端有少量的液压油,产品存在两个问题:1)启动压力偏大；2)出现内泄漏。经过对故障产品进行分解检查,发现有如下几种情况:1)在缸筒内表面发现有拉伤的痕迹；2)活塞上安装密封件的沟槽表面发现有加工时振动造成的刀痕；3)当活塞端面正好与下端盖端面靠紧时,启动压力偏大,特别是小型号蓄能器更加明显,大型号蓄能器要稍好些；当活塞离开下端盖的端面时,启动压力变得正常；4)密封件出现发黑、变硬、变脆等现象。启动压力偏大的原因：在氮气腔通大气的情况下,液压油腔通入液压油,试压系统的溢流阀从零开始逐渐升压,活塞启动时压力表所反映的压力,称为最低启动压力。原活塞式蓄能器的活塞密封结构采用两端各设置一道Yx密封圈,中间设置一道带双挡圈的O形圈。Yx密封圈和O形圈虽然动静密封性能较好,但因为密封件结构和密封件材料的局限,适合的往复运动速度≤0.5m/s。活塞(材料LD10)直接和缸筒接触,靠氮气腔端的一道Yx密封圈始终处于干摩擦或半干摩擦状态,摩擦阻力会增加,活塞式蓄能器的动作灵敏性变差,在此情形活塞高速运动会产生高温,使密封件出现老化现象,影响了密封件的密封性能,缩短了密封件的使用寿命,这验证了密封件出现发黑、变硬、变脆的一些现象,密封件丧失了密封作用,内泄漏自然也就会发生。

飞行器液压控制系统中，利用蓄能器气腔端密封气体的可压缩性进行工作，通过充气腔容积的压缩、胀与压力的变通膨化来实现吸油、排油的功能，活塞密封性能要求较高。蓄能器活塞快速运动时液压油的温度快速升高，极端工作温度到达150℃甚至更高，同时蓄能器有时会出现极限低温-55℃下工作的工况，因此蓄能器活塞上密封需保证必须在大温度范围内均能正常工作，目前常采用的蓄能器活塞上两道O型密封圈在极限低温工作次数增加动态密封性较难保证，因此保证蓄能器在极限低温高温下的动态密封性则显得尤为重要。

实用新型内容

为保证吸收脉动压力效果，蓄能器的活塞启动摩擦力小，活塞上密封件的动态和静态密封性能好，活塞应运动平稳，增加可靠性.以及提高活塞式蓄能器使用寿命，本实用新型的针对现有技术存在的不足之处，提供一种摩擦力小，运动更平稳、动态密封性优越和耐磨性好的活塞式蓄能器密封结构，以解决常规活塞式蓄能器中活塞密封结构中密封件扭转、活塞启动摩擦力大、动态密封性以及耐磨性差的问题，同时也可避免O型圈和密封环形成的组合密封与三角形密封之间困压问题。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构，包括：装配在缸筒中进行双向运动的圆柱体活塞、压紧螺母和密封件，以及缸筒两端的端盖，活塞式蓄能器端盖与缸筒采用螺纹联接，其特征在于：活塞2的外圆上设置有三到四个环形的矩形环槽，第一个矩形环槽与第四个矩形环槽装配有导向环3，第二个环槽装配O型密封圈6，并在O型密封圈6上装配有压在O型密封圈6上的密封环7，第三个矩形环槽装配有三角形密封圈4，所述三角形密封圈4的两侧设有三角形保护圈5。

本实用新型相比于现有技术具有如下增益效果：

活塞启动摩擦力小，动态密封效果好、密封件具有抗扭能力，密封环耐磨性好。本实用新型在双向运动活塞前后两道密封防线之间采用三角型密封结构，采用的三角形密封圈与缸筒接触应力高，摩擦阻力小，动态密封性能好。通过第二个环槽装配的三角形密封圈的两侧安装三角形保护圈，可防止三角形密封圈的扭转和挤出，解决了常规活塞式蓄能器中活塞两道O型密封圈密封结构密封件扭转和挤出，以及现有技术蓄能器活塞上两道O型密封圈极端工作温度动态密封性较难保证的问题。

运动更平稳。本实用新型采用在双向运动活塞母线的前后两端方向装配的第一个环槽和第四个环槽中安装导向环3，作为气腔端与液腔端之间的第一道气体密封防线，利用活塞两边导向环使活塞的启动和运动更平稳，不仅避免了活塞与缸筒之间间隙过大使活塞运动出现不平稳现象，减小了活塞启动摩擦力，提高了活塞运动的平稳性。

可靠性增加。本实用新型采用第三个环槽安装O型密封圈6，并在O型密封圈6上装配压在O型密封圈6上的密封环7。将单向密封的密封环和O型圈组成组合密封作为液腔端密封油液，蓄能器工作时通过密封环7与筒体直接接触，增加了密封件耐磨性和可靠性，还降低了摩擦力而且解决了液腔侧的高压力作用在密封件上，造成密封件倾斜和破坏密封功能的问题。

