【正文】 塞圓周上開溝槽，安置密封圈，結構簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封圈安裝時也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結構多樣，主要受密封形式決定。組合式活塞大多數可以多次拆裝，密封件使用壽命長。隨著耐磨的導向環(huán)大量的使用，多數密封圈與導向環(huán)聯(lián)合使用，大大減低了活塞加工成本（見表2）。第8頁共66頁 表1 活塞結構型式 表2 活塞聯(lián)接型式[6]密封形式與活塞的結構有關，可根據液壓缸的不同作用和不同工作壓力來選擇。（見表3）第9頁共66頁 表3 活塞密封型式 活塞的材料[21] 液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵(HT300、HT350)、鋼（有的在外徑上套有尼龍6尼龍1010或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán)）及鋁合金等。第10頁共66頁[6] （1）活塞外徑對內孔的徑向跳動公差值，按8級精度選取。 （2）端面T對內徑軸線的垂直度公差值，應按7級精度選取。 （3）外徑的圓柱度公差值，按10級精度選取。（表4）表4 活塞桿結構圖第11頁共66頁活塞桿是油缸的主要傳力零件，必須有足夠的強度和剛性。活塞桿有空心和實心兩種結構。空心活塞桿的一端留有透氣孔，使焊接和熱處理時能排出熱氣。實心活塞桿的材料多用345號鋼，空心活塞桿一般用345號無縫鋼管。有特殊用途的油缸（如液壓支架）應按照使用條件來選定材料、結構和尺寸?；钊麠U頭部與工作機械的連接，根據不同的要求，選擇符合要求的結構型式。[5][9] （1）活塞桿的熱處理：粗加工后調質到硬度為229285HB，在再經高頻淬火，硬度達HRC4555。 （2）活塞桿和的圓度公差值，按10或11級精度選取。 （3）活塞桿的圓周度公差值，應按8級精度選取。 （4）活塞桿對的徑向徑向跳動公差值。 （5）端面T的垂直度公差值，則應按7級精度選取。 （6）活塞桿上的螺紋，一般應按6級精度加工；如載荷較小，機械振動也較小時，允許按7級或8級精度制造。 （7）活塞桿上若有連接銷孔時，該孔徑應按H11級加工。該孔軸線與活塞桿軸線的垂直度公差值，按6級精度選取。 、密封和防塵[6] （1）導向套的結構 其結構見下表5第12頁共66頁 表 5導向套的結構表（2）導向套的材料 導向套常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。（3）導向套的技術要求 導向套內徑的配合，一般取為H8/f9（或H9/f9）。以往活塞桿的密封多用O型密封圈，窄斷面Y形密封圈V形密封圈。這些密封圈。這些密封形式由于活塞桿與密封件之間時干摩擦，摩擦阻力大，往往導致密封唇過早磨損。因此，近年來較多選用組合式密封圈，如K型斯特封（見圖2），它由兩個不同元件組成：一個是用聚四氟乙烯加入青銅填料制造的階梯形密封圈（主密封件），另一個是O形密封圈（彈性元件和副密封圈作用）。組合式密封圈（K型斯特封）具有低摩擦阻力、啟動時無爬行、極低的泄漏量和抗磨損等特點。第13頁共66頁 圖 2 O型密封圈活塞桿的防塵，以往多選用以無骨架防塵圈，目前多采用，既可以防塵又可以密封雙唇形防塵圈(見圖3)。 圖 3雙唇形防塵圈 外唇起防塵作用，保持活塞桿表面干凈，內唇相當于密封唇口。