機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)-液壓支架密封圈的設(shè)計(jì)與加工

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　液壓支架密封圈的設(shè)計(jì)與加工</p><p><b>　　誠(chéng)信聲明 </b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下

2、獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 液壓支架密封圈的設(shè)計(jì)與加工

3、 </p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　液壓支架密封圈的設(shè)計(jì)與加工</p><p><b>　　任務(wù)要求:</b></p><p>　　(1)設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份</p><p><b>　　(2)設(shè)計(jì)圖紙六張</b></p><p

4、>　　2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　(1)完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份</p><p>　　(2)完成設(shè)計(jì)圖紙六張</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]孫恒，陳作模. 機(jī)械原理 [M].北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　[2

5、]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　[3]楊繼隆，俞浙青.中國(guó)機(jī)械工程（第12卷，第7期），2001</p><p>　　[4]吳宗澤，羅圣國(guó). 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1999</p><p>　　[5]鄒慧君，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社， 1998</p>

6、<p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　液壓支架密封圈的設(shè)計(jì)與加工</p><p>　　摘要：本文通過(guò)對(duì)各種密封圈和密封結(jié)構(gòu)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了研究與分析，了解了密封圈的現(xiàn)狀與發(fā)展情況，通過(guò)對(duì)液壓支架工況、密封機(jī)理等情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)液壓支架對(duì)密封圈和密封結(jié)構(gòu)的要求比較高，由于液壓支架在井下工作條件比較惡劣，而且煤炭灰塵較大，對(duì)支架立

7、柱及千斤頂?shù)拿芊膺M(jìn)行保護(hù)比較困難。為了解決該情況，研制了一種材料性能好、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉和使用的一種聚氨酯密封圈和密封結(jié)構(gòu)，該密封圈和密封結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)合理，性能可靠，壽命高，能夠滿足液壓支架立柱、千斤頂?shù)氖褂靡?。適合在煤礦推廣使用工，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓支架,密封圈,密封結(jié)構(gòu),聚氨酯</p><p>　　Hydraulic support ring de

8、sign and processing </p><p>　　Abstract: Based on the present situation of the various seals and seal structure has been studied and analyzed to understand the current situation and development of the ring, t

9、hrough the hydraulic support conditions, the sealing mechanism etc. were analyzed and found hydraulic support of seals and seal structure is relatively high, due to the hydraulic support relatively poor working condition

10、s underground, but the larger coal dust, to stand upright and sealed for protection jack difficult. To </p><p>　　Keywords: hydraulic support,seals,seal structure,Polyurethane</p><p><b>　　目

11、 錄</b></p><p><b>　　1引 言1</b></p><p>　　1.1課題的背景及意義1</p><p>　　1.2液壓支架立柱千斤頂密封技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1國(guó)外概況和發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1.2.2我國(guó)密封圈概況和

12、發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.3液壓支架密封圈的設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.4液壓支架密封圈的選擇4</p><p>　　2密封機(jī)理及密封過(guò)程7</p><p><b>　　3密封可靠性8</b></p><p>　　3.1立柱和千斤頂密封失效分析8</p>&

13、lt;p>　　3.2立柱和千斤頂密封工況分析9</p><p>　　3.3密封可靠性分析9</p><p>　　4密封型式、結(jié)構(gòu)、溝槽尺寸及公差11</p><p>　　4.1立柱和千斤頂密封結(jié)構(gòu)及密封圈的現(xiàn)狀11</p><p>　　4.2帶切口單體密封圈和密封結(jié)構(gòu)12</p><p>　　4.2.1

14、帶切口單體密封圈12</p><p>　　4.2.2帶切口密封圈13</p><p>　　4.2.3帶錐面擋圈13</p><p>　　4.2.4密封件產(chǎn)品13</p><p>　　4.3復(fù)合密封圈和密封結(jié)構(gòu)13</p><p>　　4.3.1一般的密封結(jié)構(gòu)和復(fù)合密封圈13</p><p

15、>　　4.3.2雙伸縮立柱的中缸復(fù)合密封圈14</p><p>　　4.3.3密封圈產(chǎn)品15</p><p>　　4.4密封溝槽尺寸和公差15</p><p>　　5徑向密封力分析21</p><p>　　6帶切口密封圈的切口面密封力計(jì)算22</p><p><b>　　7預(yù)緊力確定23&l

16、t;/b></p><p>　　7.1密封材料泊松系數(shù)μ、密封壓力23</p><p>　　7.2密封圈的尺寸誤差和密封溝槽的加工誤差23</p><p>　　7.3擴(kuò)徑變形24</p><p>　　7.4預(yù)緊力分布24</p><p>　　8密封圈截面尺寸和外廓形狀的確定25</p>&

17、lt;p>　　8.1密封圈截面高度尺寸和寬度尺寸25</p><p>　　8.2密封圈截面外廓形狀25</p><p>　　9無(wú)模加工高可靠性密封件26</p><p>　　9.1聚氨酯密封圈的要求26</p><p>　　9.2導(dǎo)向環(huán)的要求26</p><p>　　9.3密封圈材質(zhì)和成型工藝26&l

18、t;/p><p>　　9.4密封圈切口工藝27</p><p>　　9.5 SYJR700設(shè)備介紹27</p><p>　　9.5.1沈陽(yáng)精銳整套無(wú)模具密封數(shù)控加工系統(tǒng)27</p><p>　　9.5.2 沈陽(yáng)精銳整套無(wú)模具密封數(shù)控加工系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)28</p><p>　　9.5.3 主要設(shè)備備件28<

19、/p><p>　　9.5.4密封加工軟件29</p><p><b>　　結(jié) 論31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　1引

20、言</b></p><p>　　液壓支架中對(duì)密封圈要求最高的當(dāng)屬立柱千斤頂?shù)拿芊?，所以該設(shè)計(jì)主要針對(duì)液壓支架立柱千斤頂密封技術(shù)。</p><p>　　1.1課題的背景及意義</p><p>　　液壓支架是用來(lái)控制采煤工作面礦山壓力的結(jié)構(gòu)物。采面礦壓以外載的形式作用在液壓支架上。在液壓支架和采面圍巖相互作用的力學(xué)系統(tǒng)中，若液壓支架的各支承件合力與頂板作用在

21、液壓支架上的外載合力正好同一直線，則該液壓支架對(duì)此采面圍巖十分適應(yīng)。</p><p>　　我國(guó)自1973年開始大規(guī)模引進(jìn)德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進(jìn)提高的過(guò)程，已形成了較完善的設(shè)計(jì)、制造和科研體系。</p><p>　　液壓支架是一種利用液體壓力產(chǎn)生支撐力并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移設(shè)來(lái)進(jìn)行頂板支護(hù)和管理的一種液壓動(dòng)力裝置，是綜合機(jī)械化采煤不可缺少的配套設(shè)備。</p>

22、<p>　　液壓支架主要用于水平面和小于等于10度的緩傾斜厚煤層沿底板一次放頂煤采全高開采的長(zhǎng)壁綜采工作面，也適用于急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤綜采工作面[1]。</p><p>　　隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械化成為現(xiàn)在制造、工業(yè)、煤礦等行業(yè)的重要內(nèi)容。機(jī)械化不僅從根本上改善了勞動(dòng)力和安全條件，也為產(chǎn)量和效率的提高奠定了基礎(chǔ)。液壓支架密封圈作為機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，它的可靠性是生產(chǎn)工作有效進(jìn)行的可靠保證

23、。</p><p>　　隨著高強(qiáng)度材料的不斷涌現(xiàn)、現(xiàn)代機(jī)械加工方法的不斷精密及焊接工藝的不斷進(jìn)步，礦用液壓支架液壓缸的損壞已經(jīng)基本擺脫了材料性能的影響，由缸體損壞引起液壓缸失效的概率在逐漸降低，液壓支架密封件的失效導(dǎo)致液壓缸故障的所占的比重較大[2]。</p><p>　　我國(guó)對(duì)于新型密封材料-聚氨酯的研究起步較晚，國(guó)內(nèi)的密封圈生產(chǎn)廠家對(duì)于聚氨酯密封圈的核心技術(shù)還處于探索階段，且液壓支架生

