零泄漏低摩擦密封系统

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:10

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随着液压系统工作参数的提高和环保意识的加强，对其密封系统提出了越来越高的要求。一个理想的密封系统应该是：低（零）泄漏，低摩擦磨损，较长的使用寿命。

在往复运动情况下，由于弹性流体动力润滑的存在，密封件或多或少会带一些油膜出去，粘附在活塞杆表面。从密封效果（泄漏）角度来看，油膜越薄，密封效果会越好。但从密封件的摩擦磨损及使用寿命角度来看，一定厚度的油膜润滑，能降低摩擦力和减少磨损，提高密封件的使用寿命。所以，活塞杆密封问题，实际上是密封和摩擦磨损及润滑的矛盾，仅使用一个密封元件，很难同时达到零泄漏和低摩擦的要求。解决这一矛盾的方法之一是，将密封零泄漏和低摩擦这两个性能指标分别由两个元件来实现，即由两个元件配合起来组成所谓的密封系统（图1）。

第一道密封称为系统主密封，主密封承受系统压力。第二道密封称为系统副密封，在正常工作情况下，副密封不承受压力或只承受很低的压力。系统主密封的润滑性能应该比较好，应该能允许一定厚度的油膜通过，保证在高压工况下仍有较低的摩擦磨损。系统副密封的低压密封性能应该比较优秀，能挡住通过系统主密封的油膜，保证外泄漏为零。副密封的压力很低或没有压力，即使润滑不好，摩擦磨损仍很低。系统主密封还应具有较强的回油能力，带出的油膜能在活塞杆回程时被重新泵回系统内部，维持动态平衡，防止系统背压的形成。简单的讲，密封系统主密封和副密封通过其分工，即主密封在比较理想的润滑状态下将系统的压力降下来，副密封在低压或无压力的状况下实现对外部的零泄漏，同时实现低摩擦低磨损。密封系统实现低摩擦和零泄漏，关键在于选择恰当的元件作主密封和副密封。如果是随意把两个元件串联起来组成密封系统，起不到预期的效果，并有“副作用”---- 即背压的形成，性能可能还不如使用单个密封件。

密封系统中主密封和副密封所起的作用不同，对其有不同的要求（图2）。主密封承受系统高压，应具有下列特性：

* 耐高压，密封件的材料应该有高的机械强度。
* 低摩擦磨损，密封件的材料应该有较低的摩擦系数和较高的耐磨性，密封件的设计保证它在较好的润滑工况下工作。
* 回油能力强，保证带出的油膜在回程时能带回系统内部，实现动态平衡，防止背压的形成
* 有泄压功能，即密封件有单向阀的功能，在系统压力较低或降为零时，万一已经形成的背压能马上降下来，防止困油现象的出现。

副密封作为第二道密封，承受低压或不承受压力，主要功能是挡住通过主密封的油膜，实现零泄漏，副密封应具有下列特性：

* 低压密封性能好
* 低压时摩擦磨损小
* 能短时间承受系统高压，即在恶劣工况下形成背压时，也能可靠地工作。
* 若与双作用防尘圈一起使用时，副密封应有较好的回油能力

分析由两个聚四氟乙烯同轴密封串联起来的密封系统（图3），填充聚四氟乙烯为材料的同轴密封作为主密封，它耐高压，低摩擦磨损，也有一定的回油能力，但没有泄压功能。同样的填充聚四氟乙烯同轴密封作为副密封，低压时摩擦磨损小，能承受高压，有回油能力，但低压密封性能方面有欠缺。

选择合适的密封元件组成一个理想的密封系统，是保证其使用性能和可靠性的关键。作为密封系统副密封，聚氨酯U形圈是一个理想选择（图4）。

聚氨酯U形圈的低压密封性能很好，低压工况下摩擦力也较低，聚氨酯材料本身有很高的机械强度，耐磨性很好。也有使用聚氨酯同轴密封作为副密封的设计，因为聚氨酯材料的硬度比填充聚四氟乙烯低，而且有弹性，使用效果应该比聚四氟乙烯同轴密封要好。

填充聚四氟乙烯同轴密封作为系统主密封，耐压性能和摩擦磨损性能都符合要求，回油能力也好，但没有泄压功能，不能确保密封系统不出现背压和困油现象。Merkel Freudenberg 公司从1996年开始，专门针对系统主密封的性能要求，研制开发 SYPRIM 系列密封件，用作密封系统里的主密封。SYPRIM 是英文系统主密封System Primary Seal的前几个字母的缩写。

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