煤礦各種支護(hù)式液壓支架常用密封的設(shè)計(jì)原理
煤礦各種支護(hù)式液壓支架常用密封的設(shè)計(jì)原理
概況
液壓設(shè)備依賴于液體介質(zhì)傳遞動(dòng)力，設(shè)備的工作壓力、速度、適用工作環(huán)境受介質(zhì)密封的制約，密封裝置是設(shè)備的主要部件，整個(gè)機(jī)組的可靠性取決于密封裝置的工作能力。液壓支架采用5%含量的乳化液介質(zhì)，潤滑、防腐性能差，在井下檢修非常困難，因此對(duì)密封件的適用性及可靠性提出了更高的要求。
液壓支架活塞密封液壓支架最重要的密封就是安裝在立柱上的活塞密封，因?yàn)樗淖饔檬潜３种雾敯宓那惑w壓力，若活塞密封損壞，其后果可能是災(zāi)難性的。在雙伸縮立柱中，由于內(nèi)外伸縮缸的面積比使壓力可高達(dá)60MPa或更高，乳化液潤滑性能差，因而設(shè)計(jì)者面臨的主要問題是密封被擠出和磨損。
擠出損壞是由作用在密封上的高壓力和摩擦力引起的，與通常的雙作用液壓缸不同，在那里，密封上的摩擦力與壓力方向相反，而支架中摩擦力是由頂板的壓力作用產(chǎn)生的，所以此壓力與摩擦力作用方向相同，這樣給密封件的防擠設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
液壓支架密封通常都設(shè)置防擠環(huán)，一般采用聚合物（如聚四氬、聚甲醛等）防擠環(huán)所受壓力F環(huán)的厚度p壓力由于密封彈性體的可流動(dòng)性，密封面上的摩擦數(shù)通常大于0. 5，如果出現(xiàn)粘著，可能會(huì)超過1）I接觸長(zhǎng)度一般接觸長(zhǎng)度1要大于環(huán)的厚度t，因此可以斷定F與Fm大小接近，在許多場(chǎng)合摩擦力Fm可能大于擠壓力F.摩擦力造成的擠出損壞作用可通過試驗(yàn)來說明。以單體液壓支柱為例，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定做靜載試驗(yàn)和往復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，使用防擠環(huán)在只有靜壓時(shí)很少有擠出損壞，但在運(yùn)行中，摩擦力使密封防擠能力大幅度下降。
摩擦、磨損密封件的磨損是由一系列因素造成的。為了研究往復(fù)運(yùn)動(dòng)使密封磨損而發(fā)生的密封性能變化，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定方案，由英國流體力學(xué)研究會(huì)委托世界7個(gè)不同的試驗(yàn)室。按規(guī)定的相同試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，采用擠壓型密封和唇形密封，活塞桿表面高頻淬火后鍍硬絡(luò)，硬度HV800~1100，表面拋光Ra0.2~0.4.通過15萬次往復(fù)試驗(yàn)后，結(jié)論是擠壓型密封表現(xiàn)出了泄漏量與摩擦力成反比關(guān)系，唇形密封沒有發(fā)現(xiàn)泄漏量與摩擦力有什么關(guān)系，表面粗糙的活塞桿并不比表面光滑的活塞桿造成的磨損更嚴(yán)重。
以上分析可以看出在光滑表面上通常意義上的滑動(dòng)磨損對(duì)支架密封性能的影響是微小的。事實(shí)上支架密封的摩擦、磨損通常是由密封長(zhǎng)時(shí)間處于高壓靜負(fù)荷作用下產(chǎn)生的粘著及液壓缸體內(nèi)壁經(jīng)常出現(xiàn)銹蝕點(diǎn)的刮擦造成的。
類似的活塞設(shè)計(jì)區(qū)別在于防擠環(huán)、支承環(huán)的結(jié)構(gòu)有所不同，如所示，特別形狀的防擠環(huán)自緊作用可由設(shè)計(jì)者優(yōu)化以達(dá)到最好的防擠效果和較小的摩擦阻力，支承環(huán)可剖分以滿足整體式活塞的主要要求。
在一段時(shí)間內(nèi)支架還是以采用高彈性材料擠壓型密封為主，要點(diǎn)在于設(shè)計(jì)適合的密封帶寬度，優(yōu)化初始?jí)毫Φ姆植迹擅畹卦O(shè)計(jì)防擠支承結(jié)構(gòu)。在滿足防擠要求的前提下，盡量降低摩擦阻力。
采用水基介質(zhì)的支架缸筒易銹蝕現(xiàn)象，給密封設(shè)計(jì)帶來了一個(gè)新的思考領(lǐng)域，即密封直徑的可擴(kuò)展性，“可擴(kuò)展性”是指當(dāng)缸筒銹蝕后通過機(jī)械加工去掉銹蝕層，缸筒內(nèi)徑與活塞的配合間隙隨之?dāng)U大，通過更換或調(diào)整密封恢復(fù)使用性能。用這種方式可以大大降低維修成本，縮短維修周期。雖然給各種備件管理帶來一些難度，但帶來的效益是極可觀的。
活塞桿密封液壓支架的活塞密封是涉及安全的關(guān)鍵密封，這與采用礦物油的工程機(jī)械正好相反，工程機(jī)械油缸通常情況下允許活塞密封有少量滲漏，而活塞桿處的滲漏會(huì)造成液壓油損耗及環(huán)境污染。
結(jié)語：液壓支架似乎仍是以高彈性材料的擠壓型密封為主，設(shè)計(jì)要點(diǎn)是防擠、減磨。考慮到缸筒的銹蝕點(diǎn)對(duì)密封材料的損害，密封材料的抗刮性能及磨損自補(bǔ)償性能是重要的。考慮到缸筒、活塞桿銹蝕后修復(fù)難度大，成本高，提出密封的“可擴(kuò)展性”觀點(diǎn)，最大限度地保持原有零部件的互換，最大限度地降低維修成本“可擴(kuò)展性”觀點(diǎn)是否成立，似乎不是純技術(shù)問題和經(jīng)濟(jì)問題，需要進(jìn)行更深入的探討。