當活塞桿外伸時，通過主密封圈粘在活塞桿表層的油膜，即被雙唇形防止圈之間保留一層油膜，第14頁共66頁起潤滑作用，提高了密封圈的使用壽命。[13]近年來要求液壓缸精確定位及控制液壓缸速度和加速度的場合越來越多。過去多采用液壓缸外置行程測量傳感器，如光電編碼器、差動變壓器式位移傳感器、光柵、磁尺等。外置傳感器要單獨設計一套傳感器裝置，而且要占用一定的液壓缸外空間，傳感器還易被碰撞損壞。然而，隨著液壓技術的廣泛應用,對液壓元件的性能要求越來越高。對于執(zhí)行元件——液壓缸,影響其使用壽命的主要因素為緩沖效果和密封效果,傳統(tǒng)的設計存有諸多缺陷,不能滿足連續(xù)性生產的要求。為此,從緩沖和密封結構兩處著手改進,達到了滿意的使用效果。1 緩沖設計液壓缸在高速或重載的工況下,對缸頭缸尾產生較大的沖擊載荷。在缸中保持較高的平均速度的方法是在行程末端引入緩沖。這種內裝的緩沖裝置的目的是將加速度的突然變化所造成的減速力和尖峰液壓壓力減至最小。理想的緩沖裝置在缸行程末端產生的較大慣性力必須被停下來而不危及缸和負載,在減速期間建立起恒定壓力,能實現(xiàn)速度的均勻減速,直至為零。目前常見的緩沖設計有:(1)帶有固定間隙的圓柱柱塞和套,見圖4。其特點是產生很高的壓力尖峰,然后隨著行程的繼續(xù)逐漸降低,同時油液經固定的環(huán)形縫隙節(jié)流。由于尖峰壓力高,產生很高的沖擊值,造成機器振動、噪聲和磨損,緩沖效果差。其緩沖性能曲線見圖5。第15頁共66頁圖4 有固定間隙的圓柱柱塞 圖5緩沖沖能曲線和套的緩沖設計 (2)單純錐形緩沖,見圖6。其特點是比圓柱緩沖造成的初始沖擊低,但往往壓力建立遲緩,造成緩沖不足。其性能曲線見圖4圖6 單純錐形緩沖示意圖 (3)反拋物線緩沖,見圖5。其特點是勻減效果最理想,可達恒減速,緩沖壓力低且平坦,但加工起來極其昂貴,不能經濟地用于廣泛的產品范圍。其性能曲線見圖6(4)多孔設計,勻減效果好,但加工也昂貴,性能曲線同反拋物線緩沖曲線。而新第16頁共66頁型緩沖設計——階梯緩沖設計可針對具體的負載和速度條件的一個階梯柱塞或階梯套實現(xiàn)非接近于理想性能曲線的減速曲線。理想的緩沖曲線是通過使用反拋物線緩沖而建立起來的,它在緩沖行程末端附近實現(xiàn)節(jié)流面積的迅速減小。用階梯緩沖時,一系列階梯被計算以逼近理論節(jié)流面積曲線。緩沖的形狀使動能在整個緩沖行程上逐漸平穩(wěn)地吸收,其設計特性見圖7,性能曲線見圖8。圖9為同一工況下單純錐形緩沖與階梯緩沖的緩沖性能比較?？梢钥闯?階梯緩沖不僅降低內外沖擊,還節(jié)省緩沖行程期間的時間,實現(xiàn)較快的工作循環(huán),減少噪聲和維修。[14] 液壓系統(tǒng)在安裝過程中或長時間停止工作之后會滲入空氣，油中也會混入空氣，由于氣體具有較大的可壓縮性，將使油缸工作中產生振動、顫抖和爬行，并伴第17頁共66頁隨有噪聲和發(fā)熱等系列不正常現(xiàn)象。因此在設計油缸結構時，要保證能及時排除積聚在缸內的氣體。一般利用空氣比重較油輕的特點，在油缸內腔的最高部位設置進出油口或專門的排氣裝置如排氣螺釘、排氣閥等，使積聚于缸內的氣體排出缸外。排氣裝置的形式和結構見圖2，一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞（圖c、e）由螺紋與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內空氣從錐面空隙中擠出并經斜孔排出缸外。