閥門液壓執行器分析
齒輪齒條液動執行器上的活塞密封是最重要的密封。今天談談最多的兩種結構。U型(Y型)與方形(格萊圈型)。
U型密封一般是聚氨酯材料+丁晴橡膠組合,方形密封一般材料是PTFE+青銅粉與丁腈橡膠組合。
U型密封 | 方形密封 | 結果 | |
孔加工要求 | H9 | H9 | 相同 |
250Bar間隙 | ≤0.5mm | ≤0.4mm | U型容易加工 |
光潔度Rt | ≤10 | ≤4 | U型容易加工 |
速度 | ≤0.5米/秒 | ≤15米/秒 | 都能滿足要求 |
溫度 | -40℃/+110℃ | -30℃/+110℃ | 都能滿足要求 |
對于齒條油缸運動速度,一般來講,每秒運動10毫米行程速度能滿足大多數需求。
一項有意思的研究由國內幾家密封件制造商展開,主要研究密封件應力松弛現象。應力松弛指的是產品在變形不變的情況下,應力隨時間逐漸衰弱的情況,橡膠,塑料等聚合物材料產生應力松弛現象原因是分子熱運動的結果。對于密封件來講,發生應力松弛現象導致密封件密封不良,發生泄漏,影響產品質量及設備壽命。他們的研究是用活塞桿密封來研究,主要是用活塞桿密封利于測量,雖然有別于活塞密封,但是研究的失效分析及結果對活塞密封同樣有參考意義。
從上圖看出,隨時間推移,不同材料,不同結構的密封件都會發生應力松弛現象。
從下圖數據分析看出, (數值為根據研究圖形估計)
總體來看,U型圈衰減速率比較均勻,方型圈衰減速率開始較大,后面較小。
30分鐘衰減值 | 衰減速率 | |
U型圈(前30分鐘) | 2..2N | 0.074N/分鐘 |
U型圈(后30分鐘) | 1.2N | 0.04N/分鐘 |
方型圈(前30分鐘) | 11.8N | 3.94N/分鐘 |
方型圈(后30分鐘) | 3.8N | 0.13N/分鐘 |
二:研究結果之二
研究小組對不用溫度下的的密封件應力衰減進行研究,結果如下:
總體來看,隨著溫度升高,不同材質及結構的密封件都出現應力衰減現象。從圖形看出,隨溫度升高,U圈應力衰減速率逐漸減小,而方形圈衰減速率變大。U型圈衰減速率比較均勻,方型圈衰減速率開始較大,后面較小。
我們分析如下(圖中計算數值根據圖形估計),根據液壓系統常見溫度范圍40℃-80℃分析。
衰減值 (單位N) | 速率 (N/℃) | 平均衰減速率(N/℃) | |
U-樣1 | 2.5 | 0.0625 |
0.0708 |
U-樣2 | 3.5 | 0.0875 | |
U-樣3 | 2.5 | 0.0625 | |
方-樣1 | 10 | 0.25 |
0.2358 |
方-樣2 | 10 | 0.25 | |
方-樣3 | 8.3 | 0.2075 |
根據曲線計算出,U型圈在液壓系統常見溫度下,其平均衰減速率比方型圈衰減速率小。
另外從研究團隊的兩個曲線值都看出,U型圈施加對桿的初始應力都比方型圈的應力大。
U型圈 | 方型圈 | |||||||
研究1 | 71.5N | 38N | ||||||
研究2 | U-樣1 | U-樣2 | U-樣3 | 方-樣1 | 方-樣2 | 方-樣3 | ||
123N | 115N | 115N | 94N | 88N | 68N |