陶瓷工廠(chǎng)O形橡膠密封圈及其應(yīng)用

蔡祖光

(湖南海諾電梯有限公司 湖南 湘潭 411104)

前言

液壓傳動(dòng)裝置具有體積小、質(zhì)量輕、慣性小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)及傳遞作用力大等特點(diǎn)，還具有操作控制方便及實(shí)現(xiàn)各工序自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，所以說(shuō)，液壓傳動(dòng)裝置已廣泛應(yīng)用于國(guó)防和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)。如：陶瓷工廠(chǎng)廣泛應(yīng)用的液壓柱塞泵、液壓壓濾機(jī)、液壓推車(chē)機(jī)、全液壓自動(dòng)壓磚機(jī)(陶瓷墻地磚)、等靜壓成形機(jī)(盤(pán)、碟類(lèi)陶瓷制品)及低壓快排水、中壓注漿和高壓注漿成形機(jī)(衛(wèi)生潔具)等。然而這些液壓設(shè)備(液壓傳動(dòng)裝置)的致命弱點(diǎn)就是液壓油的泄漏，其不僅影響液壓設(shè)備(液壓傳動(dòng)裝置)的工作性能和生產(chǎn)效率，而且還污染環(huán)境及浪費(fèi)資源。所以說(shuō)，解決陶瓷工廠(chǎng)液壓設(shè)備(液壓傳動(dòng)裝置)液壓油泄漏的有效途徑就是選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的液壓密封件。

O形橡膠密封圈是一種應(yīng)用最為廣泛的靜密封、往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封的密封件，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、密封性能優(yōu)良、使用范圍廣泛、安裝用槽——溝槽易于設(shè)計(jì)制造及適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)(如圖1所示)。

圖1 O形橡膠密封圈的結(jié)構(gòu)示意圖

O形橡膠密封圈是一種截面形狀為圓形(也稱(chēng)O形)的環(huán)形橡膠密封件，也簡(jiǎn)稱(chēng)為O形密封圈或O形圈。它的尺寸及材料性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)液壓、氣動(dòng)用O形橡膠密封圈尺寸及公差(GB/T 3452.1-1992)的要求。O形橡膠密封圈的應(yīng)用范圍廣[工作壓力為(嚴(yán)格地講應(yīng)為壓強(qiáng)，以下類(lèi)同)：靜密封，可從1.33×105Pa至高達(dá)400 MPa；往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封，可達(dá)35 MPa。工作溫度為-60～200 ℃，且大多數(shù)O形橡膠密封圈的使用溫度通常在100 ℃內(nèi)]。用作往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)，其運(yùn)行速度可高達(dá)0.5 m/s；用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)，其線(xiàn)速度可高達(dá)3 m/s。[1]因此，我們必須積極研究和探討O形橡膠密封圈的常用密封構(gòu)造、密封機(jī)理、溝槽的設(shè)計(jì)制造、密封失效的原因、解決途徑及其應(yīng)用效果，并最大限度地提高O形橡膠密封圈的密封性能及其使用壽命。

1 常用密封構(gòu)造

如圖2所示， O形橡膠密封圈可用作外徑、內(nèi)徑、端面及端面倒角等的密封。用作動(dòng)密封可實(shí)現(xiàn)：孔(活塞)密封(如圖2(a)所示)、軸(活塞桿)密封(如圖2(b)所示)及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸密封(如圖2(c)所示)；用作靜密封又可區(qū)分為：徑向靜密封(如圖2(d)所示)、端面靜密封(也稱(chēng)軸向靜密封，如圖2(e)所示)和端面倒角處?kù)o密封(如圖2(f)所示)3種結(jié)構(gòu)形式。

軸向靜密封又可區(qū)分為：承受內(nèi)壓作用型靜密封(如圖2(g)所示)和承受外壓(真空管路)作用型靜密封(如圖2(h)所示)兩種工況。顯然，承受內(nèi)壓作用時(shí)，應(yīng)使O形橡膠密封圈的外徑與溝槽的圓柱面大徑之間的偏差盡可能小(如圖2(g)所示)；反之，對(duì)于承受外壓作用(如真空管路)時(shí)，應(yīng)使O形橡膠密封圈的內(nèi)徑與溝槽的圓柱面小徑之間的偏差盡可能小(如圖2(h)所示)。只有這樣，才能確保O形橡膠密封圈具有優(yōu)良的密封效果及適宜的使用壽命。

(a)孔(活塞)用往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封 (b)軸(活塞桿)用往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封

(c)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸密封 (d)徑向靜密封

(e)軸向靜密封 (f)端面倒角靜密封

(g)內(nèi)壓作用型軸向靜密封 (h)外壓作用型軸向靜密封

圖2 O形橡膠密封圈常用的結(jié)構(gòu)示意圖

2 影響O形橡膠密封圈的密封性能及使用壽命的因素

綜上所述，影響O形橡膠密封圈的密封性能及使用壽命的因素如下：

2.1 表面粗糙度

相對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合面(密封表面)的粗糙度值(Ra)通常選用1.6～0.8 μm(如：缸筒、缸蓋導(dǎo)向套、活塞及活塞桿等)。溝槽(溝槽壁及溝槽底)粗糙度值(Ra)選用6.3～3.2 μm(靜密封及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封)和3.2～1.6 μm(往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封)。

