超高压液压缸密封件的选用

密封件的选用是液压缸设计的关键。密封件选用不当，造成液压缸的泄漏，影响液压缸的性能，达不到设计的工作压力、运动速度和工作稳定性，最终导致系统不能正常工作。所以在设计液压缸时，必须根据液压缸的工作压力、环境、温度、介质、工况、行程等因素，选用合适的密封件。尤其是在设计超高压液压缸时，选用何种密封形式，更为关键。

本文以增压缸为例，阐述超高压液压缸密封件的选用问题。

1、液压缸的压力分级

液压缸根据额定作压力的不同，分为低压、中压、中高压、高压和超高压液压缸，根据GB/T 2346-1988的规定，液压缸的压力分级如表1所示。

2、增压缸的原理及关键问题

2.1增压缸原理

增压缸由大小直径分别为D和d的复合缸筒及有特殊结构的复合活塞等部件组成，它能将输入的低压油转变为高压油，供液压系统的某一支油路使用，其示意图如图1所示。

图中，若液压缸大端输入的压力为P₁，小端输出的压力为P₂，且不计阻力，则根据力学平衡关系有：

D²/d²即为增压缸的增压比。

2.2增压缸的关键问题

某增压缸为：D=125 mm，d=50 mm，行程S=200 mm，P₁=16 MPa，大端介质为液压油，小端介质为乳化液，工作频率：15~20次/min。

根据上述参数，由式(1)，小端的输出压力P₂=100MPa。本增压缸的关键问题是：(a)输出压力为100 MPa，属超高压范畴；(b)两端工作介质不同，必须要求零泄漏。如何解决这两个关键问题呢，除了液压缸本身的结构外，选用何种密封形式是解决问题的根本。

3、密封件的选用

密封件的作用在于防止液压缸的泄漏(包括内漏和外漏)，保证建立起必要的工作压力，它应具备良好的密封性能，结构简单，维护方便，具有高寿命、低摩擦、密封面自动弹性补偿等特点。液压缸常用密封件主要有：O形密封圈、Y形密封圈、U形密封圈、V形组合密封圈、滑环式组合密封等，各密封件的耐压情况不同，它们的运用场合也不同。

(1)O形密封圈

O形密封圈的截面为圆形。它结构简单，密封性能好，动摩擦阻力小，制造容易，成本低，使用方便，应用非常广泛，它既可用作直线往复运动和回转运动的动密封，又可用于静密封；既可用于外径密封，又可用于内径密封和端面密封。在液压缸里，O形密封圈主要用作静密封，在静态场合下，其工作压力达20 MPa，加挡圈时可达40 MPa，用特殊挡圈时，工作压力最高可达200 MPa。没有形密封圈因其安装沟槽尺寸小，在高压薄形油缸中广泛用作主密封。

(2)Y形密封圈、Y_X形密封圈及U形密封圈

Y形、Y_X形及U形密封圈，利用油液的压力使两唇边在配合偶件的两结合面上实现密封，其密封能力可随压力的升高而提高，并且在磨损后具有一定的自动补偿能力。Y形、Y_X形及U形密封圈的工作压力一般不大于20 MPa，用聚氨脂P 5008制成、邵氏硬度90以上的U形密封圈，加挡圈后工作压力可达32 MPa。此类密封圈在中高压以下的液压缸中经常使用，尤其是在保压要求较高的场合，运用得更为广泛。在超高压液压缸中一般不单独使用，常与轴用滑环式组合密封(斯特封)配合使用，作为活塞杆的密封。

(3)V形组合密封圈

V形组合密封圈由多层涂胶织物压制而成，它的密封性能较好，工作寿命较长，其工作压力可达50 MPa，但因密封长度较长，它的摩擦阻力较大。主要应用于重型液压缸(如冶金缸)及运动速度要求不高的重型液压设备上。

(4)滑环式组合密封

聚四氟乙烯(滑环式组合密封由一个抗磨的填充聚四氟乙烯)滑环和О形圈组合而成。О形圈提供弹力，可对聚四氟乙烯滑环的磨损起补偿作用，因滑环式组合密封在受压和苛刻条件下具有非常高的压力稳定性、良好的导热性、较好的抗挤出性、高耐磨。低摩擦等性能，广泛应用于液压缸中。通常称活塞用滑环式组合密封为格来圈，杆用滑环式组合密封为斯特封。其工作压力可达40 MPa，加特殊挡圈后，工作压力可达60 MPa，其优良的密封性能深受液压缸设计人员的信任，在高压及超高压液压缸设计中经常选用。

在设计液压缸时，选用何种密封形式，并非上述常用密封件的简单调用，而是根据液压缸的工作压力、工况、运动速度等具体情况，进行密封形式的优化组合，如O形圈加Y形密封圈、U形圈加U形圈、U形圈加滑环式组合密封圈等。在高压和超高压液压缸中，活塞密封常用格来圈，杆密封常用U形圈加斯特封。

除上述各种常见密封件外，目前国内外已研制出许多新型的密封件，它们具有一系列的优点，促进了超高压液压缸设计与制造的发展。如徐州车氏密封有限公司生产的J形U形滑环式组合密封，如图2所示，该密封采用新颖独特的填充聚四氟乙烯(PTFE)密封滑环和О形圈组合而成，充分发挥材料和结构的优点，大大提高密封件的性能，J形滑环式组合密封最高耐压达200 mpa，而U形滑环式组合密封最高耐压可高达300 MPa。

前文所述某增压缸，小端(即高压端)输出压力P₂=100MPa，结合本增压缸的特点，设计时小端活塞上选用车氏J形孔用滑环式组合密封TB5-IIB 50*5.3。实践证明，车氏J形滑环式组合密封完全能够满足超高压液压缸的密封要求，该增压缸经过近两年的使用，至今还在正常工作，得到了用户的好评。

4、结语

超高压液压缸越来越广泛地运用于各种液压设备中，液压缸的泄漏问题是当前一个重要的研究课题，如何科学、经济、合理地选用密封件，对超高压液压缸的设计，意义重大。

应当明确的是，密封件的选用是超高压液压缸设计工作中的一个方面，在选用合理密封结构的同时，还必须做好其它零部件的设计和制造工作，如科学设计密封槽的尺寸及表面粗糙度、选用合理的配合间隙、去除各零部件的毛刺、加强液压介质的清洁等，这些都是不可忽视的问题。