工程机械液压油缸的装配与如何密封

工程机械液压油缸是工程机械实现机构运动的动力源。它将液压能转变为机构所需的机械能,大多数是以直线运动形式获得力和位移的。液压缸若按用途和结构型式来分类,其种类繁多。若按压力等级来区分,工程机械上常用的仅为两大类:即中低压液压缸和高压液压缸。液压缸的压力等级大小由密封结构和液压缸本身的材质、壁厚及加工工艺等决定,这些已在设计制造时确定。对用户来说最关注的是液压缸的工作状况,即有无内外泄露现象,能否达到最大容积效率及工作寿命等等。实际应用中液压缸失效型式往往表现为内泄露和外泄露,而这些与液压缸中的密封件及其装配工艺等有关。下面就国内外液压缸的装配与密封工艺作一介绍,供同行间相互交流。

1.中低压液压缸

压力在16Mpa以下的液压缸被称为中低压液压缸,它广泛用于推土机、装载机、平地机及起重机等工程机械中。这类液压缸的密封件国内外常采用耐油橡胶作为材质,如丁腈橡胶、夹布橡胶和三元尼龙橡胶等。液压缸的密封分内、外两部分:外密封部分包括缸筒与缸盖间的静密封件和缸盖导向套与活塞杆间的动密封件,二者的作用是保证液压缸不产生外泄露;内密封部分包括活塞与缸筒内径之间的动密封件和活塞与活塞杆连接处的静密封件。这些密封的性能状态是决定液压缸能否达到设计能力的关键。

(1)缸筒与缸盖的密封

为保证缸筒与缸盖之间的静密封性能,除选择合理的静配合间隙、合适的O型圈外,最好在O型圈的受挤压侧装配尼龙背衬,这样可提高密封圈的承压能力,增加法兰螺栓或缸盖螺钉的预紧力,防止工作中因振动产生松动,导致静密封面相对错动而磨损,造成密封件损坏。

(2)活塞杆与缸盖导向套内孔的密封

①活塞杆与缸盖导向套的间隙达不到原设计要求。因长期使用,导向部分磨损失圆、拉伤、间隙增大或间隙油膜密封破坏等是造成活塞杆漏油的主要因素。在此状态下,即使换上新的密封件,仍会产生液压油从活塞杆处外泄露的症状。

②装配的所有密封件其材质均须符合标准。Y形、V形、U形、Yx形等密封件其外观质量不得有凹凸、杂质、气泡、划伤和毛刺飞边等缺陷,防尘圈装入活塞杆时不得啃伤,否则应更换新件。

③活塞杆表面镀铬层不得有脱落或严重凸凹不平处,活塞杆弯曲变形量应符合设计要求:即活塞杆表面直线度为1000mm内小于0.3mm,可用仪器测量检查。施工现场检查时,可用未装密封件的缸盖导向套涂液压油装入活塞杆上,然后全行程往复滑动和转动,手感无间隙为合适。

(3)缸盖与活塞杆装配

装配前应用汽油或清洗油(严禁用柴油或煤油)清洗所有装配件,并将缸盖内外环槽的残留物用稠布或无毛的棉布擦干净后,方可装入密封件,并应在密封件和导向套的接触表面上涂液压油(严禁干装配)。缸盖装入活塞杆时最好采用工装从水平方向或垂直方向进行装配,在保证二者同心后,才用硬木棒轻轻打入。有条件时也可加工一导向锥套,然后用螺母旋入或用硬木打入,这样既保护了油封表面,又保证缸盖能顺利装入缸筒内。

(4)活塞密封件装配

装配前必须检查导向环的背衬是否磨损,若磨损应更换,这样导向环可保证活塞与缸筒内孔间有正常间隙。导向环也称耐磨环,常由锡青铜、聚四氟乙烯、尼龙1010、MC尼龙及聚甲醛等具有耐油、耐磨、耐热且摩擦系数小的材料制成。非金属材料导向环的切口宽度随导向部分直径的增大而增加,一定要留有膨胀量,以防止在高压高温工作时出现严重拉缸现象,导致缸筒报废。

活塞内孔与活塞杆头部的配合间隙一般较小,若间隙过大时,应更换或选配活塞进行装配。活塞头部的卡键连接处应能转动灵活,无轴向间隙。采用螺纹连接的要有足够的预紧力矩,并用开口销、锁簧或径向紧固螺钉锁住,但开口销及紧固螺钉外伸部分不应过长,以免与缸底作缓冲作用的内孔部分产生碰撞而导致使用过程中出现拉缸或活塞头脱落等严重故障。