24、產(chǎn)企業(yè)一般都不生產(chǎn)密封圈，液壓支架立柱、千斤頂中使用的液壓支架密封件均來(lái)自外購(gòu)?，F(xiàn)階段，我國(guó)絕大多數(shù)液壓支架生產(chǎn)企業(yè)都還沒(méi)有液壓支架密封件入廠檢驗(yàn)手段，只是在裝配完成后，進(jìn)行打壓試驗(yàn)，達(dá)到出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)則合格，如果泄露則拆下密封件，重新裝配一套新的液壓支架密封圈。</p><p>　　這種先裝配后檢驗(yàn)的方法往往造成某一批次液壓支架密封件裝配后出現(xiàn)大面積不合格的現(xiàn)象，不僅浪費(fèi)材料，而且生產(chǎn)效率低下[3]。</p

25、><p>　　為此,設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)型、功能強(qiáng)、適應(yīng)面廣的是液壓支架具有重要的意義。</p><p>　　1.2液壓支架立柱千斤頂密封技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀</p><p>　　液壓支架立柱千斤頂密封的可靠性是綜采工作面支護(hù)系統(tǒng)可靠性的重要因素，因此密封技術(shù)是液壓支架的核心技術(shù)之一。我國(guó)自20世紀(jì)80年代初引進(jìn)液壓支架開始，測(cè)繪研制以鼓型（活塞密封）和蕾型（活塞桿密封）橡膠及橡膠

26、夾布密封圈為基本密封形式的密封元件。煤科總院北京開采所開發(fā)了山型密封圈（活塞密封），并一直沿用至今。20世紀(jì)90年代末期一些單位開始研制以聚氨酯為材料的澆注型密封圈，其基本密封形式仍為鼓型、山型和蕾型[4]。</p><p>　　相比液壓支架其他方面的研究，密封技術(shù)一直沒(méi)有收到足夠的重視，沒(méi)有投入足夠的力量進(jìn)行研究，也沒(méi)有制定和形成完善的行業(yè)和國(guó)家煤礦支護(hù)設(shè)備專用密封技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，甚至沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、有效的產(chǎn)

27、品認(rèn)證和質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督，缺乏試驗(yàn)檢測(cè)手段。密封件生產(chǎn)企業(yè)大多為小型企業(yè)，技術(shù)力量薄弱，研發(fā)能力不足，質(zhì)量不夠穩(wěn)定[5]。</p><p>　　近年來(lái)，北京開采裝備技術(shù)研究所以立柱千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)為依托，對(duì)密封技術(shù)和密封件進(jìn)行了廣泛、深入的研究。編寫了密封圈技術(shù)條件和密封件分類及密封溝槽兩項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)設(shè)計(jì)了兩種密封結(jié)構(gòu)和密封圈，推動(dòng)了行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。</p><p>　　1.2.1國(guó)外概況和發(fā)

28、展趨勢(shì)</p><p>　　最近幾年來(lái)，德國(guó)、法國(guó)、波蘭、英國(guó)對(duì)支架立柱密封件在材質(zhì)方面的研究有了突破性的進(jìn)展，傳統(tǒng)的密封機(jī)理和密封材料已逐步淘汰，聚氨酯密封已成為新型的新三代密封產(chǎn)品，其密封件的使用壽命是國(guó)內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品使用壽命的4.5倍以上部分國(guó)外密封件樣品及其性能指標(biāo)見表1。</p><p>　　表1國(guó)外密封件樣品及其結(jié)構(gòu)性能</p><p>　　1.2.2我國(guó)密

29、封圈概況和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　我國(guó)從70年代研究國(guó)外產(chǎn)品并生產(chǎn)液壓支架密封圈以來(lái)，一直使用丁腈夾布膠鼓、類型密封圈，使用壽命短，夾布層易損壞，根據(jù)在大同、西山、開灤等礦務(wù)局的調(diào)查結(jié)果得知，上述密封件使用年限為1.5-2年左右，一般使用300天后，密封件夾布層均有裂紋、毛邊、撕裂等缺陷。鼓形密封圈主要損壞形式為夾布膠與軟膠結(jié)合部開裂，磨損嚴(yán)重。因此，研究和開發(fā)我國(guó)自己的聚氨酯新型密封件，解決我國(guó)支架立柱壽

30、命偏低和局部漏液現(xiàn)象，提高立柱的使用壽命與可靠性是急需解決的問(wèn)題[6]。</p><p>　　1.3液壓支架密封圈的設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓支架密封圈的設(shè)計(jì)一般須確定以下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1)徑向密封力的計(jì)算</p><p>　　(2)帶切口密封圈的切口面密封力計(jì)算</p><p>　　(3)預(yù)緊力確

31、定（預(yù)緊力選擇的是否恰當(dāng)，直接影響密封的可靠性、運(yùn)行阻</p><p><b>　　力及使用壽命）</b></p><p>　?、倜芊獠牧喜此上禂?shù)μ、密封壓力</p><p>　　②密封圈的尺寸誤差和密封溝槽的加工誤差</p><p><b>　?、蹟U(kuò)徑變形</b></p><p

32、><b>　　④預(yù)緊力分布</b></p><p>　　(4)密封圈截面尺寸和外廓形狀的確定</p><p>　?、倜芊馊孛娓叨瘸叽绾蛯挾瘸叽?lt;/p><p>　　②密封圈截面外廓形狀</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們還應(yīng)考慮密封圈的密封可靠性。立柱和千斤頂密封常見失效形式有：</p><

33、;p>　　(1)活塞聚甲醛擋圈和導(dǎo)向環(huán)磨損、擠壓變形或斷裂，嚴(yán)重?cái)D壓摩擦發(fā)熱造</p><p><b>　　成的塑性流動(dòng)。</b></p><p>　　(2)活塞密封圈密封面磨損，出現(xiàn)溝痕、剝離、碎裂，引起泄漏。</p><p>　　(3)缸口活塞桿密封蕾型圈擠壓翻轉(zhuǎn)變形、磨損、溝痕、剝離、碎裂，造成 </p><p&

34、gt;　　低壓漏液和活柱帶液。</p><p>　　密封的可靠性涉及面較廣，除了密封技術(shù)本身之外還與立柱千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)合理與否、液壓系統(tǒng)的介質(zhì)條件以及使用環(huán)境的優(yōu)劣有直接的關(guān)系。在同一個(gè)立柱或千斤頂?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)平臺(tái)上，密封件的優(yōu)劣是決定密封是否可靠的關(guān)鍵因素。通過(guò)研究分析并經(jīng)長(zhǎng)期使用和試驗(yàn)驗(yàn)證，高可靠性密封件應(yīng)使用高可靠性密封圈、高性能導(dǎo)向環(huán)和防塵圈。目前高可靠性密封圈材料多位聚氨酯[7]。</p>&

35、lt;p>　　高可靠性密封圈應(yīng)符合以下要求：</p><p>　　(1)密封圈應(yīng)該在高壓（180Mpa）和低壓（2Mpa）的條件下都能實(shí)現(xiàn)有效</p><p><b>　　密封。</b></p><p>　　(2)活塞密封圈與缸筒相對(duì)滑動(dòng)的表面材料應(yīng)具有好的耐磨性能。</p><p>　　(3)密封圈應(yīng)設(shè)置可靠的擋

36、圈以阻止密封材料湊個(gè)密封間隙中擠出而破裂， </p><p>　　并盡可能使用能自動(dòng)補(bǔ)償密封間隙的擋圈。</p><p>　　(4)密封圈采用復(fù)合結(jié)構(gòu)能更好的發(fā)揮材料的特點(diǎn)。</p><p>　　(5)密封圈的材質(zhì)應(yīng)能滿足一定的性能指標(biāo)要求，尤其是強(qiáng)度、彈性、壓縮 </p><p>　　變形、磨耗、與水介質(zhì)的適應(yīng)性以及抗污能力等。</p

