斯凱孚（SKF）助力開發一流液壓活塞密封件
2018-8-22 來源：斯凱孚（SKF） 作者：-
活塞密封件是液壓缸性能的關鍵。該密封件位于活塞外徑的溝槽中，必須抵抗高壓液壓流體，且不阻礙活塞沿著液壓缸運動。由于大部分液壓缸都是雙向運動，因此密封件必須能夠承受任意一側的壓力。活塞密封件的設計要求工程師在摩擦和密封性能之間做好平衡。如果過多流體從液壓缸高壓側向低壓側泄漏，那么密封件性能會有所降低。另一方面，缸壁上過多的摩擦會導致磨損加劇并縮短運行壽命。活塞密封件的完全失效，即內泄，會引起明顯的運行和安全隱患，比如使得建筑或材料處理設備失去對負載的控制。
如果油缸的基本參數不夠嚴格的話，活塞密封件也將面臨巨大的材料工程挑戰。高溫高壓下，液壓流體對密封材料的要求嚴苛，也可能使油缸其他部件在運行中發生膨脹和收縮。
PTFE材料能滿足這些要求。它擁有的眾多特性都適合于這種功能，包括優異的低動、靜摩擦特性以及良好的化學耐受性。然而，PTFE密封件也有其局限性。特別是PTFE密封件有限的彈性使其很難實現無損安裝。在安裝前，需要用特殊的擴張套拉伸PTFE密封件，然后必須將其校準回正確的直徑。對于設備制造商和維護團隊而言，該過程需要更長的時間和更多的成本。此外，PTFE 的可塑性意味著這種材料在持續的扭轉載荷下很難再恢復其原來的形狀，局限了其密封性能。
為了克服PTFE 密封件的缺點，SKF的工程師團隊嘗試根據公司成熟的ECOPUR聚氨酯材料開發可以替代其的密封技術。
制造能夠匹配PTFE密封件良好性能的聚氨酯密封件遠非紙上談兵，斯凱孚流體密封件戰略產品線研發主任Wolfgang Swete解釋道，“活塞和缸桶之間的間隙意味著您需要一種抗擠出性能足夠好的材料以在所有運行條件下保持其形狀。”
斯凱孚測試由其之前最硬的Ecopur聚氨酯制造出的原型密封件，發現其不能達成目標。但是斯凱孚知難而上，利用自己在材料開發和制造能力上的優勢生產出了一種特殊等級的Ecopur材料，專門適用于活塞密封件。這種新材料 - X-Ecopur PS – 是目前斯凱孚制造出的硬度最高的聚氨酯。
為測試新材料的耐用性，斯凱孚進行了一系列靜態抗擠出試驗，將材料樣本安裝在 500bar壓力下的固定裝置中，擠出間隙根據密封尺寸調整為0.15mm 到0.7mm。然后在60ºC至100ºC的溫度下，讓樣本在固定裝置中保持兩周的時間，并在測試結束時測量樣本的永久變形情況。“在整個測試過程中，X-Ecopur PS的表現遠遠超出其他商用材料，”Swete說道。
有了適當的材料后，斯凱孚團隊開始設計合理的密封截面。這是斯凱孚工程師們熟悉的領域，他們通過已經相當成熟的產品開發流程，結合大量用有限元技巧實現的計算機仿真，利用CNC設備快速開發出產品原型，然后在定制的靜態和動態測試設備上進行物理測試。
通過反復的研發及測試過程，公司獲得最終成果，聚氨酯滑動環的外表面上有一個淺淺的“M”形的兩個優化后的密封唇口。“與平面密封件相比，帶明顯密封點的密封件外形提供更有效的密封力，在改進密封性能的同時，減少由密封件產生的摩擦阻力，”Swete說道。“將應力集中在兩個密封面上而不是一側，意味著密封件在使用中不會傾斜，而傾斜會引發提前失效。”
對新一代密封件設計的進一步精調與密封件的彈性體相關。它是一種較軟的橡膠部件，位于溝槽內聚氨酯滑環的下方，將滑環推向液壓缸內壁。在輕載密封件上，彈性體就是一個簡單的O形圈，而中至重載設計中則采用特殊形狀的丁腈橡膠彈性體。
在斯凱孚的新設計中，滑環側面加入了油槽，用以確保壓力快速施加于彈性體上。這種設計使得密封件可以根據壓力方向的快速改變而切換位置，減少內泄以及液壓缸功能喪失的可能性。側邊的油槽還能降低滑環與彈性體之間困壓的情況發生，這種情況也會導致液壓缸功能的損失。
為驗證設計，原型密封件經歷了進一步的苛刻測試，包括將400mm行程的測試缸在高達250bar壓力和80ºC溫度下進行超過200km的運行。試驗過程中會測量摩擦和泄漏情況，并在試驗完成后測量并檢查該密封件，以查看擠出和表面磨損情況。“我們的測試顯示，與其他商用密封件相比，新一代密封件擁有更好的性能。”Swete說道。“實際上，我們用于對比的某些標準密封件在測試結束之前就失效了。”
斯凱孚目前已開發出全系列的創新活塞密封件，適用于廣泛的液壓應用。帶O形圈彈性體的輕載 LPV系列適用于室內、固定應用的制造機械。 該系列密封件適用于最高250bar的壓力，速度最高0.5m/s，溫度范圍在-20至100ºC之間。中至重載MPV系列適用于要求更高的應用，諸如農業和工程機械等移動設備。MPV 密封件適用于公制溝槽，適用于最高400bar的壓力，速度最高1m/s，溫度范圍在-20至110ºC之間。第三種密封件系列的型號為DPV，與MPV系列提供相同的工況參數，適用于英制溝槽。
“令我滿意的不僅僅是能夠創造出從任何其他聚氨酯產品中脫穎而出的活塞密封件，”Swete 總結道。“而且它的性能至少與優秀的PTFE 密封件不相上下，還具備快速和簡單安裝等附加優勢，為OEM和維護人員帶來益處。”
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息
