擺動液壓缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)泄漏分析

1、擺動液壓缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)泄漏分析郭晗曦 張洪東（遼寧本溪北營鋼鐵集團公司 遼寧省 本溪市 117000） 摘要：本文主要討論擺動液壓缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析擺動液壓缸內(nèi)泄露的原因以及改進方法，從兩種液壓缸內(nèi)泄露的實驗數(shù)據(jù)進行分析對比，選擇比較合適的減少內(nèi)泄露的方法。關(guān)鍵詞：擺動液壓缸；內(nèi)泄露；密封Internal Structure Swing Cylinder Leaks AnalysisGuo Han Xi Zhang Hong Dong( BenXi BeiYing Iron&Steel Group LiaoNing BenXi 117000) Abstract：This paper des

2、cribes internal structure swing cylinder leaks analysis of the causes and improving methods. Two hydraulic cylinder leaks from the comparative analysis of the experimental data, with options to reduce to the more appropriate way to vent.Key Word: swing; the hydraulic cylinder; in divulge; seal1 擺動液壓

3、缸概述擺動液壓缸又稱擺動液壓馬達，它是輸出軸能作往復(fù)擺動的液壓執(zhí)行元件，輸入量是夜里和流量，輸出量是轉(zhuǎn)矩和角速度、角位移（擺角），它的旋轉(zhuǎn)角一般小于360o，擺動液壓缸最突出的優(yōu)點是：無需任何速變機構(gòu)就可以使負(fù)載從直線運動直接獲得往復(fù)擺動運動(旋轉(zhuǎn)運動） ，它能使輸出軸在較低的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生很大的扭矩、平穩(wěn)的角速度、角位移。它是把壓力轉(zhuǎn)化成扭矩能最合理最緊湊的裝置，扭矩與重量尺寸比值很高。擺動液壓缸按結(jié)構(gòu)形式分為：擺動液壓缸大體可分為葉片式和活塞式兩大類。葉片式擺動液壓缸以其結(jié)構(gòu)簡單，加工制造相對容易，工作可靠等獲得了非常廣泛的應(yīng)用。其中葉片式擺動液壓缸又可分為單葉片和多葉片。擺動液壓缸最大的問題

4、是：運動部位（甚至由于加工不好時，靜止部位）的密封困難，存在運動間隙，不可避免地會造成高低壓腔間內(nèi)泄露。隨著工作壓力的提高，此種內(nèi)泄露會大幅度的增加。因而降低了擺動液壓缸的總效率和使用壽命。擺動液壓缸內(nèi)外泄露變化會造成負(fù)載速度下降及生產(chǎn)不需要的負(fù)載加速度，嚴(yán)重時會使擺動液壓缸產(chǎn)生爬行。其中，擺動液壓缸的內(nèi)泄露不能太小但也不能太大，太小不能保證低速平穩(wěn)性，太大又易使系統(tǒng)剛度降低。為了得到滿意的控制效果及滿足工藝要求，對擺動液壓缸的內(nèi)外泄露需要進行精確計算及控制。擺動液壓缸應(yīng)用于一般液壓系統(tǒng)時，由于其啟動轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩相比往往會很小，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。內(nèi)泄露造成的系統(tǒng)流量損失與整個系統(tǒng)的流

5、量相比通常很小，所以他們都不成為選擇擺動液壓缸的主要考慮因素，只是由于要使用在對負(fù)載有較高的低速平穩(wěn)性要求及動態(tài)品質(zhì)要求較高的系統(tǒng)的情況下使用，就要考慮密封性的影響。由于直線往復(fù)運動的液壓缸密封性相對較好，多以有的廠家生產(chǎn)齒輪齒條擺動液壓缸，將旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)換成直線密封。直線運動液壓缸的往復(fù)運動通過齒條帶動齒輪，轉(zhuǎn)化成齒輪軸的正反向的擺動旋轉(zhuǎn)運動，同時直線運動液壓缸的推力轉(zhuǎn)化成齒輪軸的輸出扭矩。由于齒輪軸的擺動角度于齒條的長度成正比，因此齒輪軸的擺角可以任意選擇，并能大于360o 。目前擺動液壓缸結(jié)構(gòu)不斷改善，工藝逐步精良，密封材料品種增多，所以結(jié)構(gòu)緊湊，輸出扭矩大，啟動壓力低，效率高，壽命長的擺