37、><p>　　(6)密封圈的設(shè)計(jì)要合理，各部位的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)能滿足使用條件要求。</p><p>　　(7)液壓缸的設(shè)計(jì)應(yīng)與密封圈匹配。</p><p>　　1.4液壓支架密封圈的選擇</p><p>　　1.4.1帶切口單體密封圈和密封結(jié)構(gòu)</p><p>　　（1）帶切口單體密封圈</p><p>

38、;<b>　　（2）帶切口密封圈</b></p><p><b>　?。?）帶錐面擋圈</b></p><p><b>　　（4）密封件產(chǎn)品</b></p><p>　　1.4.2復(fù)合密封圈和密封結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）一般的密封結(jié)構(gòu)和復(fù)合密封圈</p>

39、<p>　?。?）雙伸縮立柱的中缸復(fù)合密封圈</p><p><b>　?。?）密封圈產(chǎn)品</b></p><p>　　1.4.3密封溝槽尺寸和公差</p><p>　　1.4.4密封材料的選擇</p><p>　　聚氨酯，全稱聚氨基甲酸酯。具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能和特殊加工性能，廣泛用于制造實(shí)心輪胎、膠帶、各種

40、模制品（如沖壓模、陰陽(yáng)模、平齒帶、聯(lián)軸節(jié)等），以及篩板、粘結(jié)劑、油漆等。今年來(lái)，聚氨酯在密封行業(yè)的使用日漸普及。</p><p>　　(1)液壓支架的工作特點(diǎn)對(duì)密封圈提出的要求</p><p>　?、?gòu)?qiáng)度高。支架正常工作時(shí)立柱下腔壓力達(dá)到45MPa左右，密封圈受到強(qiáng)大的擠壓作用。以G200×175×38鼓型密封圈為例，45MPa時(shí)其受壓力322KN，要求密封圈材料要有較

41、高的強(qiáng)度，較好的撕裂性能。</p><p>　　②壓縮永久變形小。密封圈受到高、低壓循環(huán)作用，在不受壓力時(shí)，密封圈應(yīng)恢復(fù)原自然狀態(tài)，以保證密封的可靠性。</p><p>　?、勰退庑阅堋Ｓ捎谝簤褐Ъ懿捎萌榛鹤鳛橐簤航橘|(zhì)，而乳化液的主要成分為水，要保證密封的高壽命必須要有抗水解性能。</p><p><b>　　④合適的強(qiáng)度。</b><

42、/p><p><b>　?、莺线m的彈性。</b></p><p>　　(2)聚氨酯材料的特點(diǎn)</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　?、倏箯垙?qiáng)度高。其強(qiáng)度可達(dá)28-42MPa。</p><p>　　②伸長(zhǎng)率大。一般可達(dá)400%-600%，最大可達(dá)1000%。

43、</p><p><b>　　③彈性好。</b></p><p>　?、軓椥苑秶鷮?。聚氨酯橡膠制品的硬度范圍較其它橡膠廣，邵氏硬度可達(dá) </p><p><b>　　45-95°。</b></p><p>　?、菘顾毫褟?qiáng)度高，可達(dá)6.3MPa。</p><p>　　

44、⑥耐磨性好。聚氨酯硫化膠的耐磨性比天然膠高9倍。在磨耗劇烈的使用條 </p><p>　　件下，用聚氨酯橡膠零件的耐磨性比其他橡膠制的零件高10倍以上。但 </p><p>　　必須注意的是耐磨性實(shí)際條件還受生熱、溫度、熱老化及臭氧作用等因素 </p><p><b>　　的影響。</b></p><p>　　⑦耐低溫性

45、能較好。脆性溫度低于-40℃。</p><p>　　⑧耐老化及耐臭氧性能佳。</p><p><b>　?、崮陀托粤己?。</b></p><p><b>　　缺點(diǎn)</b></p><p>　?、僖姿?。在較高溫度（35℃以上）的濕空氣中，聚氨酯膠發(fā)生水解，使其 </p><p&g

46、t;　　強(qiáng)度下降。同樣，水蒸氣、熱水、強(qiáng)度堿也都對(duì)它有分解作用。</p><p>　?、跍笊鸁崃看?。如用于飛機(jī)、汽車輪胎等高速行駛并承受反復(fù)壓縮變形的 </p><p>　　條件下，熱量發(fā)散較慢，易積蓄熱量，加速制品的損壞。只宜制作低速運(yùn) </p><p><b>　　轉(zhuǎn)及薄制品[8]。</b></p><p>　　2

47、密封機(jī)理及密封過(guò)程</p><p>　　根據(jù)設(shè)備的用途、使用場(chǎng)所和工作特點(diǎn)不同，所使用的密封類型、密封結(jié)構(gòu)和密封件也不同。眾所周知，典型的密封種類有機(jī)械密封和自密封。機(jī)械密封用于特殊的場(chǎng)合，通常情況下使用自密封類型。自密封可據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式分為旋轉(zhuǎn)和往復(fù)式密封。立柱、千斤頂使用的密封為往復(fù)移動(dòng)自密封類型。</p><p>　　自密封的密封結(jié)構(gòu)和密封圈因使用的場(chǎng)所和密封的條件不同差異較大。這

48、一范疇的密封圈大致可分為兩大類：?jiǎn)误w密封圈和組合密封圈。單體密封圈如O型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈及多中異形截面的密封圈；組合密封圈如斯特封。格萊圈及自帶擋圈的復(fù)合密封圈等。因使用場(chǎng)所及側(cè)重點(diǎn)不同，自組合方式和結(jié)構(gòu)又有較多的變化。但無(wú)論哪一種自緊密封，其密封機(jī)理均相同。這里對(duì)自密封作一簡(jiǎn)要分析，得出的結(jié)論可以在密封圈設(shè)計(jì)過(guò)程中引用。</p><p>　　只要在密封面上全面（或全線）接觸，其接觸力（密封力）大于

49、密封介質(zhì)壓力即可實(shí)現(xiàn)密封。接觸應(yīng)力的分布是隨加壓過(guò)程而變化的，這是預(yù)緊力和介質(zhì)力共同作用的結(jié)果[9]。</p><p>　　要設(shè)計(jì)密封圈就要研究介質(zhì)壓力從0到工作壓力的過(guò)程，即密封力的形成過(guò)程。只有了解此過(guò)程才能掌握密封機(jī)理，從而設(shè)計(jì)出合理的密封結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的密封圈。</p><p>　　自緊密封（任何密封）必須有初始密封面接觸力，即預(yù)緊力，以實(shí)現(xiàn)初期的隔離作用。隨著壓力的升高，密封圈的位置

50、及形狀發(fā)生變化，當(dāng)密封面有所改變時(shí)，接觸壓力的分布也會(huì)變化。</p><p><b>　　3密封可靠性</b></p><p>　　3.1立柱和千斤頂密封失效分析</p><p>　　立柱和千斤頂密封的失效大致可分為正常失效和非正常失效兩類。正常失效是密封圈經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用磨損導(dǎo)致泄漏或材料老化和水解造成的；非正常失效是沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的使用壽命，在短

51、期使用后即失效。立柱和千斤頂密封常見失效形式有：</p><p>　　(1)活塞聚甲醛擋圈和導(dǎo)向環(huán)磨損、擠壓變形或斷裂，嚴(yán)重?cái)D壓摩擦發(fā)熱 </p><p><b>　　造成的塑性流動(dòng)。</b></p><p>　　(2)活塞密封圈密封密封面磨損，出現(xiàn)溝痕、剝離、碎裂，引起泄漏。</p><p>　　(3)缸口活塞桿密封蕾