2.2 間隙

相對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合面(密封表面)必須具有適宜的間隙以滿(mǎn)足形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)所需潤(rùn)滑油膜層的最小厚度，因此，兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合件之間必須存在間隙。通常介質(zhì)壓力越高，要求間隙越??；O形橡膠密封圈的硬度越高，間隙可選取的大一些。同時(shí)，實(shí)踐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明：相對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合面之間選用H8/f8或H9/f9的間隙配合，可獲得預(yù)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)潤(rùn)滑油膜層的最小厚度、優(yōu)良的密封效果及適宜的使用壽命。

2.3 速度

相對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合面(密封表面)潤(rùn)滑油膜層厚度與往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)。速度過(guò)高(>0.8 m/s)，潤(rùn)滑油膜增厚，易產(chǎn)生泄漏；速度過(guò)低(≤0.03 m/s)，則潤(rùn)滑油膜過(guò)薄，摩擦阻力增大，易造成“爬行”等。

2.4 溫度

液壓油溫度的變化影響液壓油的粘度、相對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合面(密封表面)潤(rùn)滑油膜層厚度及O形橡膠密封圈的密封性能。為了保證優(yōu)良的密封性能，液壓油的工作溫度應(yīng)穩(wěn)定在40～80 ℃。

2.5 壓力

液壓油的壓力促使O形橡膠密封圈產(chǎn)生變形實(shí)現(xiàn)密封的目的，但也增加了滑動(dòng)面的摩擦磨損，引起發(fā)熱；反過(guò)來(lái)又迫使液壓油溫的上升及急劇增大滑動(dòng)摩擦阻力。所以，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)嚴(yán)格控制液壓油的壓力，這也是保證O形橡膠密封圈適宜使用壽命的前提條件。如：若O形橡膠密封圈用作高壓或超高壓(介質(zhì)壓力≥32 MPa)往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封，摩擦阻力特別大，導(dǎo)致密封過(guò)早失效。

2.6 接觸應(yīng)力

接觸應(yīng)力[初始接應(yīng)力與附加接觸之和——(δ0+δc)]必須適宜，便于形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合面(密封表面)所需潤(rùn)滑油膜層的最小厚度。若接觸應(yīng)力過(guò)小，則潤(rùn)滑油膜增厚，易產(chǎn)生泄漏；若接觸應(yīng)力過(guò)大，潤(rùn)滑油膜過(guò)薄，易造成半干摩擦或按摩擦狀態(tài)，摩擦阻力特別大，又急劇縮短O(píng)形橡膠密封圈的使用壽命。

2.7 擦阻力

在工作過(guò)程中，密封處的摩擦阻力是變化的。起動(dòng)時(shí)摩擦阻力(靜摩擦阻力)最大，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度適宜時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合面(密封表面)形成了連續(xù)的潤(rùn)滑油膜，摩擦阻力降低。若運(yùn)動(dòng)速度過(guò)高時(shí)，油膜增厚，易產(chǎn)生泄漏，同時(shí)，摩擦阻力反而增大。

2.8 介質(zhì)

為滿(mǎn)足工作要求，液壓油中添加了不同種類(lèi)的添加劑(如：油性劑、抗磨劑、抗泡沫劑、抗氧化劑及抗老化劑等)，同時(shí)添加劑會(huì)嚴(yán)重影響密封材料的相容性及其使用壽命，必須根據(jù)液壓油的品種選擇適宜橡膠材質(zhì)的O形橡膠密封圈。

2.9 液壓油清潔度

在應(yīng)用過(guò)程中必須增強(qiáng)液壓油的污染與防護(hù)意識(shí)，加強(qiáng)液壓油的檢測(cè)與管理，液壓油一旦污染后，應(yīng)及時(shí)更換液壓油。同時(shí)，向液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(油箱)增補(bǔ)液壓油時(shí)，必須是同一品種的液壓油并經(jīng)過(guò)濾后才能加入油箱，絕不能混合不同品種的液壓油；此外，還應(yīng)做好液壓油的儲(chǔ)藏及保管等工作。液壓油的清潔度通常選用NAS9級(jí)，即液壓油中直徑>φ10μm的污物顆粒濃度必須<3 mg/100 mL。

2.10 做好儲(chǔ)藏及保管等工作

應(yīng)將O形橡膠密封圈存放在密封的聚四氟乙烯塑料袋內(nèi)，并做好存放日期及規(guī)格尺寸等標(biāo)識(shí)內(nèi)容，然后存放在陰涼干燥通風(fēng)的位置。避免存放在陰暗潮濕或溫度較高或陽(yáng)光直射的地方，或與酸、堿、鹽、油類(lèi)及化學(xué)類(lèi)物質(zhì)混放在一起，以免加速O形橡膠密封圈的老化。