這種排氣裝置簡單方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，會造成外泄漏。組合排氣塞一般由螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以采用圖a所示的錐面密封，也可以采用圖b所示的錐面密封，還可以采用圖g所示的鋼珠密封。后兩種排氣密封形式對高壓缸比較適用。排氣閥用于排除缸內的空氣，使其工作穩(wěn)定。通常將排氣閥安裝在液壓缸的端部，雙作用液壓缸應安裝兩個排氣閥。常用排氣閥的結構形式如下表6 表6 排氣閥的結構形式第18頁共66頁2 .9密封結構設計[5] 密封的主要形式密封件也是影響油缸使用壽命的主要因素。目前國內油缸密封結構有:(1)整體活塞式密封,如活塞環(huán)、O形圈、唇型密封、迷宮密封等。(2)組合密封。由于結構復雜,一般采用單密封。Y型密封是低摩擦型密封件,靠與活塞桿壁或缸筒壁的極細接觸線以最小的摩擦實現(xiàn)密封。隨著壓力的提高,關鍵棱邊即接觸線隨壓力而移出。而多重“V”型密封中,通過緊固密封蓋上的壓力便止住泄漏,但同時增加了摩擦力,增加了磨損。下面介紹一種新型油缸密封。1 活塞桿密封如圖10所示,密封件1在一個公共唇上有3個密封棱邊,隨著壓力升高和線接觸向前移動,一個新的剪切棱邊形成,摩擦隨壓力的升高被保持成最小,且該單一密封件的密封質量在整個壓力范圍內恒定。密封件2實際上是一個刮圈,它去除粘附牢固的最后油層。該密封件在活塞桿外伸時是剛性的,在返回時是撓性的,在行程末端把油液突然擠回。該結構自動補償壓力、溫度和磨損狀態(tài)。2 活塞密封結構見圖11。該結構具有以下優(yōu)點：(1)減少劃傷、低摩擦(見圖12)。非金屬減磨環(huán)消除活塞與缸體間隙上金屬對金屬的接觸,減磨環(huán)的高可嵌入性因數和擦拭作用的結合,防止污染進入活塞導向第19頁共66頁環(huán)與密封表面之間,因而大大減少劃傷, 轉爐余熱鍋爐在煉鋼廠占有十分重要的地位。它不僅用來回收煤氣、蒸汽和煙塵,而且作為轉爐煉鋼工藝的一部分直接參與煉鋼生產。轉爐余熱鍋爐的運行工況隨轉爐的冶煉工藝操作而周期性、急劇地變化。當轉爐吹煉時,大量的高溫煙氣穿過余熱鍋爐,余熱鍋爐的熱負荷急劇增加。當吹煉停止時,余熱鍋爐的熱負荷急劇減小。這種熱負荷的波動十分頻繁(相當于轉爐周期)。由于運行工況的不斷變化有助于延長青銅填充特氟隆環(huán)的壽命(2)更高的側向承載能力。非金屬導向環(huán)能吸收沖擊,并在側載荷加大時退讓,更能順應活塞和缸體。該變形作用增加接觸面積,防止接觸應力增加,并使高負載活塞有更高的側向承載力,減少或消除對止動管的需要。(3)實現(xiàn)無泄漏。由于連續(xù)的青銅填充特氟隆環(huán)帶有丁晴橡膠的均質內圈來施加密封預緊力,高負載活塞組件能實現(xiàn)無泄漏。丁晴橡膠提供足夠的初始徑向力以消除低壓泄漏,在較高的壓力下,密封下邊受壓,因而象鑄鐵活塞環(huán)一樣是動能自密封的。改進結構后的油缸,緩沖效果和密封效果明顯提高,自1998年上線運行至今,運行狀況良好。使用壽命與傳統(tǒng)設計相比,至少提高一倍。青銅填充特氟隆抵抗擠出進入活塞間隙的能力比丁晴橡膠好得多,隨著壓力的提高,延長使用壽命效果更明顯。擺動液壓缸又稱擺動液壓馬達。它是一種輸出軸能作往復擺動運動的液壓執(zhí)行元件。