摘 要:本文介紹了特瑞堡公司用于活塞密封的格萊圈和用于活塞桿密封的斯特封的作用原理和特點(diǎn)，介紹了這兩種組合密封常見的失效形貌特征，并分析了導(dǎo)致它們失效的原因以及相應(yīng)的防止措施。

關(guān)鍵詞:格萊圈;斯特封;組合密封;失效;形貌特征

1前言

密封是解決液壓系統(tǒng)泄漏問題的有效手段之一，當(dāng)液壓系統(tǒng)的密封不好時，會因外泄漏而污染環(huán)境，還會造成空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)而影響液壓泵的工作性能和液壓執(zhí)行元件運(yùn)動的平穩(wěn)性[1]?；钊芊饧菓?yīng)用于液壓缸缸體內(nèi)部的液體密封，它們位于缸頭內(nèi)部，對缸孔進(jìn)行密封，以防止液體從缸頭流出，這使壓力在活塞的一端積聚，從而讓油缸得以伸縮;活塞桿密封件對缸桿進(jìn)行密封，必須滿足在所有工作條件下沒有至大氣側(cè)的動態(tài)泄漏，并且當(dāng)機(jī)器停頓時又必須是完好的靜態(tài)密封。此外，要通過減少摩擦來提高機(jī)械效率，并且要便于安裝在小溝槽中。

2 格萊圈和斯特封的密封原理及其特點(diǎn)

2.1格萊圈和斯特封的密封原理

格萊圈和斯特封是由特康滑環(huán)密封和施力的O形圈組成的組合密封。它們是通過徑向的過盈配合，連同O形圈的預(yù)壓縮，來保證即使在低壓下也具有良好的密封效果。當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時，O形圈通過流體施加更大的力，使格來圈和斯特封更加緊貼密封面。格萊圈、斯特封為主密封，O形圈為輔密封。

圖1為格萊圈和O圈組成的組合密封示意圖，它用于液壓缸活塞的密封，表現(xiàn)為雙作用形式，油液的壓力作用于格萊圈的兩側(cè)。格萊圈的兩個側(cè)面具有倒角，使密封圈的截面朝著密封面逐漸變窄，其截面的形狀仍然結(jié)實(shí)而緊湊，而且也不會減少因壓力產(chǎn)生的最大壓縮所需的彈性。在建立壓力以后密封圈壓向溝槽一邊，由于密封圈側(cè)面是斜的，導(dǎo)致密封圈有所“傾側(cè)”，于是最大壓力點(diǎn)就移向直接和壓力接觸的密封邊緣那部分。

圖2為斯特封和O形圈組成的組合密封示意圖，它用于液壓缸活塞桿的密封，表現(xiàn)為單作用的形式，油液的壓力作用于斯特封的一側(cè)。特殊形成的密封邊緣在高壓側(cè)具有很陡的接觸壓力梯度，而在低壓側(cè)產(chǎn)生較平緩的接觸壓力梯度，保證附著在活塞桿上的油膜在活塞桿的返回行程中回到高壓腔。這就防止了在活塞桿伸出時帶出高壓腔的微量油層造成的泄漏，這種返回輸送的特性，防止了通常伴隨串聯(lián)密封配置形成的中間壓力。采用一前一后的斯特封和O形圈組成的組合密封幾乎可以達(dá)到零泄露。

圖3為活塞密封和活塞桿密封示意圖，在液壓缸的密封中，采用由格萊圈和O形圈的組合來密封活塞和由斯特封和O形圈的組合來密封活塞桿可以實(shí)現(xiàn)比較好的密封效果。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，可根據(jù)實(shí)際的情況采用格萊圈、斯特封多級串聯(lián)的安裝方式達(dá)到預(yù)期的密封效果。

2.2格萊圈和斯特封的密封點(diǎn)[2]

格萊圈和斯特封的幾何形狀保證其具有良好的靜態(tài)、動態(tài)密封效果，并允許往復(fù)運(yùn)動時在密封處建立潤滑油膜，它們具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1) 主要采用以TurcOn[R] 聚四氟乙烯為主的材料制造，在極端溫度條件下表現(xiàn)出的性能無可匹敵;