52、型圈擠壓反轉(zhuǎn)變形。磨損、溝痕、剝離、碎裂，造 </p><p>　　成低壓漏液和活柱帶液。</p><p>　　影響支架立柱和千斤頂密封性能的因素很多，可分為三個(gè)方面：密封結(jié)構(gòu)和密封圈（含擋圈和導(dǎo)向環(huán)等）性能；油缸加工精度；工作介質(zhì)和使用條件。</p><p>　　先進(jìn)的密封結(jié)構(gòu)和高性能的密封圈（含擋圈和導(dǎo)向環(huán)等）是可靠密封的保障，密封圈（含擋圈和導(dǎo)向環(huán)等）的高性能

53、主要取決去材料性能、成型工藝和尺寸精度。密封材料涉及硬度、強(qiáng)度、壓縮變形、回彈速度、適應(yīng)溫度、抗介質(zhì)性能、摩擦系數(shù)、磨耗等；擋圈和導(dǎo)向環(huán)涉及硬度、強(qiáng)度、適應(yīng)溫度、抗介質(zhì)性能、摩擦系數(shù)、磨耗等。目前，國(guó)產(chǎn)密封圈存在的突出問(wèn)題是材質(zhì)差、工藝不成熟、澆注模型成型工藝不穩(wěn)定因素多、質(zhì)量離散性大、尺寸隨時(shí)間變化量大。橡膠和橡膠夾布密封圈一般硬度為邵氏50-85，拉伸強(qiáng)度12-20MPa，承壓和耐磨性差，無(wú)法滿足高可靠性支架的要求，特別是當(dāng)采用整體

54、溝槽時(shí)，鼓型圈無(wú)法安裝時(shí)要先用力拉大后裝于溝槽，待收縮回原方位時(shí)方可使用。由于夾布的扯斷伸長(zhǎng)率很小(一般8%左右），在安裝時(shí)易破損，造成密封失效。聚氨酯是近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的優(yōu)良密封材料，其硬度和強(qiáng)度大、耐磨性好。因此，聚氨酯密封圈特別適合作為往復(fù)軸向密封，性能顯著優(yōu)越于橡膠和橡膠夾布密封圈。但是，目前國(guó)產(chǎn)密封圈良莠不齊，使密封的可靠性還在一個(gè)相對(duì)不高的水平。</p><p>　　油缸加工精度低和溝槽結(jié)構(gòu)尺寸不合

55、格常常是造成密封提前失效的重要原因。密封圈的尺寸誤差和密封溝槽的加工誤差對(duì)密封圈的預(yù)緊力都有一定的影響，預(yù)緊力不足會(huì)造成泄漏。工作介質(zhì)污染和不正常的使用工況都會(huì)造成密封的提前失效[10]。</p><p>　　3.2立柱和千斤頂密封工況分析</p><p>　　立柱和千斤頂?shù)墓r比較復(fù)雜，尤其是立柱的工況更為惡劣，應(yīng)當(dāng)研究其工況特點(diǎn)以便有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，一般而言密封工況有以下特點(diǎn)。</

56、p><p><b>　　(1)高壓力</b></p><p>　　一級(jí)缸安全閥開啟壓力達(dá)45MPa，二級(jí)缸壓力由兩級(jí)缸的面積比決定，可高達(dá)90MPa，流體介質(zhì)潤(rùn)滑性差。</p><p>　　密封設(shè)計(jì)面臨的主要問(wèn)題是擠壓和磨損，溫度和工作液的適應(yīng)性一般不會(huì)影響太大。</p><p><b>　　(2)擠壓</b

57、></p><p>　　擠壓危險(xiǎn)是由于作用在密封圈上的高壓力和摩擦力引起的。傳統(tǒng)的雙作用油缸作用在密封上的摩擦力方向與壓力的方向相反，而立柱則相反，壓力和摩擦力是疊加的。一般密封中擠壓力由擋圈承受。</p><p>　　如圖7-29所示，由工作壓力在擋環(huán)AB面上產(chǎn)生的力ptπD。其中，D為油缸直徑，t為擋圈厚度，P為工作壓力；由作用在密封圈密封面上的摩擦而產(chǎn)生的力為μπpLD。其中，

58、μ為密封圈聚合材料與缸壁間的摩擦系數(shù)，L為密封面與缸壁的接觸長(zhǎng)度。</p><p>　　缸內(nèi)壓力和摩擦系數(shù)的合力作用使擋圈變形充填擠壓間隙，擠壓間隙f由缸筒直徑公差、活塞密封溝槽公差、運(yùn)動(dòng)誤差、支承厚度公差、缸體在壓力作用下的擴(kuò)張和外載引起的變形組成，實(shí)踐已證明了摩擦分力的影響，當(dāng)僅受到穩(wěn)定開啟壓力作用時(shí)，某些擋圈顯現(xiàn)出很小的擠壓損壞，但當(dāng)受到摩擦力和側(cè)向載荷作用后就可能完全失效[11]。</p>

59、<p><b>　　(3)磨損</b></p><p>　　密封元件的磨損是由許多因素造成的。一般情況下采用磨損較慢，摩擦阻力也較小的聚氨酯密封材料。當(dāng)乳化液潤(rùn)滑性能差、油缸表面粗糙度較差或有銹蝕以及介質(zhì)不清潔時(shí)，在高壓力長(zhǎng)周期穩(wěn)定載荷作用下，密封可能產(chǎn)生黏滯滑動(dòng)，引起急劇磨損。</p><p>　　3.3密封可靠性分析</p><p&g

60、t;　　通過(guò)上面的分析可以得出：密封可靠性與密封結(jié)構(gòu)、密封圈質(zhì)量及相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的加工質(zhì)量和使用條件有關(guān)。在這里涉及密封圈結(jié)構(gòu)和密封圈質(zhì)量，所以應(yīng)研究先進(jìn)的密封結(jié)構(gòu)，選用高性能的密封材料，通過(guò)嚴(yán)格的加工制造過(guò)程控制獲得高質(zhì)量的密封件成品。</p><p>　　同樣的密封產(chǎn)品使用不同的密封結(jié)構(gòu)，其可靠性也有較大的差別。目前，高可靠性立柱和千斤頂?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)普遍采用能自動(dòng)補(bǔ)償密封間隙的復(fù)合密封圈或帶切口的密封圈，以簡(jiǎn)化密

61、封結(jié)構(gòu)，提高密封可靠性。值得注意的是，長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)導(dǎo)向環(huán)影響密封可靠性認(rèn)識(shí)不足，在缸口出現(xiàn)泄漏時(shí)只注重密封圈本身，往往忽略了導(dǎo)向環(huán)的影響，特別是在立柱千斤頂運(yùn)行姿態(tài)變化時(shí)，由于導(dǎo)向環(huán)的作用差引起的振動(dòng)造成低壓掛液現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生泄漏。因此采用先進(jìn)的密封結(jié)構(gòu)，選用高性能的密封圈，使用高導(dǎo)向性能的導(dǎo)向環(huán)及選用合理的運(yùn)動(dòng)表面粗糙度，均可提高密封可靠性，同時(shí)可以提高立柱和千斤頂?shù)恼w穩(wěn)定性[12]。</p><p&

62、gt;　　4密封型式、結(jié)構(gòu)、溝槽尺寸及公差</p><p>　　新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)立柱和千斤頂?shù)囊笥写蠓忍嵘怀霰憩F(xiàn)在立柱千斤頂在全伸出狀態(tài)能承受2倍的工作阻力，疲勞強(qiáng)度進(jìn)行2.1×10的四次方次實(shí)驗(yàn)循環(huán)，這對(duì)立柱和千斤頂?shù)目煽啃蕴岢隽烁叩囊?。密封的可靠性是立柱千斤頂可靠性的關(guān)鍵所在，高可靠性密封件是保證密封可靠的前提。北京開采裝備技術(shù)研究所經(jīng)過(guò)多年的研究、實(shí)踐，研發(fā)了兩大類以聚氨酯為密封材料的新型密封

