引言

密封裝置是保證液壓與氣壓系統(tǒng)正常工作的最(zuì)基本也是(shì)最重要的裝置, 主要用來防止(zhǐ)液體或氣體的洩漏。良好的密封是液壓(yā)系統能夠傳遞動力、正常工作的保證。如(rú)果密封不好, 将會造成系統和元件的洩漏加大(dà), 使系統壓力和容積效率降低, 造成能量的損失, 嚴重時會(huì)導緻液壓系統的油液外洩污(wū)染環境, 因此正确地設計(jì)液壓系統(tǒng)的連接管接頭及油(yóu)口的密封形式非常(cháng)重要。

1 液壓系(xì)統密(mì)封裝置的要求

(1) 具有良好的密封(fēng)性, 即有适宜的(de)彈性, 能補償所密封表面在制造上(shàng)的誤差與工作中(zhōng)的磨損, 并随着壓(yā)力的增大自動(dòng)地提高密封程度;

(2) 具有良(liáng)好的穩定性, 即(jí)油液浸泡對其(qí)形狀尺寸的變化(huà)影(yǐng)響要小, 溫度對其彈性和硬度的(de)變(biàn)化影響也要小(xiǎo);

(3) 摩擦力小, 運(yùn)動(dòng)靈活, 工作壽命長;

(4) 結(jié)構簡單, 制造、使用、維修簡便。

2 密封件主要基礎材料

常用的液壓系統密封材料有以下幾種

(1) 丁腈橡膠NBR耐油(yóu)橡膠, 具有良好的彈性與耐磨性, 工作(zuò)溫度一般為-20~100℃, 有一(yī)定的強度, 摩擦(cā)系數(shù)較大。适用範圍:液壓油(yóu)、脂肪油、碳氫化合物潤滑油、動植油、水(shuǐ)、丁烷(wán)、壓縮氣(qì)體等;

(2) 氟橡膠(jiāo)FKM耐高溫, 耐油橡(xiàng)膠, 工作溫度一般為(wéi)-15~240℃, 有一定的強度, 摩擦系數較大(dà)。适用範(fàn)圍:油料、臭氧、惡劣天氣(qì)、液壓流體、化學溶劑(jì)、不易燃的油料和化(huà)學産品等;

(3) 矽橡膠VMQ耐(nài)高、低溫且抗酸和弱堿腐蝕, 絕緣性能良好的橡膠, 工(gōng)作溫度一般為-60~250℃。适(shì)用範圍:低溫或高溫、惰性氣體、酸和弱堿、臭氧。

3 常用(yòng)液壓管接頭密封油口的類型

在工程機械主機産品的液壓系統中常見(jiàn)的與管接頭相配合的油口有以下幾種類型:

3.1 公制、美制及英制螺紋柱端帶锪孔溝槽(cáo)的(de)O形圈密封15°内倒角油(yóu)口結構

15°内倒角(jiǎo)油口(kǒu)類型在液壓管路中的泵(bèng) (執行元件) 、馬達 (動力裝置) 的進出油口的設計(jì)方案中比較常用如圖1所示, 其(qí)螺紋形式由(yóu)泵、馬達的生産廠(chǎng)商根(gēn)據不同标準, 公(gōng)制螺紋(ISO 6149-1标準)、美制統一螺紋 (ISO 11926-1标準) 、英制管(guǎn)螺紋 (JIS B2351标準) 連接, 密封形式是采用O形(xíng)圈密封。

3.2 公制、英制螺紋柱(zhù)端彈性密封圈或金屬對金屬密封的平油口結構

這種油(yóu)口在液壓管路中的閥、合流塊、泵(bèng)等靜密封的進出油口的設計方案中常用, 如圖2所示。其加(jiā)工過程相對15°内倒角油口比(bǐ)較簡(jiǎn)便, 隻是加工完内(nèi)螺紋後, 再對油口锪平一個(gè)淺沉确保管接頭與油(yóu)口密封面之間的垂直度要求, 使管接(jiē)頭和ED墊圈與油(yóu)口的锪平面完全貼合, 形(xíng)成密封, 減少連接面的滲(shèn)漏。

平油口的螺紋形式生産廠商根據不(bú)同标準, 有公制(zhì)螺紋(wén) (GB/T 19674.1标準) 、英制管螺紋 (ISO1179-1标(biāo)準)連接, 密封形式是采用ED彈性密封圈密封, 或(huò)用管接頭與油口之間的(de)尖角密封。

圖(tú)2 平油(yóu)口

3.3 英制錐管螺紋密封、美制NPT錐管螺紋油口結(jié)構

(1) 英制55°牙型角錐管螺(luó)紋密封油口結構:也稱用(yòng)螺紋密封(fēng)的油(yóu)口, 如圖3所示。這種螺紋極限尺寸及公差(chà)符合GB/T 7306規定(dìng), 與管接頭連接時不需加填料或(huò)使用密封介(jiè)質就(jiù)能防止滲漏, 其中圓錐内(nèi)螺紋油和圓錐外螺紋接頭(tóu)連接可在高溫及高壓下采用;

(2) 美制60°牙型角錐管螺紋NPT密封油口(kǒu)結構:如圖3所示, 極限尺寸及公(gōng)差符合GB/T 12716規定, 其(qí)主要用于燃油(yóu)和(hé)潤滑油管路接頭的油口, 同時也适于高溫、高壓系統。

