液壓油缸的幾種密封技術
2022-04-07 10:45
廈門三江盛達
當液壓油缸出現泄漏時，會導致油缸腔體容積變小、效率降低，甚至出現液壓系統無法工作的情況。因此，要盡量避免液壓油缸發生泄漏，需要采取必要的密封措施。
01液壓油缸的密封方式
液壓油缸的泄漏有內泄漏和外泄漏，外泄漏主要發生在活塞桿與缸頭以及導向套之間，內泄漏主要是活塞外壁與缸筒內壁之間的泄漏。
液壓油缸的頻率響應與密封形式密切相關。目前液壓油缸成熟的密封方式有：
1.密封件密封
在活塞的外表面安裝密封件來防止內泄漏。在這種密封方式下，密封件與缸筒內壁緊密接觸，能夠起到很好的密封效果。當油液的壓力增大時，密封面上的接觸壓力也會隨之增大，使密封效果得到進一步提升。
密封件密封是目前應用最廣泛的一種密封方式，容積率高、內泄漏小。
2.組合型密封
采用橡膠密封組件來實現液壓油缸的密封作用，主要有格萊圈、蕾形密封圈、斯特封等，具有組合的兩種密封件的特點，在工作中共同發揮起到密封的作用。如由橡膠O形圈和聚四氟乙烯的格萊圈組合而成的格萊圈，具有O形圈的良好的彈性和自潤性，具有更長的使用壽命。
3.間隙密封
這是依靠活塞外壁與缸筒內壁兩個運動件配合面之間保持很小的間隙，由流動阻力、油與配合面之間的張力、分子力等使之產生液體摩擦阻力來防止泄漏的密封方法。
間隙密封的特點是結構簡單、摩擦力小，活塞的運行速度高。缺點是內泄漏量較大，尤其是用于大直徑液壓油缸時，內泄漏量會急劇增加，影響液壓油缸的容積率。所以，間隙密封只適用于直徑較小、壓力較低的液壓油缸。
02變間隙密封
目前的各種密封方式有其優勢，也都存在難以解決的問題，近年來科研工作者們一直致力于液壓油缸的結構優化等研究，以期研發出泄漏量低、摩擦阻力小、運行速度高的液壓油缸。
現在使用的間隙密封是恒間隙密封，為解決恒間隙密封泄漏量大、無法使用于高壓力油缸的難題，有人提出了變間隙密封的密封方法。
變間隙密封的核心是在活塞的兩端增加環形的可變形唇邊結構，其工作原理是：當油液通向油缸的高壓腔時，活塞唇邊與缸體內壁形成節流間隙。由于壓差流動，以及活塞與缸筒內壁剪切流動的作用，高壓油通過唇邊與缸體內壁的間隙，從高壓腔流向低壓腔。
此時，唇邊上表面的壓力呈遞減狀分布，下表面受高壓，唇邊上下表面的壓力差使得唇邊向缸筒內壁擴展，最后在彈性力、壓力的相互作用下達到平衡。此時密封間隙減小、泄漏量減少，由于間隙未完全消除，從而使得活塞與缸筒內壁間的摩擦副可以得到油液的潤滑，液壓油缸的摩擦性能和頻響特性得以改善和提高。
03變間隙密封的優點及發展趨勢
利用液壓油缸工作時唇邊內外壁壓差構成壓力補償自適應變間隙密封結構，能夠有效減小恒間隙密封結構內泄漏量隨壓差增大而增大的缺陷，尤其是在高壓差下，變間隙密封結構對泄漏量的抑制作用十分明顯，可以顯著提高液壓缸的工作效率，減小能量損失。此種密封結構簡單，便于加工制造且工作穩定可靠。
變間隙密封也存在不足之處，即：當壓差小時，泄漏量大。如果壓差過大，活塞唇又會向外張開過多，導致活塞與氣缸內表面接觸，導致唇形變形失效。
近年來，越來越多的人致力于利用新型功能材料來提高液壓元件的響應速度。在液壓油缸的密封性能方面，有人創新性地提出利用磁性形狀記憶合金（MSMA）使液壓油缸與活塞之間產生微變形來控制液壓油缸的密封間隙。其方法是：在活塞兩端設計多個環形槽，槽內設置若干MSMA輔助支撐塊，構成若干間隙密封環。MSMA有較大的可恢復應變（微變形）、快速的響應速度和高周疲勞等特性，利用其電磁驅動膨脹效應，通過控制磁場和溫度，實現減少內泄漏的目的。
