斯凱孚（SKF）助力開發（fā）一流液壓活塞密封件（jiàn）
2018-8-22 來源：斯凱孚（fú）（SKF） 作者：-
活塞（sāi）密封件是液壓缸性能的關鍵。該密封件位於活（huó）塞外徑（jìng）的溝槽中，必須抵抗高壓液壓流體，且不阻礙活塞（sāi）沿著液壓缸運動（dòng）。由於大部分液壓缸都是雙向運動，因此密封件必須能（néng）夠承受任意一側的壓力。活塞密封（fēng）件的設計要（yào）求工（gōng）程師在摩擦（cā）和密封性能之間做好平衡。如果（guǒ）過多流體從液壓缸高壓側向低壓側泄漏（lòu），那麽密封件性能（néng）會有所降低。另一方麵，缸壁上過多的摩（mó）擦會導致磨損加劇並縮短運行壽命。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（yǐn）患，比如使得建築或材料處理設備失去對負（fù）載的控製。
如果油（yóu）缸的基本參數不夠嚴格的話，活塞密（mì）封件也將（jiāng）麵臨巨大的材料工程挑戰。高溫高壓（yā）下，液壓流體對密封材（cái）料的要求（qiú）嚴苛，也可能使油缸其他部件（jiàn）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（dōu）適合於這種功能，包括優異的低動、靜摩擦特性以（yǐ）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（xiàn）的彈性使其很難實現無損安裝。在安裝前，需要用特殊的（de）擴張套拉伸PTFE密封件，然後必須將其校準回正確的（de）直徑。對於設備製造商和（hé）維護團隊而言，該過程需要更長的時間和更多的成本。此外（wài），PTFE 的可（kě）塑（sù）性意味著這種材料在持續的扭轉載荷（hé）下很難再恢複其原來的形狀，局限了（le）其密封性（xìng）能。
為了克服PTFE 密封件的缺點，SKF的工程師團（tuán）隊嚐試根據公（gōng）司成熟的ECOPUR聚氨酯材料（liào）開發可以替（tì）代其（qí）的密封技術。
製造能夠匹配PTFE密封件良好性能的聚氨酯密封件遠非紙上談兵，斯凱（kǎi）孚流體密封件戰（zhàn）略產品線（xiàn）研發（fā）主任（rèn）Wolfgang Swete解釋（shì）道，“活塞和缸桶之間的間隙意味著您需要一種抗擠（jǐ）出性能足夠好的材料以在所有（yǒu）運行條件下保持其形狀。”
斯凱孚測試由（yóu）其（qí）之前最硬的Ecopur聚氨酯製造出（chū）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（jǐ）在材料開（kāi）發和製造能力上的優勢生產（chǎn）出（chū）了一種（zhǒng）特殊等級的Ecopur材料，專門適用於活塞密封件（jiàn）。這種新材（cái）料 - X-Ecopur PS – 是目前斯凱孚製造出的硬度最高的聚氨酯。
為測試新（xīn）材料的耐用性，斯凱孚進行了一係（xì）列靜態抗擠出試驗（yàn），將材料樣本安裝在 500bar壓力下的固定（dìng）裝置中，擠出間隙根據密封尺寸調整為0.15mm 到0.7mm。然後在（zài）60ºC至（zhì）100ºC的溫度下，讓樣本在（zài）固定（dìng）裝置中保持兩周的時間，並在測試結（jié）束時測量樣本的永（yǒng）久（jiǔ）變形情況。“在整個測試過程（chéng）中，X-Ecopur PS的表現遠遠超出其（qí）他商用材料，”Swete說道。
有（yǒu）了（le）適當的（de）材料後，斯凱孚團隊開（kāi）始設計合理的密封截麵。這是（shì）斯凱孚（fú）工程師們熟悉的領（lǐng）域，他們通（tōng）過已經相當成熟（shú）的產品（pǐn）開發流程（chéng），結合大量用有限元技（jì）巧實現的計算機仿真，利用CNC設備快速開發出產品原型，然後在定製的靜態和動態測試設備上進行物理測試。
通過反複的研發（fā）及測試過程，公司獲得最終成果，聚氨酯滑動環的外表麵上有（yǒu）一個淺（qiǎn）淺的（de）“M”形的兩個（gè）優化後的密封唇口。“與平麵密封（fēng）件相比，帶明顯密封點的密封件外形提供更有（yǒu）效的密（mì）封（fēng）力，在（zài）改進密封性能的同時，減少由密（mì）封件產生的摩擦阻力，”Swete說道。“將應力集中在兩個（gè）密封麵上而不是一側（cè），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（fēng）件的彈性體相關。它是一種較軟的橡膠部件，位於溝槽（cáo）內（nèi）聚氨（ān）酯滑環（huán）的下方，將滑環推向（xiàng）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（quān），而中至重載設計（jì）中則采（cǎi）用特殊（shū）形狀的丁腈橡膠彈性體。
在斯凱孚的新設計中，滑環側麵（miàn）加入了油（yóu）槽，用以確保壓（yā）力快速施加於彈性體上。這種設計使（shǐ）得密封件可以根（gēn）據壓力方向的快速改變而切換位置，減少內（nèi）泄以及液壓缸功能喪失的可能性。側（cè）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，原型密封件經曆了進一步的苛刻測試，包括將400mm行程（chéng）的測試缸在高達250bar壓力（lì）和80ºC溫度下進行超過200km的運行。試驗過程中會（huì）測量摩擦和泄漏情況（kuàng），並在試驗完成（chéng）後（hòu）測（cè）量（liàng）並（bìng）檢（jiǎn）查（chá）該密封件，以查看擠出和表麵（miàn）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（shuō）道。“實際上，我們用（yòng）於對比的（de）某些（xiē）標準密封件在測試結束之（zhī）前就失效了。”
斯凱（kǎi）孚目前已（yǐ）開發出全係列的創新活塞密封件，適用於（yú）廣泛的液壓應用。帶（dài）O形圈彈性體的輕（qīng）載 LPV係列適用於室內、固（gù）定應用的製造機械（xiè）。 該係列密封件適用於最高250bar的壓力，速度最（zuì）高0.5m/s，溫度範圍在-20至100ºC之間。中至重載MPV係列適用於要求更高的應用，諸如農業和（hé）工程機械（xiè）等移動設備。MPV 密封件適用於公製溝槽，適用（yòng）於最高400bar的壓力，速度最高1m/s，溫度範圍（wéi）在-20至110ºC之間。第三種密封件（jiàn）係列（liè）的型號為DPV，與MPV係列（liè）提供（gòng）相同的工況參數，適（shì）用於英製溝槽。
“令我滿意的不僅僅是能（néng）夠創造出從任何其他聚氨酯產品中脫穎而出的活（huó）塞密（mì）封件，”Swete 總結（jié）道（dào）。“而且它的（de）性能至少與優秀的PTFE 密封件不相上（shàng）下，還具備快速和簡單安（ān）裝等附（fù）加優勢，為OEM和維護人員帶來益處。”
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