63、結(jié)構(gòu)和密封件產(chǎn)品。一類是帶切口的新型單體密封結(jié)構(gòu)和密封圈，適應(yīng)于固定段要求小、易裝配、缸徑較小的立柱和千斤頂；另一類是復(fù)合密封結(jié)構(gòu)和密封圈，適應(yīng)于大缸徑立柱千斤頂。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，新型密封結(jié)構(gòu)和密封圈能夠滿足高可靠性支架用立柱千斤頂?shù)氖褂靡?，可大幅度提升立柱千斤頂?shù)拿芊饪煽啃訹3]。</p><p>　　4.1立柱和千斤頂密封結(jié)構(gòu)及密封圈的現(xiàn)狀</p><p>　　隨著科技進(jìn)步，新材料、新

64、技術(shù)的出現(xiàn)，各商家采用新材料、應(yīng)用新技術(shù)、采用新手段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行深入研究，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改進(jìn)產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　采煤裝備技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)液壓支架關(guān)鍵元部件——立柱、千斤頂和密封技術(shù)均有深入研究并且起步較早，其產(chǎn)品目前普遍執(zhí)行代表國(guó)際先進(jìn)水平的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。尤其是立柱、千斤頂?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)和密封圈，不斷推出新的密封結(jié)構(gòu)、使用新的密封產(chǎn)品，國(guó)外液壓支架立柱、

65、千斤頂已普遍采用聚氨酯密封圈，有的取消了擋圈，密封圈采用切分結(jié)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了密封結(jié)構(gòu)，使其安裝方便，使用壽命長(zhǎng)、可靠性高，從而提高了液壓支架的可靠性、安全性，進(jìn)而提高了綜采的效率。</p><p>　　國(guó)內(nèi)在這方面起步較晚，液壓支架立柱、千斤頂密封結(jié)構(gòu)及密封圈存在結(jié)構(gòu)陳舊、可靠性低、壽命短的不足。鼓型密封圈活塞密封結(jié)構(gòu)在我國(guó)被普遍采用，其使用了鼓形密封圈，應(yīng)裝配所需，形成密封溝槽要增加卡鍵和支撐環(huán)兩個(gè)零件。這一方

66、面增加了機(jī)械加工成本，增加了設(shè)備制造費(fèi)用；另一方面裝配繁瑣，同時(shí)密封可靠性低。這種結(jié)構(gòu)使用的密封圈主要是橡膠密封圈，目前雖出現(xiàn)了聚氨酯密封圈，其截面與橡膠截面無(wú)任何區(qū)別，更為不足的是聚塑工藝多為澆注，成品質(zhì)地不夠致密，性能不穩(wěn)定，其可靠性不高、壽命較短，很難滿足即將實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。</p><p>　　4.2帶切口單體密封圈和密封結(jié)構(gòu)</p><p>　　鑒于立柱、千斤頂使用的介質(zhì)為

67、乳化液，尤其是立柱和支撐千斤頂密封壓力較高，當(dāng)承受的最大壓力由外載引起時(shí)，壓力對(duì)密封圈的擠出力與摩擦力互相疊加，工作條件比較惡劣。但當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)較少，且運(yùn)動(dòng)行程較小。因此，高可靠性密封圈和密封結(jié)構(gòu)必須能符合其工作特點(diǎn)。通過(guò)研究篩選適用的密封圈截面[13]。</p><p>　　4.2.1帶切口單體密封圈</p><p>　　目前常用的活塞密封結(jié)構(gòu)由雙L形擋圈和鼓形密封圈或山形圈加擋環(huán)組

68、成，活塞桿密封結(jié)構(gòu)由蕾型圈加擋圈及導(dǎo)向環(huán)組成。鼓形密封圈截面尺寸較大，占有效行程，且為整圈無(wú)切口，活塞結(jié)構(gòu)復(fù)雜。山形圈截面稍小，適用壓力低。這兩類液壓支架立柱千斤頂使用的密封結(jié)構(gòu)均存在結(jié)構(gòu)陳舊、密封效率較低，可靠性低等不足。而切口密封克服了這些不足，簡(jiǎn)化了密封溝槽，密封結(jié)構(gòu)先進(jìn)、密封效率高、安全可靠。</p><p>　　切口單位密封圈的密封結(jié)構(gòu)分為活塞用密封結(jié)構(gòu)和活塞桿用密封結(jié)構(gòu)。在活塞上開出密封溝槽，在密封槽

69、兩側(cè)開出支擋環(huán)槽。密封圈槽和支擋環(huán)槽由錐面槽相連，密封圈槽中放入密封圈，支擋圈槽中放入支擋環(huán)，密封圈側(cè)面與支擋環(huán)在錐面槽的大面上接觸。密封圈采用剖分式結(jié)構(gòu)，支擋環(huán)起導(dǎo)向和防密封圈擠出作用，使用的支擋環(huán)為專用支擋環(huán)。</p><p>　　活塞桿用新型密封結(jié)構(gòu)為帶錐面擋圈密封圈的密封結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)向套上開出密封圈槽，在密封槽一側(cè)開出擋圈槽，擋圈槽與密封槽由一錐面相連，在密封另一端開出空槽，已于放入密封圈。在密封圈槽中放入

70、整體式密封圈，起密封作用，在擋圈槽中放入擋圈，擋圈錐面大端與密封圈側(cè)面相連，防止密封圈擠出。在導(dǎo)向套一段開有導(dǎo)向環(huán)槽，可放入導(dǎo)向環(huán)[14]。</p><p>　　帶錐面擋圈的密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)密封圈在受壓時(shí)，給支擋環(huán)或擋圈施加一軸向力，借助于錐面槽的錐面給支擋環(huán)或擋圈提供徑向力，從而使支擋環(huán)或擋圈貼向活塞桿，減小密封間隙，提高了密封的可靠性和密封效率，同時(shí)可提高導(dǎo)向精度。在活塞上使用剖分式結(jié)構(gòu)的密封圈，大大簡(jiǎn)化了密封結(jié)

71、構(gòu)，提高了可靠性，且密封圈裝配容易、更換方便。</p><p>　　4.2.2帶切口密封圈</p><p>　　目前單體密封圈種類品種繁多，適用于液壓支架立柱、千斤頂?shù)拿芊馊煞譃閮深?，第一類是用于活塞的鼓形橡膠密封圈，第二類是用于活塞桿的蕾形密封圈。這兩種密封圈由橡膠和夾布膠料組合而成，其密封帶存在一定不足，沒(méi)有剖分，造成密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用壽命短，可靠性不高，裝配更換不方便；新型單體密封

72、圈在活塞和活塞桿內(nèi)外徑采用雙向密封剖分式密封圈，密封圈在周向有60°V形切口，裝配容易。</p><p>　　新型密封圈內(nèi)外徑有相同的密封帶，內(nèi)外徑均可為密封面。由于密封帶的特殊結(jié)構(gòu)，在低壓密封時(shí)效果更好，并有摩擦系數(shù)小，壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。特殊設(shè)計(jì)使V形切口接合面在密封過(guò)程中有著等同于徑向的密封力。由于切口使密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，安全可靠性提高。</p><p>　　4.2.3帶錐面擋圈&l

73、t;/p><p>　　新型單體密封圈用擋圈，使用一種既做擋圈又做導(dǎo)向環(huán)的支擋圈。擋圈或者支擋環(huán)帶圓錐面，當(dāng)端面（受力面）受力后借助于斜角面產(chǎn)生徑向力分力，使擋圈或支擋環(huán)的導(dǎo)向面貼向缸壁或活塞桿表面，壓力越大貼得越緊，從而減小了抗擠出間隙，同時(shí)提高了導(dǎo)向精度，克服了普通擋圈或者支擋環(huán)在整個(gè)密封過(guò)程中不能自動(dòng)調(diào)整、適用壓力較低、導(dǎo)向精度低的不足。</p><p>　　4.2.4密封件產(chǎn)品</

74、p><p>　　截止到2009年，北京開采裝備技術(shù)研究所研制了規(guī)格63-200mm帶切口密封圈和配套的的帶錐面擋圈（活塞用）產(chǎn)品以及規(guī)格45-185mm帶錐面擋圈和配套的密封圈（活塞桿用）產(chǎn)品，規(guī)格品種達(dá)30多個(gè)。并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期井下服役，壽命提高5倍，可靠性高。</p><p>　　4.3復(fù)合密封圈和密封結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.3.1一般的密封結(jié)構(gòu)和復(fù)合密封圈<