本实用新型采用依次设置导向环、三角形密封圈，以及压在单向密封O型密封圈6上密封环7的双层密封，有效地保证了活塞与缸筒的密封性问题。气密性良好且无泄漏，由于单向密封的密封环的特殊结构具有“泵回汲”功能，避免了密封件之间形成高压区，从而能有效解决三角形密封圈与组合密封件之间困压问题。与现有技术相比，通过提供三到四个环形的矩形槽密封结构，提高了密封圈的使用寿命。试验结果验证表明，活塞密封结构及整体结构设计合理,可改善活塞式蓄能器的动作灵敏性，可使设计的活塞式蓄能器能很好地满足实际使用要求。

附图说明

图1是本实用新型液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构的局部剖视示意图。

图2是常规活塞密封结构示意图。

图中：1缸筒、2活塞、3导向环、4三角形密封圈、5三角形保护圈、6O型密封圈、7密封环。

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中一种液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构，包括：装配在缸筒中进行双向运动的圆柱体活塞、压紧螺母和密封件，以及缸筒两端的端盖，活塞式蓄能器端盖与缸筒采用螺纹联接，其中：活塞2的外圆上设置有三到四个环形的矩形环槽，第一个矩形环槽与第四个矩形环槽装配有导向环3，第二个环槽装配O型密封圈6，并在O型密封圈6上装配有压在O型密封圈6上的密封环7，第三个矩形环槽装配有三角形密封圈4，所述三角形密封圈4的两侧设有三角形保护圈5。

进一步地，第一个环槽和第四个环槽安装导向环3，支撑导向环作用为防止活塞与筒体之间间隙过大而使活塞运动出现不平稳现象。

进一步地，第二个环槽安装O型密封圈6，并在O型密封圈上装配有单向密封的密封环7，其中O型圈作为密封环的施力元件，提供足够的密封力，密封环7为台阶式梯形结构，梯形密封边缘在高压侧具有陡峭的接触应力梯度，低压侧梯形密封边缘具有平缓的接触压力梯度，保证附着在缸筒筒体上的油膜在活塞向液腔移动过程中回到液腔，防止活塞在运动过程中带出液腔内筒体内表面微量油层的泄露，同时也可避免O型圈和密封环形成的组合密封与三角形密封之间困压问题。

进一步地，第三个环槽安装三角形密封圈4，并在三角形密封圈4两侧腰上安装三角形保护圈5，三角形密封圈4用于密封气腔的气体，其两侧安装三角形保护圈5防止三角形密封圈的出现翻转和挤出。三角形密封圈设计时根据蓄能器使用的高低温环境，选取合适的橡胶材料，并按压缩率为12％～18％设计三角形密封圈，三角形密封圈安装后与缸筒筒体密封带较窄，但与缸筒筒体之间的接触应力较高，动态密封性更好。

活塞式蓄能器工作原理：活塞将筒体分隔分气腔和液腔，使用时预先向气腔充入一定压力的惰性气体。当蓄能器充压时，油液压力作用在活塞端面上，推动活塞压缩气体，使得油腔容积增大，气腔容积减小，从而贮存油液并提高气腔压力。活塞的上部为压缩气体，下部为压力油液，压力油从下部进油口进入，推动活塞，压缩活塞上腔的气体储存能量；当系统压力低于蓄能器内压力时，气体推动活塞，释放压力油，当蓄压器放压时，气体压力作用在活塞端面上，气体膨胀推动活塞运动，从而排出油液同时气腔压力降低。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构，包括：装配在缸筒中进行双向运动的圆柱体活塞、压紧螺母和密封件，以及缸筒两端的端盖，活塞式蓄能器端盖与缸筒（1）采用螺纹联接，其特征在于：活塞（2）的外圆上设置有三到四个环形的矩形环槽，第一个矩形环槽与第四个矩形环槽装配有导向环（3），第二个环槽装配O型密封圈（6），并在O型密封圈（6）上装配有压在O型密封圈（6）上的密封环（7），第三个矩形环槽装配有三角形密封圈（4），所述三角形密封圈（4）的两侧设有三角形保护圈（5）。

2.如权利要求1所述的液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构，其特征在于：第一个环槽和第四个环槽安装导向环（3），支撑导向环作用为防止活塞与筒体之间间隙过大而使活塞运动出现不平稳现象。

3.如权利要求1所述的液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构，其特征在于：密封环（7）为台阶式梯形结构，梯形密封边缘在高压侧具有陡峭的接触应力梯度，低压侧梯形密封边缘具有平缓的接触压力梯度，保证附着在缸筒筒体上的油膜在活塞向液腔移动过程中回到液腔，防止活塞在运动过程中带出液腔内筒体内表面微量油层的泄露，O型密封圈（6）和单向密封密封环（7）组成的密封结构。

4.如权利要求1所述的液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构，其特征在于：三角形密封圈（4）用于密封气腔的气体，其两侧安装的三角形保护圈（5）防止密封圈（4）的出现翻转和挤出。

5.如权利要求1所述的液压/气动活塞式蓄能器组合式密封结构，其特征在于：三角形保护圈（5）根据蓄能器使用的高低温环境，选取橡胶材料，并按压缩率为12%～18%设计三角形密封圈。

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