作者：马明东
流体工程的鲁棒性一个重要的基础环节决定于密封系统。在密封系统中，密封元件的选择以及各形式的密封件组合一起配合使用的合理性，将直接影响到液体工程的安全性，可靠及寿命等性能。流体工程对密封系统的四大要素：压力、速度、温度、寿命。
密封元件对其配合摩擦副四项要求：表面粗糙度，表面硬度、几何精度、密封件应用配合间隙及配合公差。
一位有技术能力的油缸设计师在设计油缸时首要考虑是油缸设计寿命，也须考虑到外在因数对设计寿命的影响，考虑性能与造价比，考虑最佳的机械加工及装配工序。按照油缸的工作压力、运动速度、耐压力、耐压力冲击系数、耐磨损性能、运行环境因素、承受径向载荷能力、泄漏量、密封件与摩擦副总运行有效内长度、等12项条件选择密封件。
1、运动速度
速度是选择密封件必须考虑的因素，我们将速度分为三级：低速0~0.8m/s；常速0.8~2m/s；高速2~5m/s。速度的极限即受到温度的限制，因为速度的提升最后都归结唇口温度的提高，唇口对温度的承受力。
运动速度很低（0.03m/s）时，要考虑设备运行的平稳性和是否出现爬行现象，运动速度很高（＞0.8m/s）时，起润滑作用的油膜可能被破坏，密封件因得不到很好的润滑而摩擦发热，导致寿命大大减小，建议聚氨酯或橡塑密封件在0.03m/s~0.8m/s速度范围内工作比较适宜。在超高速状态下要注意的几个因素：
⑴金属材料性能与摩擦表面粗糙度
⑵缸杆的静态或动态的不同轴承度
⑶介子的温度
⑷唇口的润滑状态
1.温度
低温会使聚氨酯或橡塑密封件唇口冷冻而变脆易碎、弹性降低，造成泄漏，甚至整个密封件变得发硬变脆。高温会使密封件体积膨胀，变软，造成运动时密封件摩擦阻力迅速增加和耐压能力降低，建议聚氨酯或橡塑密封件连续工作温度范围-10°c~+80°c。如果提高运动速度，不佳的表面粗糙度，不良的润滑，这些可以产生摩擦发热，使唇部的温度上升到超过介子的温度。
2.工作压力
油缸有启动压力、工作压力、冲击压力。最低启动压力是随着缸径与使用压力条件而设定。低压工作须选用低摩擦性能、启动阻力小的密封件。在工作在25bar以下，聚氨酯密封件并不适合。高压时要考虑密封件受压变形的情况，需要防挤出支承环，沟槽加工精度及间隙也要有特殊要求，对沟槽对称两侧臂面及台阶边角粗糙度设有严格要求。此外，不同材质的密封件具有不同的最佳工作压力范围。对于聚氨酯密封件的最佳压力范围为25~315bar。如需增加抗压能力，可采用强度高的PTFE背托环及独特的唇口设计，使之可以增加承受一定的压力。温度、压力对密封性能的影响是互相关联的，因此要做综合考虑。
3.工作介子
除了严格按照生产厂家的推荐工作介质外，保持工作介质清洁至关重要。油液老化或污染不仅会使系统中的元件发生故障，加快密封件老化和磨损，而且其中的脏物可划伤或嵌入密封体内，油缸中残留的空气经高压压缩会产生高温使密封烧坏，甚至炭化。为避免这种情况发生，在液压系统运行初始时，应进行排气处理。液压缸也应在低压缓慢运行数争钟，确认已排出缸内空气，方可正常工作。
4.侧向负载
为了保证油缸在工作最大载荷时，不发生侧向负载，油缸在设计、加工时就要考虑到重载荷状态下所要发生的“不同轴度”对油缸、对密封件影响。如果是工程机械油缸，建议把活塞设计成弧面活塞，活塞上至少使用4道导向带，要用两种厚度导向带，厚度大的导向带放置在活塞左右两侧，导向带宽度选用“b”宽为最佳，必要时可用金属环，弧面柱塞在发生偏载时，能防止产生拉伤缸筒情况。在设计有固定缸筒结构的工业用重载、长行程油缸时，活塞设计是长尺寸直柱型活塞以利导向，减少发生偏载，加外，缸头内至少要用6道导向带，活塞靠近缸杆端须有4道以上导向带、活塞另外一端须有2道导向带。油缸使用寿命取决于导向带配合间隙及承载能力，这些因素都严重影响密封件性能。
5.压力冲击
产生压力冲击因素很多，例如一台挖掘机在正常作业抬起大臂时，外来的石头铡到挖掘机大臂时。吊机在吊重时，重物所产生的抖动，会产生对油缸的一个很大的冲击，除外在因素外，对于高压大流量液压系统，执行元件换向时，如果换向阀性能不佳或设计不当时，都很容易产生液压冲击，液压冲击产生瞬间高压可能是系统正常工作压力的几倍，这样高的压力在极短时间内会将密封件件挤入间隙内或撕裂密封唇口，造成密封件严重损坏。一般有液压冲击的油缸就在活塞上安装缓冲环和支承环。缓冲环在密封件的前面吸收大部分冲击压力，支承环防止密封件根部在高压下被挤入间隙，造成撕裂损伤。
6.密封件安装
⑴在密封件安装前，须检查 缸头内沟槽及活塞各台阶、沟槽表面粗糙度，不得有锐角、毛刺、碰伤。检查主密封沟槽底径公差带，沟槽尺寸和精度要符合密封件的几何标准要求。导向带沟槽宽度与导向带紧密配合不得出现疏松缺陷。确保缸筒内密封件滑入倒角尺寸长度及粗糙度。确保在安装密封件过程中金属边角不会对密封件造成任何形式的损坏。
⑵油缸密封安装要求有一个清洁环境，确保装配件安装清洁，安装时，注意辨别密封件朝向，避免出现安装方向错误导致装配失败。沟槽内安装密封件时，不准动用金属工具，防止对密封件表面损伤。
⑶安装密封件时，只能在金属表面涂少量润滑脂，以利于安装，但橡胶弹性和滑动密封环之间须无油装配，密封件表面上残留润滑脂，会影响密封性能。
⑷不管是立式还是卧式安装都应保持活塞与缸筒的同轴度，过大的偏心会损坏密封件。代有内螺纹的缸筒装配活塞时，必须要应用导向套工装装配。立式装配油缸时，活塞进入缸筒后，不准出现活塞杆自由落体，速度过快会损坏密封件。
来源：新液压
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