75、/p><p>　　復(fù)合密封圈結(jié)構(gòu)是另一種高可靠性的密封結(jié)構(gòu)，它由一個(gè)可分離的外圈、一個(gè)內(nèi)圈和兩個(gè)擋圈組成。外圈由聚氨酯材料制成，內(nèi)圈由橡膠材料制成，擋圈由聚甲醛材料制成，外圓呈圓環(huán)形，內(nèi)圈外表面呈階梯狀，擋圈成帶切口的環(huán)狀，組合后擋圈位于外圈和內(nèi)圈階梯的端部。它克服了單體密封圈由單一材料制成，制造成本較高，特別在規(guī)格尺寸較大時(shí)易造成質(zhì)量下降的缺點(diǎn)。若沒(méi)有剖分切口，易造成密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用范圍窄、使用壽命短、可靠性不高

76、。裝配更換不方便。密封圈在密封過(guò)程中不同部位所發(fā)揮的作用不同，采用復(fù)合密封圈有利于根據(jù)不同部位的作用合理進(jìn)行材料的搭配，有利于達(dá)到高可靠密封的目的。</p><p>　　復(fù)合密封圈分為活塞用和活塞桿用兩種。這種密封結(jié)構(gòu)和密封圈充分發(fā)揮了不同材料的優(yōu)良特性。擋圈騎在內(nèi)圈或外圈上，在密封過(guò)程中隨壓力自動(dòng)調(diào)整密封間隙。動(dòng)密封面因密封帶特殊性，具有高、低壓時(shí)密封效果均好、摩擦系數(shù)小、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。由于分為內(nèi)外圈，使密封結(jié)

77、構(gòu)簡(jiǎn)化，安全可靠性提高，維修簡(jiǎn)單，更換方便[15]。</p><p>　　復(fù)合密封圈及其密封結(jié)構(gòu)充分利用聚氨酯摩擦系數(shù)小、強(qiáng)度高和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，充分發(fā)揮橡膠彈性好和永久壓縮變形小的優(yōu)勢(shì)，并把擋圈放在橡膠內(nèi)圈上。在工作過(guò)程中，擋圈受到橡膠圈的彈力，減小密封間隙，提高密封效果，延長(zhǎng)使用壽命。由于整圈分為四層，裝配容易并使密封溝槽簡(jiǎn)單，是目前使用較廣的高可靠性密封圈和密封結(jié)構(gòu)。</p><p&g

78、t;　　4.3.2雙伸縮立柱的中缸復(fù)合密封圈</p><p>　　在雙伸縮立柱中缸上使用的密封圈與外缸或單伸縮立柱或千斤頂上使用的復(fù)合式密封圈不同。主要是因?yàn)橹懈字械膲毫Ω?，在正常使用時(shí)可達(dá)到90MPa，在型式試驗(yàn)的強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，要加兩倍的額定工作壓力，此時(shí)中缸的密封壓力可達(dá)180MPa，必須設(shè)計(jì)專用的密封件才能滿足使用要求，解決該問(wèn)題可通過(guò)兩種途徑完成。</p><p>　　（1）在普通復(fù)

79、合密封圈受高壓一側(cè)增加一加強(qiáng)環(huán)來(lái)滿足要求，這種方法無(wú)需 </p><p>　　設(shè)計(jì)專用的密封圈，減少了密封件的品種，降低了生產(chǎn)成本。</p><p>　　（2）設(shè)計(jì)帶L形擋圈的復(fù)合密封圈。提高擋圈的抗擠壓強(qiáng)度，這種結(jié)構(gòu)減少 </p><p>　　了密封件的數(shù)量，在缸徑減小時(shí)也有一定優(yōu)勢(shì)。缸徑較大時(shí)L形擋圈的 </p><p><b>

80、;　　制造受到影。</b></p><p>　　4.3.3密封圈產(chǎn)品</p><p>　　目前，研制的缸徑360mm以下規(guī)格的復(fù)合密封圈產(chǎn)品30多種，經(jīng)過(guò)井下長(zhǎng)期服役，壽命提高5倍，可靠性高。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)規(guī)范了63-530mm活塞復(fù)合密封圈溝槽以及45-500mm活塞桿用復(fù)合密封圈溝槽尺寸，規(guī)格品種達(dá)數(shù)百個(gè)，并將作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)廣泛使用。</p><p>

81、　　4.4密封溝槽尺寸和公差</p><p>　　活塞用復(fù)合密封圈溝槽型式如表6.1所示，中缸活塞用復(fù)合密封圈溝槽型式如表6.2所示?；钊脧?fù)合密封圈溝槽尺寸和公差、中缸活塞用密封圈溝槽尺寸和公差應(yīng)符合表6.1中的要求。</p><p>　　表6.1 活塞復(fù)合密封圈溝槽尺寸和公差 mm</p><p>　　續(xù)表6.1 活塞復(fù)合密封圈溝槽尺寸和公差 mm</p&

82、gt;<p>　　活塞桿復(fù)合密封圈溝槽尺寸和公差應(yīng)符合表6.2中的要求</p><p>　　表6.2 活塞桿復(fù)合密封圈溝槽尺寸和公差 mm</p><p>　　續(xù)表6.2 活塞桿復(fù)合密封圈溝槽尺寸和公差 mm</p><p>　　表6.3 帶L形擋圈的復(fù)合密封圈溝槽尺寸和公差 mm</p><p>　　續(xù)表6.3

83、 帶L形擋圈的復(fù)合密封圈溝槽尺寸和公差 mm</p><p><b>　　5徑向密封力分析</b></p><p>　　為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將密封圈簡(jiǎn)化為矩形截面，不考慮溫度等影響，計(jì)算時(shí)認(rèn)為整個(gè)內(nèi)外表面與密封溝槽接觸。</p><p>　　設(shè)密封圈外半徑，內(nèi)半徑，密封溝槽外半徑，內(nèi)半徑。</p><p>　　則可解得

84、 = （式5.1）</p><p>　　= （式5.2）</p><p><b>　　（式5.3）</b></p><p><b>　?。ㄊ?.4）</b></p><p><b>　?。ㄊ?.5）</b

85、></p><p><b>　　（式5.6）</b></p><p><b>　?。ㄊ?.7）</b></p><p><b>　　（式5.8）</b></p><p>　　式中 ——外密封力；</p><p><b>　　——內(nèi)密封力

86、；</b></p><p><b>　　——內(nèi)圈變形量；</b></p><p><b>　　——外圈變形量。</b></p><p>　　由密封力較易解得壓縮量，在此不在贅述。</p><p>　　6帶切口密封圈的切口面密封力計(jì)算</p><p>　　切口面密封

87、力（密封面法向力）的計(jì)算可在原周上取一微段密封圈為分離體，次微段外圓周受壓力，內(nèi)圓周受壓力。首先計(jì)算周向壓力，再計(jì)算切口面上的法向壓力，周向壓力可由下式計(jì)算得到：</p><p><b>　?。ㄊ?.1）</b></p><p>　　而切口面上法向壓力可用下式計(jì)算：</p><p><b>　　（式6.2）</b><

88、/p><p>　　式中 ——切口面與密封圈側(cè)面的夾角。</p><p>　　本新型密封圈采用的α角為30°。</p><p><b>　　7預(yù)緊力確定</b></p><p>　　預(yù)緊力選擇的是否恰當(dāng)，直接影響密封的可靠性、運(yùn)行阻力及使用壽命。預(yù)緊力的確定受到密封材料泊松系數(shù)、密封壓力、密封條件及密封要求等影響，所

