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斯凱孚(SKF)助力開(kāi)發(fā)一流液壓活塞密封件

日期:2018年9月15日

斯凱孚(SKF)助力開(kāi)發(fā)優(yōu)異液壓活塞密封件

活塞密封件是液壓缸性能的關(guān)鍵。該密封件位于活塞外徑的溝槽中,必須抵抗高壓液壓流體,且不阻礙活塞沿著(zhù)液壓缸運動(dòng)。由于大部分液壓缸都是雙向運動(dòng),因此密封件必須能夠承受任意一側的壓力;钊芊饧脑O計要求工程師在摩擦和密封性能之間做好平衡。如果過(guò)多流體從液壓缸高壓側向低壓側泄漏,那么密封件性能會(huì )有所降低。另一方面,缸壁上過(guò)多的摩擦會(huì )導致磨損加劇并縮短運行壽命;钊芊饧耐耆,即內泄,會(huì )引起明顯的運行和安全隱患,比如使得建筑或材料處理設備失去對負載的控制。

如果油缸的基本參數不夠嚴格的話(huà),活塞密封件也將面臨巨大的材料工程挑戰。高溫高壓下,液壓流體對密封材料的要求嚴苛,也可能使油缸其他部件在運行中發(fā)生膨脹和收縮。

PTFE材料能滿(mǎn)足這些要求。它擁有的眾多特性都適合于這種功能,包括優(yōu)異的低動(dòng)、靜摩擦特性以及良好的化學(xué)耐受性。然而,PTFE密封件也有其局限性。特別是PTFE密封件有限的彈性使其很難實(shí)現無(wú)損安裝。在安裝前,需要用特殊的擴張套拉伸PTFE密封件,然后必須將其校準回正確的直徑。對于設備制造商和維護團隊而言,該過(guò)程需要更長(cháng)的時(shí)間和更多的成本。此外,PTFE 的可塑性意味著(zhù)這種材料在持續的扭轉載荷下很難再恢復其原來(lái)的形狀,局限了其密封性能。

為了克服PTFE 密封件的缺點(diǎn),SKF的工程師團隊嘗試根據公司成熟的ECOPUR聚氨酯材料開(kāi)發(fā)可以替代其的密封技術(shù)。

制造能夠匹配PTFE密封件良好性能的聚氨酯密封件遠非紙上談兵,斯凱孚流體密封件戰略產(chǎn)品線(xiàn)研發(fā)主任Wolfgang Swete解釋道,“活塞和缸桶之間的間隙意味著(zhù)您需要一種抗擠出性能足夠好的材料以在所有運行條件下保持其形狀.”

斯凱孚測試由其之前較硬的Ecopur聚氨酯制造出的原型密封件,發(fā)現其不能達成目標。但是斯凱孚知難而上,利用自己在材料開(kāi)發(fā)和制造能力上的優(yōu)勢生產(chǎn)出了一種特殊等級的Ecopur材料,專(zhuān)門(mén)適用于活塞密封件。這種新材料 - X-Ecopur PS – 是目前斯凱孚制造出的硬度較高的聚氨酯.

為測試新材料的耐用性,斯凱孚進(jìn)行了一系列靜態(tài)抗擠出試驗,將材料樣本安裝在 500bar壓力下的固定裝置中,擠出間隙根據密封尺寸調整為0.15mm 到0.7mm。然后在60oC至100oC的溫度下,讓樣本在固定裝置中保持兩周的時(shí)間,并在測試結束時(shí)測量樣本的長(cháng)久變形情況!霸谡麄(gè)測試過(guò)程中,X-Ecopur PS的表現遠遠超出其他商用材料,”Swete說(shuō)道。

有了適當的材料后,斯凱孚團隊開(kāi)始設計合理的密封截面。這是斯凱孚工程師們熟悉的領(lǐng)域,他們通過(guò)已經(jīng)相當成熟的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程,結合大量用有限元技巧實(shí)現的計算機仿真,利用CNC設備快速開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品原型,然后在定制的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測試設備上進(jìn)行物理測試.

通過(guò)反復的研發(fā)及測試過(guò)程,公司獲得較終成果,聚氨酯滑動(dòng)環(huán)的外表面上有一個(gè)淺淺的“M”形的兩個(gè)優(yōu)化后的密封唇口!芭c平面密封件相比,帶明顯密封點(diǎn)的密封件外形提供更有效的密封力,在改進(jìn)密封性能的同時(shí),減少由密封件產(chǎn)生的摩擦阻力,”Swete說(shuō)道!皩性趦蓚(gè)密封面上而不是一側,意味著(zhù)密封件在使用中不會(huì )傾斜,而傾斜會(huì )引發(fā)提前失效!

對新一代密封件設計的進(jìn)一步精調與密封件的彈性體相關(guān)。它是一種較軟的橡膠部件,位于溝槽內聚氨酯滑環(huán)的下方,將滑環(huán)推向液壓缸內壁。在輕載密封件上,彈性體就是一個(gè)簡(jiǎn)單的O形圈,而中至重載設計中則采用特殊形狀的丁腈橡膠彈性體.

在斯凱孚的新設計中,滑環(huán)側面加入了油槽,用以確保壓力快速施加于彈性體上。這種設計使得密封件可以根據壓力方向的快速改變而切換位置,減少內泄以及液壓缸功能喪失的可能性。側邊的油槽還能降低滑環(huán)與彈性體之間困壓的情況發(fā)生,這種情況也會(huì )導致液壓缸功能的損失。

為驗證設計,原型密封件經(jīng)歷了進(jìn)一步的苛刻測試,包括將400mm行程的測試缸在高達250bar壓力和80oC溫度下進(jìn)行超過(guò)200km的運行。試驗過(guò)程中會(huì )測量摩擦和泄漏情況,并在試驗完成后測量并檢查該密封件,以查看擠出和表面磨損情況!拔覀兊臏y試顯示,與其他商用密封件相比,新一代密封件擁有更好的性能!盨wete說(shuō)道!皩(shí)際上,我們用于對比的某些標準密封件在測試結束之前就失效了!

斯凱孚目前已開(kāi)發(fā)出全系列的創(chuàng )新活塞密封件,適用于廣泛的液壓應用。帶O形圈彈性體的輕載 LPV系列適用于室內、固定應用的制造機械。 該系列密封件適用于較高250bar的壓力,速度較高0.5m/s,溫度范圍在-20至100oC之間。中至重載MPV系列適用于要求更高的應用,諸如農業(yè)和工程機械等移動(dòng)設備。MPV 密封件適用于公制溝槽,適用于較高400bar的壓力,速度較高1m/s,溫度范圍在-20至110oC之間。第三種密封件系列的型號為DPV,與MPV系列提供相同的工況參數,適用于英制溝槽。

“令我滿(mǎn)意的不僅僅是能夠創(chuàng )造出從任何其他聚氨酯產(chǎn)品中脫穎而出的活塞密封件,”Swete 總結道!岸宜男阅苤辽倥c先進(jìn)的PTFE 密封件不相上下,還具備快速和簡(jiǎn)單安裝等附加優(yōu)勢,為OEM和維護人員帶來(lái)益處!

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