6、動液壓缸由于其突出的優(yōu)點和良好的品質(zhì)正被越來越多的設(shè)備采用。2 葉片式擺動液壓缸原理介紹葉片式擺動液壓缸由圓筒、定葉片和輸出軸一體的可以轉(zhuǎn)動的葉片構(gòu)成，如圖1所示。從一側(cè)油口（進油口）流進去的液體使油腔容積增加，同時流體壓力加在動塊的一側(cè)使輸出軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。單葉片擺動缸具有一對固定的可動塊，其輸出軸不僅傳遞扭矩，而且還受到由液壓力產(chǎn)生的徑向負(fù)荷。此徑向負(fù)荷由裝在端蓋上的軸承支撐。所以輸出軸不僅對最大扭矩要有足夠的強度而且對徑向負(fù)荷必須要有足夠的剛度，使其不產(chǎn)生過大的變形。3 葉片式擺動液壓缸密封結(jié)構(gòu)形式由于傳統(tǒng)的葉片式擺動液壓缸葉片呈矩形的，采用的密封圈往往會不選到標(biāo)準(zhǔn)的O型圈，必須自行設(shè)計制造

7、。按傳統(tǒng)方式，新型的國產(chǎn)擺動液壓缸BM-1000相應(yīng)選用的矩形的聚四氟乙烯密封圈，如圖2所示。這是組合式密封件通過不同材料不同功能的密封件組合為一體，有效提高密封裝置的綜合性能。本型BM-1000擺動液壓缸，內(nèi)部密封圈有一個潤滑性能好，摩擦系數(shù)校的滑環(huán)和一個充當(dāng)彈性體的橡膠密封圈組合而成?；h(huán)材料為摩擦系數(shù)極低的摻有玻璃纖維填充聚四氟乙烯，彈性體為O型密封圈。利用橡膠圈的良好彈性變形性能，通過其預(yù)壓縮力使滑環(huán)緊貼在密封偶合面上起密封作用（即O型圈不與秘密偶合面直接接觸，不存在密封圈翻轉(zhuǎn)，扭曲及被擠入間隙的問題）；與密封面接觸并有相對運動的是摩擦系數(shù)?。ㄟ\動平穩(wěn)，無爬行）、自潤滑性、耐磨、耐壓性

8、能好、壽命長、抗粘著能力強的填充聚四氟乙烯環(huán)。所以此種密封圈用在矩形葉片擺動液壓缸內(nèi)部顯著的改善了運動性能。4 葉片式擺動液壓缸內(nèi)泄漏分析產(chǎn)生泄漏的原因式組成液壓密封工作腔的各零件間有間隙，且間隙兩側(cè)存在壓差，間隙式主要的泄漏通道。密封的作用就式封住接合面間隙，切斷泄漏通道或增加泄漏通道阻力，以阻止泄漏。葉片式擺動液壓缸最常見的一種技術(shù)難題主要式如何保證密封工作腔之間的密封性。葉片三側(cè)與缸蓋、缸體之間必須密封性良好，且摩擦力要小，以避免影響機械效率和起動性能。尤其式應(yīng)用在動態(tài)品質(zhì)要求高的電業(yè)伺服系統(tǒng)或?qū)ω?fù)載有特殊要求的場合，例如：低速平穩(wěn)性要求高的系統(tǒng)中。就必須對他們加以重視，內(nèi)泄漏式影響負(fù)載

9、平穩(wěn)性的決定性因素，會造成負(fù)載速度下降及生產(chǎn)不需要的負(fù)載加速度度，當(dāng)在負(fù)載大時甚至?xí)箶[動缸產(chǎn)生爬行。產(chǎn)生泄漏的原因是組成液壓、氣動密封工作腔的各個零件之間有間隙且間隙兩側(cè)存在壓差，即間隙是主要的泄漏通道。密封作用就是封住接合面間隙，切斷泄漏通道或增加泄漏通道的阻力以阻止泄漏。其主要技術(shù)難題是如何保證葉片工作腔的密封體間的不泄漏。傳統(tǒng)擺動液壓缸（矩形葉片式，見圖3）主要的泄漏是在工作部件的間隙中產(chǎn)生的，內(nèi)泄漏包括：定子和前、后蓋之間的泄漏q5，葉片和前、后蓋之間的泄漏q6，此外，由于軸加工需要做工藝槽，而此槽為環(huán)形，高壓區(qū)的油會從軸肩和前、后蓋的間隙泄漏至此槽，在從此槽泄漏至低壓區(qū)，形成泄漏量