89、以在確定密封力時(shí)應(yīng)充分考慮一下情況。</p><p>　　7.1密封材料泊松系數(shù)、密封壓力</p><p>　　自緊密封在密封面上有≤，當(dāng)密封材料的泊松系數(shù)為=0.5時(shí)取等號(hào)，當(dāng)＜0.5時(shí)取小于號(hào)，其原因如下。</p><p>　　據(jù)應(yīng)力分量和應(yīng)變分量關(guān)系式（忽略溫度的影響）：</p><p><b>　　（式7.1）</b&

90、gt;</p><p><b>　　（式7.2）</b></p><p><b>　?。ㄊ?.3）</b></p><p><b>　　令，，得</b></p><p><b>　?。ㄊ?.4）</b></p><p>　　由此可得

91、出密封圈材料的泊松系數(shù)＜0.5時(shí)，僅由泊松系數(shù)和密封壓力應(yīng)保證預(yù)緊力為：</p><p><b>　　（式7.5）</b></p><p>　　7.2密封圈的尺寸誤差和密封溝槽的加工誤差</p><p>　　密封圈的尺寸誤差和密封溝槽的加工誤差對(duì)密封圈的預(yù)緊力都有一定的影響，在確定預(yù)緊力時(shí)應(yīng)給予考慮。具體的方法為分別計(jì)算密封圈和密封溝槽的極限尺

92、寸，得到最小的預(yù)緊力，并使其密封力不小于要求的預(yù)緊力。</p><p><b>　　7.3擴(kuò)徑變形</b></p><p>　　密封圈在工作過(guò)程中，由于液壓介質(zhì)對(duì)缸體造成一定的擴(kuò)徑。不帶切口的密封圈受擴(kuò)徑的影響較小，可以不考慮。而帶切口的密封圈由于擴(kuò)徑會(huì)使切口面的密封力減小，再確定預(yù)緊力時(shí)應(yīng)根據(jù)擴(kuò)徑量增大預(yù)緊力。擴(kuò)徑還會(huì)引起導(dǎo)向偏差和密封間隙增大，應(yīng)給予適當(dāng)?shù)目紤]。&

93、lt;/p><p><b>　　7.4預(yù)緊力分布</b></p><p>　　預(yù)緊力的分布直接影響密封的性能、可靠性及其壽命，所以應(yīng)使密封力分布在整個(gè)密封面上有凸起的部分，形成一定的梯度，這樣既達(dá)到了密封的效果，又使得摩擦力較小，從而提高其使用壽命。</p><p>　　8密封圈截面尺寸和外廓形狀的確定</p><p>　　

94、密封圈截面尺寸和外廓形狀可根據(jù)密封圈的使用場(chǎng)所及工作特點(diǎn)，用類比的方法確定，也可用計(jì)算的方法確定。一般設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)類比和計(jì)算相結(jié)合的方法確定。</p><p>　　8.1密封圈截面高度尺寸和寬度尺寸</p><p>　　通過(guò)對(duì)煤炭行業(yè)立柱和千斤頂使用的密封圈和GB/T10708x-2000中有關(guān)橡膠密封圈的高度尺寸和寬度尺寸的分析，得到初步的橡膠密封圈的尺寸情況。參考使用成功的聚氨酯密封圈尺

95、寸可確定其原始尺寸，通過(guò)對(duì)高度尺寸的計(jì)算使其最小密封力大于要求的最小密封力，最大密封力小于2MPa。寬度尺寸對(duì)密封效果及摩擦阻力都有一定影響，寬度越大，密封效果越好，但摩擦阻力越大，考慮國(guó)內(nèi)密封溝槽的延續(xù)性，使其寬度小于MT行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大于國(guó)外聚氨酯密封圈的寬度，較接近GB/T10708x-2000中要求的尺寸。</p><p>　　8.2密封圈截面外廓形狀</p><p>　　如前所述，由

96、于已經(jīng)知道單體密封圈的截面外廓形狀，這里僅作簡(jiǎn)要說(shuō)明。</p><p>　?。?)主廓形。主廓形為左右上下對(duì)稱形狀，且為外凸的鼓形，主要是考慮預(yù)緊力的分布和雙向運(yùn)動(dòng)。外凸的鼓形使得預(yù)緊力近似如鼓形分布，中部預(yù)緊力較兩邊大，使密封力在近密封間隙處密封力最大，遠(yuǎn)離密封間隙處密封力最小，使得密封力分布由大變小，使最大密封力比較大，同時(shí)摩擦阻力較小，也就是說(shuō)密封效率較高。</p><p>　　(2

97、)密封帶。如果密封帶采用主廓形突出的部位，能實(shí)現(xiàn)密封。由于立柱和千斤頂使用的密封圈工作壓力高，要求密封圈有較高的防擠出能力和耐磨能力，所以密封圈的硬度較高，往往低壓密封效果不佳。為了增加低壓密封效果，采用較大的預(yù)緊力，但這樣又增加了摩擦阻力和裝配難度。所以要設(shè)計(jì)特殊的密封帶，既實(shí)現(xiàn)低壓密封又不明顯增加預(yù)緊力和摩擦力。特殊的設(shè)計(jì)會(huì)減少摩擦，提高低壓密封效果及使用壽命。</p><p>　　9無(wú)模加工高可靠性密封件&

98、lt;/p><p>　　密封的可靠性涉及面較廣，除了密封技術(shù)本身之外還與立柱千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)合理與否、液壓系統(tǒng)的介質(zhì)條件以及使用環(huán)境的優(yōu)劣有直接的關(guān)系。在同一個(gè)立柱或千斤頂?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)平臺(tái)上，密封件的優(yōu)劣是決定密封是否可靠的關(guān)鍵因素。通過(guò)研究分析并長(zhǎng)期使用和試驗(yàn)驗(yàn)證，高可靠性密封件應(yīng)使用高可靠性密封圈、高性能導(dǎo)向環(huán)和防塵圈。目前高可靠性密封圈材料多為聚氨酯。</p><p>　　9.1聚氨酯密封圈的

99、要求</p><p>　　高可靠性密封圈應(yīng)符合以下要求：</p><p>　　密封圈應(yīng)該在高壓（180Mpa）和低壓（2Mpa）的條件下都能實(shí)現(xiàn)有 </p><p><b>　　效密封。</b></p><p>　　（2）活塞密封圈與缸筒相對(duì)滑動(dòng)的表面材料應(yīng)具有好的耐磨性能。</p><p>　　

100、（3）密封圈應(yīng)設(shè)置可靠的擋圈以阻止密封材料湊個(gè)密封間隙中擠出而破裂， </p><p>　　并盡可能使用能自動(dòng)補(bǔ)償密封間隙的擋圈。</p><p>　?。?）密封圈采用復(fù)合結(jié)構(gòu)能更好的發(fā)揮材料的特點(diǎn)。</p><p>　?。?）密封圈的材質(zhì)應(yīng)能滿足一定的性能指標(biāo)要求，尤其是強(qiáng)度、彈性、壓 </p><p>　　縮變形、磨耗、與水介質(zhì)的適應(yīng)性以

101、及抗污能力等。</p><p>　?。?）密封圈的設(shè)計(jì)要合理，各部位的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)能滿足使用條件要求。</p><p>　?。?）液壓缸的設(shè)計(jì)應(yīng)與密封圈匹配。</p><p><b>　　9.2導(dǎo)向環(huán)的要求</b></p><p>　　導(dǎo)向環(huán)材料應(yīng)具有較小的對(duì)偶摩擦系數(shù)和良好額耐磨性以提高使用壽 </p>&

102、lt;p><b>　　命。</b></p><p>　?。?）具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，以提高承受側(cè)向力的能力。</p><p>　?。?）具有較好的水介質(zhì)適應(yīng)性以及抗污染能力。</p><p>　　9.3密封圈材質(zhì)和成型工藝</p><p>　　新型密封結(jié)構(gòu)使用的密封圈可以采用注射成型和無(wú)模加工制作完成。注射成型以英國(guó)

