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，且不阻礙活塞沿著液壓缸運(yùn)動(dòng)。由于大部分液壓缸都是雙向運(yùn)動(dòng)，因此密封件必須能夠承受任意一側(cè)的壓力�；钊芊饧脑O(shè)計(jì)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(cè)向低壓側(cè)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?xí)䦟?dǎo)致磨損加劇并縮短運(yùn)行壽命。活塞密封件的完全失效，即內(nèi)泄，會(huì)引起明顯的運(yùn)行和安全隱患，比如使得建筑或材料處理設(shè)備失去對(duì)負(fù)載的控制。
如果油缸的基本參數(shù)不夠嚴(yán)格的話，活塞密封件也將面臨巨大的材料工程挑戰(zhàn)。高溫高壓下，液壓流體對(duì)密封材料的要求嚴(yán)苛，也可能使油缸其他部件在運(yùn)行中發(fā)生膨脹和收縮。
PTFE材料能滿足這些要求。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(xiàn)無(wú)損安裝。在安裝前，需要用特殊的擴(kuò)張?zhí)桌霵TFE密封件，然后必須將其校準(zhǔn)回正確的直徑。對(duì)于設(shè)備制造商和維護(hù)團(tuán)隊(duì)而言，該過(guò)程需要更長(zhǎng)的時(shí)間和更多的成本。此外，PTFE 的可塑性意味著這種材料在持續(xù)的扭轉(zhuǎn)載荷下很難再恢復(fù)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(tuán)隊(duì)嘗試根據(jù)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(yuǎn)非紙上談兵，斯凱孚流體密封件戰(zhàn)略產(chǎn)品線研發(fā)主任Wolfgang Swete解釋道，“活塞和缸桶之間的間隙意味著您需要一種抗擠出性能足夠好的材料以在所有運(yùn)行條件下保持其形狀.”
斯凱孚測(cè)試由其之前較硬的Ecopur聚氨酯制造出的原型密封件，發(fā)現(xiàn)其不能達(dá)成目標(biāo)。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(shì)生產(chǎn)出了一種特殊等級(jí)的Ecopur材料，專門(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(cè)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(yàn)，將材料樣本安裝在 500bar壓力下的固定裝置中，擠出間隙根據(jù)密封尺寸調(diào)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(cè)試結(jié)束時(shí)測(cè)量樣本的長(zhǎng)久變形情況�！霸谡麄�(gè)測(cè)試過(guò)程中，X-Ecopur PS的表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他商用材料，”Swete說(shuō)道。
有了適當(dāng)?shù)牟牧虾�，斯凱孚團(tuán)隊(duì)開(kāi)始設(shè)計(jì)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(dāng)成熟的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，結(jié)合大量用有限元技巧實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)仿真，利用CNC設(shè)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(cè)試設(shè)備上進(jìn)行物理測(cè)試.
通過(guò)反復(fù)的研發(fā)及測(cè)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�(yīng)力集中在兩個(gè)密封面上而不是一側(cè)，意味著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(duì)新一代密封件設(shè)計(jì)的進(jìn)一步精調(diào)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(nèi)聚氨酯滑環(huán)的下方，將滑環(huán)推向液壓缸內(nèi)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(shè)計(jì)中則采用特殊形狀的丁腈橡膠彈性體.
在斯凱孚的新設(shè)計(jì)中，滑環(huán)側(cè)面加入了油槽，用以確保壓力快速施加于彈性體上。這種設(shè)計(jì)使得密封件可以根據(jù)壓力方向的快速改變而切換位置，減少內(nèi)泄以及液壓缸功能喪失的可能性。側(cè)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(dǎo)致液壓缸功能的損失。
為驗(yàn)證設(shè)計(jì)，原型密封件經(jīng)歷了進(jìn)一步的苛刻測(cè)試，包括將400mm行程的測(cè)試缸在高達(dá)250bar壓力和80oC溫度下進(jìn)行超過(guò)200km的運(yùn)行。試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)測(cè)量摩擦和泄漏情況，并在試驗(yàn)完成后測(cè)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(cè)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。”Swete說(shuō)道。“實(shí)際上，我們用于對(duì)比的某些標(biāo)準(zhǔn)密封件在測(cè)試結(jié)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(yīng)用。帶O形圈彈性體的輕載 LPV系列適用于室內(nèi)、固定應(yīng)用的制造機(jī)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(yīng)用，諸如農(nóng)業(yè)和工程機(jī)械等移動(dòng)設(shè)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(hào)為DPV，與MPV系列提供相同的工況參數(shù)，適用于英制溝槽。
“令我滿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(jié)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(shì)，為OEM和維護(hù)人員帶來(lái)益處�！�
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