變間隙密封大大提高了液壓油缸的壽命和頻率響應，應用空間進一步得到拓展。不過變間隙密封技術尚不成熟，還處于前期研究階段，相信在不久的將來，隨著這些新技術的應用，液壓油缸的泄漏現象可得到改善。
01液壓油缸的密封方式
液壓油缸的泄漏有內泄漏和外泄漏，外泄漏主要發生在活塞桿與缸頭以及導向套之間，內泄漏主要是活塞外壁與缸筒內壁之間的泄漏。
液壓油缸的頻率響應與密封形式密切相關。目前液壓油缸成熟的密封方式有：
1.密封件密封
在活塞的外表面安裝密封件來防止內泄漏。在這種密封方式下，密封件與缸筒內壁緊密接觸，能夠起到很好的密封效果。當油液的壓力增大時，密封面上的接觸壓力也會隨之增大，使密封效果得到進一步提升。
密封件密封是目前應用最廣泛的一種密封方式，容積率高、內泄漏小。
2.組合型密封
采用橡膠密封組件來實現液壓油缸的密封作用，主要有格萊圈、蕾形密封圈、斯特封等，具有組合的兩種密封件的特點，在工作中共同發揮起到密封的作用。如由橡膠O形圈和聚四氟乙烯的格萊圈組合而成的格萊圈，具有O形圈的良好的彈性和自潤性，具有更長的使用壽命。
3.間隙密封
這是依靠活塞外壁與缸筒內壁兩個運動件配合面之間保持很小的間隙，由流動阻力、油與配合面之間的張力、分子力等使之產生液體摩擦阻力來防止泄漏的密封方法。
間隙密封的特點是結構簡單、摩擦力小，活塞的運行速度高。缺點是內泄漏量較大，尤其是用于大直徑液壓油缸時，內泄漏量會急劇增加，影響液壓油缸的容積率。所以，間隙密封只適用于直徑較小、壓力較低的液壓油缸。
目前的各種密封方式有其優勢，也都存在難以解決的問題，近年來科研工作者們一直致力于液壓油缸的結構優化等研究，以期研發出泄漏量低、摩擦阻力小、運行速度高的液壓油缸。
現在使用的間隙密封是恒間隙密封，為解決恒間隙密封泄漏量大、無法使用于高壓力油缸的難題，有人提出了變間隙密封的密封方法。
變間隙密封的核心是在活塞的兩端增加環形的可變形唇邊結構，其工作原理是：當油液通向油缸的高壓腔時，活塞唇邊與缸體內壁形成節流間隙。由于壓差流動，以及活塞與缸筒內壁剪切流動的作用，高壓油通過唇邊與缸體內壁的間隙，從高壓腔流向低壓腔。
此時，唇邊上表面的壓力呈遞減狀分布，下表面受高壓，唇邊上下表面的壓力差使得唇邊向缸筒內壁擴展，最后在彈性力、壓力的相互作用下達到平衡。此時密封間隙減小、泄漏量減少，由于間隙未完全消除，從而使得活塞與缸筒內壁間的摩擦副可以得到油液的潤滑，液壓油缸的摩擦性能和頻響特性得以改善和提高。
03變間隙密封的優點及發展趨勢
利用液壓油缸工作時唇邊內外壁壓差構成壓力補償自適應變間隙密封結構，能夠有效減小恒間隙密封結構內泄漏量隨壓差增大而增大的缺陷，尤其是在高壓差下，變間隙密封結構對泄漏量的抑制作用十分明顯，可以顯著提高液壓缸的工作效率，減小能量損失。此種密封結構簡單，便于加工制造且工作穩定可靠。
變間隙密封也存在不足之處，即：當壓差小時，泄漏量大。如果壓差過大，活塞唇又會向外張開過多，導致活塞與氣缸內表面接觸，導致唇形變形失效。
近年來，越來越多的人致力于利用新型功能材料來提高液壓元件的響應速度。在液壓油缸的密封性能方面，有人創新性地提出利用磁性形狀記憶合金（MSMA）使液壓油缸與活塞之間產生微變形來控制液壓油缸的密封間隙。其方法是：在活塞兩端設計多個環形槽，槽內設置若干MSMA輔助支撐塊，構成若干間隙密封環。MSMA有較大的可恢復應變（微變形）、快速的響應速度和高周疲勞等特性，利用其電磁驅動膨脹效應，通過控制磁場和溫度，實現減少內泄漏的目的。
變間隙密封大大提高了液壓油缸的壽命和頻率響應，應用空間進一步得到拓展。不過變間隙密封技術尚不成熟，還處于前期研究階段，相信在不久的將來，隨著這些新技術的應用，液壓油缸的泄漏現象可得到改善。