(2) 起動時無爬行，工作平穩(wěn);

(3) 動態(tài)和靜態(tài)摩擦系數(shù)小，能量損失少且生熱低;

(4) 耐磨損，保證使用壽命長;

(5) 即使長期不動作或長期儲存期間，配合表面無粘附現(xiàn)象;

(6) 適合大多數(shù)液壓油以及大多數(shù)現(xiàn)代硬件材料，幾乎與所有介質(zhì)兼容;

(7) 適合密封的最大活塞桿直徑達(dá)2600mm。

3 失效組合密封表面形貌特征及失效的原因分析與防止措施

格萊圈、斯特封與O形圈一起組成組合密封，其中格萊圈、斯特封主要由聚四氟乙烯(PTFE)組成。由于其使用條件和工作情況的復(fù)雜性，組合失效密封件的破壞形式也是多種多樣的。圖4~圖11列出了陶瓷壓機(jī)上常見的組合密封件失效的外觀照片及破壞特征示意圖，以供分析密封系統(tǒng)失效原因時參考。

圖4所示失效格萊圈橫向撕裂，表面有許多裂紋。其原因是密封件已經(jīng)達(dá)到了其疲勞極限。解決的辦法是更換密封件同時對系統(tǒng)進(jìn)行清洗或更換新油。

圖5所示失效格萊圈的厚度出現(xiàn)了明顯不均現(xiàn)象。其原因是油缸受到偏載荷，偏載荷超過了格萊圈的抗壓強(qiáng)度，導(dǎo)致了受壓變形。解決的辦法是根據(jù)重型用途來選用密封圈，提高其抗偏載荷的能力。

圖6所示失效格萊圈與活塞桿的接觸面出現(xiàn)飛邊。其原因是與密封件相配的滑動表面粗糙度太低。解決這類問題的措施是:在進(jìn)行密封結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用與密封件相適應(yīng)的表面粗糙度。

圖7所示失效斯特封整體扭曲，沿縱向撕裂，嚴(yán)重變形。其原因是由于泄漏的液壓油沒能及時排出產(chǎn)生了困油現(xiàn)象，在運(yùn)動的過程中瞬間產(chǎn)生的高壓把斯特封從溝槽中擠出，導(dǎo)致了活塞桿直接與油缸接觸，進(jìn)一步加劇了斯特封的磨損，最終密封徹底失效。解決的辦法是在設(shè)計液壓缸時，針對可能存在困油現(xiàn)象的地方要設(shè)計排油孔，讓泄漏的油液及時排出，防止困油帶來的嚴(yán)重后果。

圖8所示失效格萊圈在滑動面上有小的壓痕。其原因是配合面上有灰塵或切屑，也可能是液壓油中有雜質(zhì)或氧化產(chǎn)物。解決的辦法是對系統(tǒng)進(jìn)行清洗或更換新油。

圖9所示失效O形圈沿縱向切面撕裂，撕裂面規(guī)則，密封圈表面無明顯的傷痕。其原因是材料的抗老化性、內(nèi)部缺陷導(dǎo)致密封件的整體性能沒有達(dá)到要求，解決的辦法是更換合格的密封圈。

圖10所示失效O形圈表面出現(xiàn)大量大小不同的凹坑，溝槽內(nèi)有部分炭化痕跡。這是系統(tǒng)中沒有排凈的空氣絕熱壓縮引起了焦燒，殘存空氣絕熱壓縮可在瞬間產(chǎn)生高溫 ，遠(yuǎn)超過密封材料的耐熱極限。為防止這類問題的出現(xiàn)，可采取以下措施:液壓油缸啟動之前，盡量排凈系統(tǒng)內(nèi)的空氣;裝配前在密封件的溝槽內(nèi)加入潤滑脂以防止空氣積累。

圖11所示失效O形圈沿縱向撕裂，撕裂面不規(guī)則，表面出現(xiàn)大量大小不同的凹面。除了圖10中的原因外，還可能的原因是溝槽兩側(cè)加工精度沒有滿足安裝要求。解決的辦法是按照密封件要求的安裝精度設(shè)計，同時對系統(tǒng)進(jìn)行清洗或更換新油。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉延俊主編. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2] 特瑞堡密封選型指南.