103、Hallite為代表，無(wú)模成型以美國(guó)EPM為代表。注射成型工藝過(guò)程需要嚴(yán)格控制，產(chǎn)品質(zhì)量易受制作過(guò)程影響。由于前期制作模具的投入較大，對(duì)調(diào)整溝槽尺寸的變化適應(yīng)性較差，但使用量大，產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)便宜。而無(wú)模加工產(chǎn)品受加工過(guò)程的影響較小，產(chǎn)品質(zhì)量易保障，對(duì)調(diào)整溝槽尺寸的變化適應(yīng)性較好，但產(chǎn)品價(jià)格較高。對(duì)于高端支架而言，無(wú)模成型加工有利于保證產(chǎn)品整體質(zhì)量。</p><p>　　9.4密封圈切口工藝</p>

104、<p>　　帶切口密封圈的制作可有兩種途徑，其一是在模具上開槽放入隔離片，這種方法在澆注成型時(shí)可以實(shí)現(xiàn)，但在注射成型時(shí)由于注射壓力很高，很難達(dá)到要求。隔離片的放置減弱了模具的強(qiáng)度和剛度，在注射壓力高時(shí)截面形狀變異，切口形狀達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，在隔離片和模具的縫隙處產(chǎn)生溢料，形成飛邊，并隨時(shí)用次數(shù)增加而逐漸加大，模具壽命很短。更為重要的是，隔離片雖薄，但仍然要有一定厚度，勢(shì)必兩面有一定差別，造成成品切口密封不嚴(yán)，易跑液，可靠性

105、不足。</p><p>　　為了使帶有切口的密封圈的密封可靠性不降低，應(yīng)使用注射成型無(wú)切口圈或無(wú)模加工成無(wú)切口圈，然后再切切口。可用激光或高壓液體流進(jìn)行切口，前者因溫度高使材質(zhì)性能變化，后者因液流作用使切口兩側(cè)不能完全吻合，兩種方法都不適用，應(yīng)使用機(jī)械切割的方法。機(jī)械切割用去除材料的方法并不適合，必須采用無(wú)去除材料的方法進(jìn)行切口。</p><p>　　9.5 SYJR700設(shè)備介紹<

106、/p><p>　　9.5.1沈陽(yáng)精銳整套無(wú)模具密封數(shù)控加工系統(tǒng)</p><p>　　沈陽(yáng)精銳整套無(wú)模具密封數(shù)控加工系統(tǒng)，包括先進(jìn)的數(shù)控加工車床，精密的密封加工軟件，以及全系列的密封半成品材料（包括聚氨酯類，橡膠類，四氟乙烯類，聚甲醛尼龍類等），密封外徑加工尺寸可達(dá)到700mm。</p><p>　　沈陽(yáng)精銳數(shù)控系統(tǒng)完全根據(jù)密封生產(chǎn)特點(diǎn)而定制，設(shè)備設(shè)計(jì)科學(xué)緊湊，可以生產(chǎn)各

107、種液壓氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)密封產(chǎn)品以及相關(guān)工程塑料元件產(chǎn)品。</p><p>　　先進(jìn)而穩(wěn)定的車床設(shè)備，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿芊饧庸ぼ浖?，?yōu)質(zhì)的半成品密封材料以及各種配套刀具保證了沈陽(yáng)精銳無(wú)模具密封加工系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)高效快捷的加工性能。</p><p>　　無(wú)模具密封在今天的密封行業(yè)占據(jù)日益重要的位置，而且在維修和配套行業(yè)得到廣泛的許可和贊譽(yù)。</p><p><b>　?。▓D9.1

108、）</b></p><p>　　9.5.2 沈陽(yáng)精銳整套無(wú)模具密封數(shù)控加工系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　?。?）整套密封加工系統(tǒng)，密封外徑尺寸可達(dá)到700mm；</p><p>　　（2）12工位刀塔，并帶有VDI-20刀座；</p><p>　　（3）FANUC,SIEMENS和廣數(shù)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)；</p>&

109、lt;p>　?。?）密封加工軟件；</p><p>　　（5）切割刀裝置和抽吸裝置；</p><p>　　（6）材料卡盤裝置；</p><p>　?。?）特制刀具（包括刀頭和刀柄）；</p><p>　　9.5.3 主要設(shè)備備件</p><p><b>　?。?）驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)</b><

110、/p><p>　　沈陽(yáng)精銳整套無(wú)模具密封數(shù)控加工系統(tǒng)裝配了FANUC,SIEMENS和廣數(shù)伺服系統(tǒng)，保證了高精度高效率和高可靠性能。</p><p><b>　?。?）刀塔系統(tǒng)</b></p><p>　　快速型電動(dòng)刀塔系統(tǒng)，帶有手動(dòng)卡盤裝置，減少換刀和定位時(shí)間。刀塔帶有12刀位的VDI卡盤裝置，保證最快的換刀時(shí)間和最高的加工效率。</p&g

111、t;<p><b>　?。?）刀具和刀柄</b></p><p>　　切割刀具的質(zhì)量極大影響了車床的密封加工質(zhì)量。沈陽(yáng)精銳隨設(shè)備提供整套密封加工需要的精密刀具和刀柄，所有刀具都是根據(jù)所有不同密封端面定制而成，刀具都具有特殊的材料和特殊的端面設(shè)計(jì)。</p><p>　　（4）半成品材料卡盤裝置</p><p>　　特制的高精度鋼制卡

112、盤連接裝置與三爪高精度鋁制卡盤配合，適合快速牢固的裝卡不同規(guī)格的半成品密封材料。</p><p>　?。?）材料碎屑切割刀和抽吸裝置</p><p>　?、倭己霉δ艿乃樾记懈钛b置和抽吸裝置對(duì)于密封加工質(zhì)量尤其是表面光潔度以及密封材料的易加工性能具有重要的影響。</p><p>　?、谇懈畹恫捎酶呔蠕X材料制造，使用HSS刀頭切割碎屑，強(qiáng)力抽吸裝置保證了碎屑被切割后瞬

113、時(shí)被抽走而不纏繞切割刀。</p><p>　?。?）精銳隨機(jī)提供性能卓越的刀具研磨機(jī)，其具有優(yōu)異的研磨功能確保刀具超鋒利，從而保證密封產(chǎn)品良好的光潔度。</p><p>　　（7）其他備件如測(cè)量派尺，帶鋸，刀具研磨顯微鏡，導(dǎo)向帶切割鉗可以根據(jù)需求提供。</p><p>　　9.5.4密封加工軟件</p><p>　　密封加工軟件是沈陽(yáng)精銳研發(fā)

114、的科學(xué)靈活的密封加工軟件，包括156 </p><p>　　種密封端面形式，密封的端面和規(guī)格可以靈活的由操作者在軟件中改變</p><p>　　而無(wú)需手動(dòng)改變車床程序。</p><p>　?。?）操作步驟簡(jiǎn)單而快捷：</p><p>　　①輸入密封端面（防塵密封，活塞密封等等）</p><p>　?、谳斎朊芊獾墓Q尺寸

115、</p><p>　?、蹚牧谐龅牟牧现羞x擇材料形式和規(guī)格</p><p>　?、苓m合的刀具以及設(shè)備加工程序則會(huì)準(zhǔn)備就緒</p><p>　?、莅训毒吆驮O(shè)備加工程序傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)</p><p>　　⑥啟動(dòng)數(shù)控設(shè)備（裝卡材料等）則就可以加工密封產(chǎn)品</p><p>　?。?）可以采用批量加工模式生產(chǎn)任意規(guī)格任意材料的優(yōu)質(zhì)

116、密封產(chǎn)品。</p><p><b>　?。▓D9.2）</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)，是大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課程以及全部專業(yè)課程和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的綜合。這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的鍛煉。它在我們的大學(xué)生活學(xué)習(xí)中占有很

117、重要的地位。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行了一次適應(yīng)性訓(xùn)練,從中鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,為今后參加祖國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)查閱了有關(guān)手冊(cè)、教材，并在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)重要步驟進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算和說(shuō)明,必要處都有校核。裝配圖和零件圖按照國(guó)家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)和模具設(shè)計(jì)的習(xí)慣畫法繪制,通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步熟悉了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、