擺動液壓缸最突出的優(yōu)點是無需任何變速機構就可使負載直接獲得往復擺動運動。擺動液壓缸最大的問題是運動部位的密封比較困難，存在的運動間隙不可避第20頁共66頁加。因而降低了擺動液壓缸的總效率和使用壽命。葉片式擺動缸因其葉片呈矩形，周邊四角處的密封尤為困難。齒輪齒條擺動液壓缸由缸蓋、缸筒、活塞、密封件、齒條軸、齒輪軸、殼體組成，在缸筒內對稱裝有活塞，與缸筒端面中心以螺紋連接與齒輪軸相嚙合的齒條軸，齒條軸裝在殼體內，啟動液壓傳動，活塞就左、右推動齒條使齒輪軸往復擺動。在使用中出現(xiàn)的問題主要使由于磨損導致較差的密封而漏油，在長期使用中，由于密封不好漏油更為嚴重，它存在的缺點和不足之處分述于下：活塞與齒條軸為一體或使用螺紋固定連接，在徑向力的作用下，支承齒條的銅套會自然磨損，活塞隨著齒條產生徑向位移，活塞與缸筒之間產生徑向力，在滑動時，劃傷缸筒內表面，并使缸筒內壁磨損變形成非圓形，必然造成內泄?；钊芊庥袉为毑捎镁匦蜗鹉z密封圈，這種材料的密封件用U形圈或格萊圈，但它們單獨使用效果都不是很理想，因為齒輪齒條傳動中產生的金屬磨屑在往復運動中，很容易卡在主密封與缸筒之間，破壞主密封、劃傷缸筒，也產生內泄，有的甚至進入液壓系統(tǒng)，對液壓系統(tǒng)產生危害。支承齒條為一小段筒瓦，在齒輪齒條傳動產生徑向力下，齒條往復運動，筒瓦磨損很快，導致活塞隨著齒條產生徑向位移，破壞密封，產生內泄。因此，擺動液壓缸的應用受到局限。80年代后，擺動液壓缸的結構不斷改善，工藝逐步精良，尤其是密封材料品種擴大，性能提高。目前，葉片式擺動液壓缸最大工作已達到25MPa，有的用戶已要求提高工作壓力30Mpa的擺動液壓缸。由于使用壓力的提高，輸出轉矩的范圍也擴大了，從零點幾N﹒m到幾萬N﹒m，少數可達十萬N﹒m以上。擺動液壓缸的擺角，從實際使用的工況來看，90176。和180176。居多，大擺角的擺動液壓缸應用也日益增多。國內葉片式擺動液壓缸的最大擺角已成功地做到310176。齒輪齒條式擺動液壓缸則可提供最大擺角為720176。的產品。除了上述的工作壓力、輸出轉矩和最大擺角等指標外，在某些特殊工況下，還要求擺動液壓缸有較低的內泄漏和啟動轉矩。個別工況甚至要求在全程范圍保持低速穩(wěn)定性。即在某一低速下運動時運動件在全程范圍內不得有爬行、卡阻甚至停頓的現(xiàn)象發(fā)生。實踐證明要做到這一點很不容易，除非有相當高的設計和工藝水平。目前國內的擺動液壓缸已經能夠做到在304176。全程范第21頁共66頁～。若要進一步擴大擺動液壓缸的適用范圍，尤其是擺動液壓缸用于電液伺服系統(tǒng)時，其內泄漏的變化會影響伺服系統(tǒng)的性能。因此，改進擺動液壓缸上運動部位的密封性能將是至關重要的。 密封件的選用(1)O形密封圈的選用液壓缸的靜密封部位主要有活塞內孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。(2)動密封部位密封圈的選用由于O型密封圈用于往復運動存在起動阻力大的缺點，所以用于往復運動的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。液壓缸動密封部位主要有活塞與缸筒內孔的密封、活塞桿與支撐座（或導向套）的密封等?；钊h(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長，但密封性能差，內泄漏量大，而且工藝復雜，造價高