(5)缸筒与活塞杆总成装配

装配好的活塞、活塞杆、缸盖及密封件组成一个整体总成后,如何使活塞头部能正确,安全无损地装入清洗干净的缸筒内是保证液压缸工作不内泄的重要环节。不同的活塞结构和缸盖连接方式,其装配工艺不同。

①法兰连接的缸筒。当缸筒内孔端部倒角处无啃碰伤,活塞表面已涂上液压油,并且缸筒内孔与活塞同心时,既可装入活塞组件。缸盖静密封处切口的背衬应涂润滑脂或工业凡士林,并保证背衬不弹出脱位,要按规定力矩并均匀对称地紧固缸盖连接螺栓。

工厂内作业或在有条件的情况下,应加工3块卡环,用其填平卡键槽,待活塞及缸盖导向套装入缸筒内后,再将3块卡环取出,然后装入卡键。需待缸盖导向套复位后再装上定位挡圈、卡簧等件。

在施工现场或无加工条件的情况下,可剪切一条石棉(用橡皮板吧!)板板条(与卡键槽等宽),用其填平卡键槽,其余同上叙方法。此法快、方便,且能保证装配质量。

③内螺纹连接的缸盖。由于缸筒端面内孔的内螺纹易对密封件造成损坏,故装配时必须加工一薄壁开口导向套,用其固定于活塞头部,使活塞能顺利装入缸筒内,既保护了密封件,也提高了装配质量。

2.高压液压缸

随着社会生产力的发展,提高压力等级已显得非常重要,高压小型化日益受到人们的重视。高压系统和智能化控制系统要求液压缸具有无内外泄露、起动阻力较低、灵敏度高及工作时液压缸无爬行和滞后现象等特性。目前国内已引进了以美国霞板、德国宝色(现为宝色霞板)和洪格尔等密封件为代表的滑环密封技术,并广泛用于挖掘机、装载机及起重机等工程机械的高压液压缸中。正确装配是保证密封系统性能和使用寿命的前提,现就其装配工艺介绍如下:

(1)活塞上的密封件

活塞密封装置由矩形滑环(也称格莱圈)和弹性圈加4-5道导向环(也称摩擦环、支撑环或斯莱圈)共同组成。它适用于重载用活塞上的密封,具有良好的密封性、抗挤出和抗磨性能,抗腐蚀性也强。其中的格莱圈等密封件必须按照下列装配工艺进行安装,才能保证密封效果。

①将弹性圈用专用锥套推入清洁干净的活塞沟槽中。

②把格莱圈浸入液压油(或机油)内,并用文火均匀加温到80℃左右,至手感格莱圈有较大的弹性和可延伸性时为止。

③用导向锥套将加热的格莱圈装入活塞槽弹性圈上。

④用内锥形弹性套筒将格莱圈冷却收缩定形。若格莱圈变形过大且不宜收缩时,则应将活塞及格莱圈一起放入80℃左右的热油液中浸泡约5-10min,取出后须定形收缩至安装尺寸后方可进行装配。

斯莱圈应能在活塞导向槽内转动灵活,其开口间隙应留有足够的膨胀量,一般视活塞直径大小而定(2-5mm为宜),装入缸筒前应将各开口位置均匀错开。

(2)缸盖的密封件

缸盖的密封件是由双斯特封加2-3道斯莱圈及防尘圈等组成。斯特封也称为阶梯滑环,它装配正确与否直接影响外密封效果。

①先将O形弹性圈装入缸盖内槽内。

③用一根锥芯轴插入缸盖内孔,使斯特封定形,以便于装入活塞杆上。

④采用定位导向锥套将装有防尘圈、斯特封及斯莱圈的缸盖装在活塞杆上,此方法是保证斯特封唇口不啃伤的关键。

活塞及活塞杆组件与缸筒的装配,可参考中低压液压缸的装配。

日产挖掘机的液压缸,其活塞密封方式与欧美国家相似,缸盖密封机构略有不同。导向部分是采用双金属薄壁复合套的结构,支承刚度大大提高,且双金属复合套内表面的钼、镍及铜合金还特别耐磨。油封采用NOK的Y形圈,材质为聚合耐油耐磨橡胶,背衬的材料为复合填充四氟乙烯。因而改善了密封性能,提高了压力等级。这种结构比锡青铜及斯莱圈导向效果好得多,且寿命更长。

只要按照上述工艺认真装配密封件及液压缸,就可使工程机械液压油缸因密封件产生故障的频率大大降低,可确保工程机械的可靠运转。

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