10、q7。隨著壓力的升高即高低腔間油壓差p增大，泄漏量增大。所以從理論分析就可以看出傳統(tǒng)意義上的擺動液壓缸確實泄漏量大，即使改進密封工藝方法或改進密封件的材料也不能很好的解決問題。5 新型擺動液壓缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)鑒于傳統(tǒng)擺動液壓缸從原理上看出：因其葉片呈矩形，周邊四角處的密封尤其困難內(nèi)泄漏大，（即使改進密封件材質(zhì)、形式效果也不明顯）在特殊用途場合使用受到限制。而基于機械加工能力的提高，隨著液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)不斷改善，尤其是密封部位結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝的改進，密封材料的品種增加，擺動液壓缸性能有了很大提高。新型大扭矩單葉片半圓弧型擺動液壓缸有著體積小、運動平穩(wěn)可靠，使用壓力大，扭矩大，旋轉(zhuǎn)角度大及內(nèi)泄漏比

11、較小。以BM2000擺動液壓缸為例，具體參數(shù)：輸出最大扭矩為2000 N.m最大旋轉(zhuǎn)角度為 210度最大使用油壓為 14 MPa 該種液壓缸為單葉片擺動液壓缸，如圖4所示，壓力油經(jīng)A口或B口進入油缸的高壓腔一側(cè)，推動動塊15使軸1作210度旋轉(zhuǎn)，軸1上的花鍵與工程機械連接后，擺動液壓缸就能使工程機械作210度的往復(fù)轉(zhuǎn)動，其最大工作油壓14MPa。在最大油壓下，輸出最大扭矩為2000N.m。 也可以根據(jù)工程機械負(fù)載調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，使輸出扭矩滿足使用要求。動塊和定塊采取與其形狀相同的密封板密封，密封板材料為聚氨酯。轉(zhuǎn)動軸端面與前、后蓋為平面密封，因此必須保證軸1、前蓋5、缸體7、后蓋9、動塊15、定

12、塊6等主要零件的精度和表面光潔度。擺動液壓缸在運動過程中，前、后蓋和缸體只與密封板接觸，其使用壽命長。安裝時要保證缸的輸出軸與工程機械連接軸的同軸度，以防止在運動過程中產(chǎn)生對擺動液壓缸主軸附加偏心力而使擺動液壓缸零件過早磨損，還要注意缸內(nèi)動塊位置，與工程機械位置相對應(yīng)，以使機械旋轉(zhuǎn)角度及動塊在工作時不致碰撞定塊。此類液壓缸的最大特點時動塊、定塊與兩端蓋的接觸面為半圓形，即兩個端蓋、動塊、定塊都要制造呈圓弧形狀，加工時對要求密封的相鄰表面進行研磨，做成密和的鏡面；同時對應(yīng)的密封件也采用弧形密封板也是唇形板，當(dāng)壓力油進入油腔空腔時，油撐開唇型密封板，使密封板的密封性能達到最佳，油壓越大密封效果越好，減少磨損密封板的機率。通過一些措施，降低了傳統(tǒng)單片式擺動液壓缸的泄漏量。但綜上所述這樣制造復(fù)雜，操作困難，要求工藝性好，成本高。改進后的缸內(nèi)泄量比改進前的缸內(nèi)泄量減少很多。對兩種單片式擺動液壓缸進行內(nèi)泄漏對比試驗，試驗數(shù)據(jù)如下表所示。6結(jié)論：從以上分析可知，采用擺動缸葉片弧形結(jié)構(gòu)形式，能降低內(nèi)泄漏量，能達到比較滿意的效果。參考文獻1） 李樹立.焦宗夏.