泵送主油缸金屬密封特點(diǎn)淺析
泵送主油缸是混凝土泵車(chē)的核心部件之一， 泵送工況的特殊性決定其具有工作壓力高、驅動(dòng)速度快、換向頻率高、密封件過(guò)孔、工作行程大等特點(diǎn)，使用工況比較惡劣�；谶@種特點(diǎn)，單靠普通的橡塑密封無(wú)法適用這種工況，在活塞上必須加裝金屬密封圈。
1、金屬密封的技術(shù)特點(diǎn)
(1)耐磨損。用于主油缸內的金屬活塞環(huán)材料一般為合金鑄鐵，鑄鐵的一個(gè)重要的特點(diǎn)是貯油性好，可以保持良好的潤滑，提高其耐磨性。并且鑄鐵成本較低，工藝性好，適合于批量生產(chǎn)。
(2)耐高溫。金屬活塞環(huán)材質(zhì)為合金鑄鐵，散熱能力優(yōu)良，可以將熱量通過(guò)油液或缸筒散發(fā)出去，因此可以承受200℃左右的高溫。
(3)耐高壓。因材質(zhì)及密封原理的不同，橡塑材質(zhì)的密封件一般可以承受60MPa 左右的油壓， 再高密封件可能會(huì )被擠入間隙而失效。而金屬型密封件由于鑄鐵材質(zhì)， 不存在擠出的問(wèn)題， 故可以承受的壓力高達100MPa。
(4)適合過(guò)孔工況。泵送主油缸由于主機液壓系統功能實(shí)現上的原因，在油缸缸體上開(kāi)有幾組φ3 小孔，工作時(shí)活塞帶著(zhù)其上的密封件不停往復通過(guò)小孔，如果是橡塑類(lèi)普通密封件，極易損壞。采用鑄鐵材料的金屬密封件則不存在這方面的問(wèn)題。
2、金屬密封的工作原理
(1)金屬活塞環(huán)的結構。液壓缸中的活塞環(huán)與內燃機中的活塞環(huán)不同，應用于內燃機中的活塞環(huán)，主要作用是：密封、控制潤滑油、導熱、支承導向。在液壓缸中的金屬活塞環(huán)，主要作用是起到密封的作用，并承受液壓油壓力沖擊。由于液壓缸中的液壓油自身具有潤滑作用，因此金屬活塞環(huán)上不需要設置油槽的儲油結構。金屬活塞環(huán)結構如圖1 所示， 為了便于安裝及獲得一定的彈力，留有切口。另外在密封時(shí)，利用油壓可以使活塞環(huán)漲開(kāi)，使之與缸筒內壁貼緊，實(shí)現密封。
(2)金屬活塞環(huán)的密封原理。在金屬活塞環(huán)的密封原理是并非通過(guò)活塞環(huán)的徑向彈力貼死內壁進(jìn)行密封，而是通過(guò)利用液壓油的壓力實(shí)現自密封，類(lèi)似橡塑密封的“自封作用”。如圖1 所示，金屬活塞環(huán)安裝在活塞上，活塞環(huán)與溝槽之間存在軸向間隙，在徑向上雖然活塞環(huán)為預壓縮式裝入缸筒內， 其外表面與缸筒內壁接觸，但由于缸筒內孔圓度偏差，局部會(huì )存在間隙。
我們把活塞環(huán)的四個(gè)面按圖2 中所示標記為A、B、C、D，當高壓腔壓力油沖擊到A 面時(shí)，金屬環(huán)的左側和下側均充滿(mǎn)高壓油，使得金屬環(huán)右側與活塞貼死，上表面與缸筒內壁貼死，壓力越高貼得越緊，則密封性越好，此時(shí)活塞向右運動(dòng)。當低壓腔變?yōu)楦邏呵粫r(shí)，活塞環(huán)靠左貼緊，活塞向左運動(dòng)。相對于橡塑類(lèi)密封件，金屬環(huán)由于質(zhì)地硬，所以無(wú)法實(shí)現完全的密封，少量的液壓油仍會(huì )經(jīng)微觀(guān)縫隙通過(guò)。一般該類(lèi)密封選取3~5 個(gè)為一組串聯(lián)使用，并且在安裝時(shí)使得切口相互錯開(kāi)，降低泄漏量。此類(lèi)密封形式只適合在不需要長(cháng)時(shí)間保壓的工況下使用。
圖1 金屬活塞環(huán)結構 圖2 活塞環(huán)示意圖
3、金屬活塞環(huán)常見(jiàn)故障分析
金屬活塞環(huán)密封如果設計或加工不當， 會(huì )出現各種問(wèn)題，譬如異常磨損，液壓缸無(wú)法啟動(dòng)與液壓缸內泄等問(wèn)題。金屬活塞環(huán)磨損過(guò)快，其造成因素有很多，現針對該問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析：
(1)液壓缸缸筒內孔粗糙度差，未達到設計標準，缸筒直線(xiàn)度與圓度超出形位公差設定值；
(2)缸筒螺紋與內孔不平行度過(guò)大，造成活塞桿在缸筒偏斜角度偏大，致使活塞環(huán)磨損異常；
(3)金屬活塞環(huán)與活塞溝槽之間的公差間隙過(guò)大，發(fā)生竄動(dòng)，金屬活塞環(huán)磨損。如果間隙過(guò)小，活塞環(huán)卡在溝槽中，無(wú)法對缸筒內壁的粗糙度進(jìn)行補償，加劇磨損。
4、結論
金屬活塞環(huán)的密封原理可以滿(mǎn)足高壓高沖擊工況的使用，但由于存在較大的泄漏量，在液壓缸領(lǐng)域應用范圍不廣。在實(shí)際中需要根據液壓缸的功能及使用要求恰當地選擇。同時(shí)相關(guān)的零部件選擇合適的加工工藝，并嚴格地進(jìn)行控制，減少金活塞環(huán)的故障率，提高產(chǎn)品可靠性。