4 液壓系統密(mì)封的管接頭及油口(kǒu)端(duān)選擇

4.1 外螺(luó)紋接(jiē)頭配合O形圈密封

外螺紋(wén)接頭配合O形圈密封形式, 如(rú)圖4所示。O形圈裝入液(yè)壓(yā)管接頭體後, 通過(guò)裝配旋入油口15°内倒角受到(dào)壓縮後變形, 适(shì)用選擇的油口如圖1所示, 在設(shè)計此O形圈密封的接頭與油(yóu)口時, 表面锪平沉(chén)孔、内倒角尺(chǐ)寸及螺紋深度的連接配合至關重要。

1) 油口(kǒu)平面沉孔及15°内倒角配合要點

(1) 油口沉孔直徑:d2≥d7+2.2, 且d7>d5

(2) 油口沉孔深(shēn)度:L3≤L5-0.5

表1 15°内倒角尺寸及(jí)配合要點

) 15°内倒角與接頭配合(hé)要點

15°内倒角的直徑一般小于(yú)管接頭圓台直徑, 深度一般與(yǔ)螺距有關, 見表1。

3) 螺紋深度配合要點

(1) 油口内螺(luó)紋攻(gōng)深:L4≥L6+0.5

(2) 油(yóu)口加工孔鑽深:L2≥L4min+ (1.5~2) P

P———螺距

d1———螺紋直徑規格

d2———油口锪平沉孔直徑

d5———油(yóu)口15°内倒角的(de)直徑

d6———與(yǔ)油口配合的(de)管接頭圓台直(zhí)徑

L2———油口螺紋孔鑽深

L3———油口锪(huō)平沉孔深度

L4———油口内螺(luó)紋攻深

L5———與油口配合(hé)的管接頭六(liù)方下端面至圓台端面長度(dù)

L6———與油口配合(hé)的管接頭圓台下(xià)端面至外螺紋端面長度

4.2 外螺紋配合ED密封

外螺紋配合ED密封形式如圖(tú)5所示, ED彈性密封圈是(shì)被廣泛應用于液壓系統的油口密封(fēng)形式, 簡易的外形使其得以快速方便地安(ān)裝, 與O形圈不同的是ED彈性密封圈不會在(zài)溝槽中扭曲變形。适用油口如(rú)圖2所(suǒ)示:在設計此ED密封的過渡接頭與油口密封時, 表面锪平沉孔及螺(luó)紋深度的連接配合(hé)尺(chǐ)寸(cùn)至關重要。

圖5 外螺紋配合ED密封

1) 油(yóu)口平面沉孔配合要點(diǎn)

(1) 油口沉(chén)孔直徑:d4≥d7+1.1

(2) 油口沉孔深度:L1L5 min-0.5

2) 螺紋深度配合要(yào)點

(1) 油口内螺(luó)紋攻深:L2≥L6

(2) 油口加工孔鑽深:L13≥L2 min+2P

d4———油口锪平沉孔直徑

d7———與油口配合的(de)管接頭圓台直徑

L1———油口锪平沉孔(kǒng)深度

L2———油口内螺紋攻深

L13———油口螺紋(wén)孔鑽深

4.3 法(fǎ)蘭面帶O形(xíng)圈溝槽(cáo)的密封

一般O形密封原理如圖6所示, O形圈裝入密封槽後, 其截面受到(dào)壓縮後變形。在(zài)無壓(yā)力時, 靠O形圈的彈性對接觸(chù)面産生預接觸壓力, 實現初始密封(fēng), 當密封腔充入有壓工作介質後;在壓力的(de)作用下(xià), O形(xíng)圈被(bèi)擠向溝槽的一(yī)側, 密封面上的接觸壓(yā)力上升, 提高了密封效(xiào)果。在動密封中, 當壓力大于10 MPa時, O形圈就會被擠入間隙中而損(sǔn)壞, 為(wéi)此(cǐ)有時需要在O形圈低壓(yā)測設置四氟乙烯或尼龍(lóng)制成的擋圈, 如圖7所示, 其厚度(dù)為1.25~2.5 mm。雙向受高壓時, 兩側都要加擋圈(quān), 且一般在活塞靜密封中運用(yòng)較多, 而法蘭是端面密封, 不需加擋圈。

圖6 O形圈(quān)密封原理

圖7 O形圈密封擋圈設置

1) 法蘭面配合O形(xíng)圈密封原理(lǐ)

這種(zhǒng)密封是用分離式法蘭片和螺栓進(jìn)行壓緊實現軸向密封, 其密封件O形圈是受介質壓力後, 實現徑向(xiàng)變形(xíng), 如圖8所示。在實現密封(fēng)時, 根據系統介質所産生壓力方向的不同, 有受(shòu)軸向内部和外部壓力之分, 此類密封在工程機械中大多數是在液壓(yā)系(xì)統中的液壓泵、馬(mǎ)達的進回油口的軸向(xiàng)密封形式中采用。

2) 法蘭面O形圈溝(gōu)槽的設計

法蘭面密封形(xíng)式中O形圈在安裝時, 必須(xū)保證适(shì)當的預壓縮量, 過小不能密封, 過大則摩擦力增大, 且易于損壞(huài)。因此, 安裝O形圈(quān)的溝槽的尺寸設計(jì)和表(biǎo)面精度需按相關标準和手冊給出的數據嚴格保證。

(1) 軸向密封 (受内部壓力) , 壓力從内測:O形圈外徑壓縮, 如圖9的設計一般(bān)是(shì)以d9尺寸為作為選配O形圈的定位尺寸, 其法(fǎ)蘭溝槽外徑d9基本尺寸可按下式規定: