２０１０年第７期 中州煤炭 第１７５期 液压支架缸柱密封技术对比分析 史艳冰 （郑州煤矿机械集团股份有限公司，河南郑州４５００１３） 摘要：密封件质量的好坏对液压支架缸柱有着重要作用，它关系到液压支架能否达到其设计承载力，故提高 其密封的可靠性对矿井支护意义重大。介绍了常用密封件的材料、结构形式的发展、密封方案的分析、制造 工艺及安装情况，探讨了各种密封件的适应性和提高其可靠性的途径。 关键词：液压支架缸柱；密封件；密封材料 中图分类号：ＴＤ３５５．４７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—０５０６（２０１０）０７～００４５—０２ １密封件材料 单一材料无法达到的性能水平。实践证明，采用多 种材料的组合密封，性能可靠，使用寿命长，在高可 （１）丁腈橡胶和丁腈夹布橡胶密封。丁腈橡胶 靠性液压支架中已得到广泛使用。 的特点是具有优异的弹性，耐多种液压油、水和乳化 液。一般而言，丁腈橡胶和丁腈夹布橡胶密封圈的 ３密封方案分析 硬度一般为邵氏５０～８５ Ａ，拉伸强度１２～２０ ＭＰａ， ３．１活塞密封 承压和耐磨性差、可靠性低 。这就导致采用丁腈 （１）鼓型密封圈。如图１ａ所示，产品上下两端 橡胶和丁腈夹布橡胶生产制造的液压支架密封产品 为丁腈夹布橡胶ｕ型圈，中间为纯丁腈橡胶材料。 的使用寿命均较短。 该结构使用较早，使用的数量也多，但产品断面大， （２）聚氨酯材料。聚氨酯材料与丁腈橡胶比 拉伸后回缩性能不好，需采用开放式安装沟槽。 较，具有更加优良的机械物理性能，其拉伸强度、弹 （２）山型密封圈。如图１ ｂ所示，采用丁腈橡胶 性模量、扯断伸长率和耐磨性均是丁腈橡胶无法比 制造，其主要特点是：断面小，在一个阶段内广泛使 拟的，其缺点是易水解。但是，随着技术的进步，近 用。但由于其断面尺寸偏小，密封圈承压能力不足， ２０ ａ来聚氨酯材料的抗水解能力大大提高。如聚醚 磨损也较快，目前使用量已很少。 型聚氨酯的抗水解性能优良，实验证明，ＰＴＭＧ作为 （３）活塞组合密封。组合密封圈由３部分组 预聚体的聚氨酯在常温水中存放１０ ａ，其机械物理 成，如图１Ｃ所示，密封环（表面环）、弹性体（预加载 性能下降约５％。因此，耐水解聚醚型聚氨酯作为 元件）和挡圈，三者共同组合成１个成套活塞组合 液压支架密封材料，近几年在国内得到了大量的使 密封。 用并得到了广泛肯定。 ２密封形式的发展 针对密封材料的性能，新的设计理念已在密封 归 （ａ）鼓型密封圈 （ｂ）山型密封圈 （ｃ）组合密封罔 表面环 件中应用，称之为组合密封。即在液压支架密封件 中，密封产品由多个零部件装配组合而成，且各零部 图１ 活塞密封结构形式 件为不同的材质，如活塞组合密封。活塞组合密封 该活塞组合密封的密封环为耐水解聚醚型聚氨 圈由采用不同密封材料的３部分组成。它利用不同 酯材料，弹性体为丁腈橡胶，挡圈为聚甲醛（ＰＯＭ） 材料性能互补的特点，使密封产品的密封性能达到 材料。密封环与千斤顶缸筒接触，且与缸筒往复相 对运动，要求有高的抗撕裂强度和好的耐磨性；弹性 收稿日期：２０１０—０４—１２ 体为密封环提供安装预压缩应力，进行初始加载，具 作者简介：史艳冰（１９６４一），女，河南民权人，工程师，现从事设计标 有良好的回弹性和小的压缩应变；挡圈则防止密封 准化工作。 环被挤入活塞与缸筒的间隙之中，保护密封环不被 －４５・ ２０１０年第７期 中州煤炭 总第１７５期 高压破坏。它们三者共同支撑起整个活塞组合密 封，以提高该组合密封的高压密封性能，确保密封有 较长的使用寿命。 丁腈橡胶弹性体作为加载元件，在活塞组合密 封受到较高液压力时，能增大活塞组合密封的密封 环与缸筒的接触应力。一般而言，丁腈橡胶的泊松 比Ａ ０．５，而聚氨酯的泊松比Ａ ０．４７。根据弹 性体的压力传递系数可知，丁腈橡胶的弹性体的压 力传递系数 １，聚氨酯的弹性体的压力传递系 数 ０．８８７，即丁腈橡胶比聚氨酯具有更优良的压 力传递效果。图１ｃ所示的活塞组合密封，将丁腈橡 胶与聚氨酯的性能进行优化，使产品既具有良好的 压力传递能力，又具有良好的回弹性和耐磨性，具有 自密封的特点，且比单一使用聚氨酯的鼓型圈的自 密封效果好。 就活塞组合密封而言，由于弹性体丁腈橡胶的 硬度为邵氏８Ｏ Ａ，聚氨酯密封环的硬度为邵氏９５ Ａ，其设计的密封过盈量比单一使用聚氨酯的鼓型 密封圈要大，因此其允许的液压缸涨缸量也较鼓型 密封圈的大，即其密封适应能力比鼓型圈更好，其密 封性能明显优于鼓型密封圈 。 ３．２活塞杆密封 （１）蕾型密封圈。如图２ａ所示，具有耐压高、 防挤压性能强、密封可靠的特点，但其成本高，使用 数量较少，一般用于导向套密封。 （２）组合密封。如图２ｂ所示，一般使用０型圈 作预加载元件，加上密封外壳、挡圈组成。工作时橡 胶密封圈因受压缩产生的弹性预压力将聚氨酯的外 环紧贴缸筒（活塞杆），表面由抗磨性好的聚氨酯与 其构成密封，橡胶密封圈仅提供预紧力。 密封壳体由聚氨酯材料组成，弹性好，易安装。 橡胶加载元件使密封唇能够在各种压力条件下完全 起作用，并减缓冲击载荷对密封圈的冲击。挡圈确 保密封件在工作中承受侧向载荷和极限压力。 ４ 密封件生产工艺及安装 （１）工艺。２０世纪８０年代末、９０年代初，国内 ・４６・ 密封件厂家采用浇铸工艺生产液压支架密封件，产 品结构形式为鼓型、山型和蕾型，材料为聚氨酯。原 材料质量差，生产工艺落后，浇铸模压成型工艺不稳 定因素较多、质量离散性大，尺寸随时间变化量 大 。国产密封件质量与液压支架密封要求有较 大差距，了聚氨酯密封圈的推广。近年来，密封 件生产厂家采用了先进的自动化加工设备和优质进 口聚氨酯半成品材料，使用“无模车削”加工工艺， 解决了上述问题，使聚氨酯密封件开始广泛使用。 （２）安装。鼓型密封圈由于产品拉伸后回缩性 能不好，安装沟槽只能做成Ｔ形开放式沟槽。由于 安装沟槽宽且深，加工量较大，增加了制造成本，同 时，由于各零件装配过程中的累积误差，造成活塞的 整体精度有所下降。山型密封圈适用于整体式沟 槽，但安装时需使用特殊工具，安装困难。活塞组合 密封可用于闭环结构的整体式沟槽，沟槽一般较浅， 活塞精度高，且活塞组合密封圈由３部分组成，分别 采用不同的材料制造，安装方便。 ５ 结语 鼓型密封圈从液压缸在支架上的安装位置上来 说，适用于对闭合长度无特殊要求的缸柱中，材料选 用聚氨酯，以提高其密封可靠性；山型密封圈适用于 安装在结构件之内或空间位置有限的地方，如侧推 千斤顶等，可以发挥其结构紧凑的优势。但由于其 磨损快等原因，除在这些场合外，其他场合已不使 用；组合密封圈由于其结构紧凑，密封性能可靠，适 用于在液压支架各缸柱中使用。 综上分析，采用组合密封形式是提高液压支架 可靠性的有效途径。①密封面使用优质聚氨酯材 料，耐磨性好；②内层用丁腈橡胶作预加载，与其他 密封元件相比，保证在低压时也能可靠密封。有冲 击载荷时，由于橡胶件的弹性好，使得聚氨酯与缸摩 擦减小，外用聚甲醛挡圈可以防止密封圈挤出，延长 了密封件使用寿命，提高了密封可靠性，缩短了密封 失效的维护时间，提高了生产效率。 参考文献： ［１］ 王国法，赵志社，李政，等．液压支架立柱和千斤顶密封技术研 究［Ｊ］．煤炭科学技术，２００７，３５（８）：８２－８５． ［２］ 马晓东．液压支架用密封技术的现状和发展［Ｊ］．煤矿开采， ２００６（４）：８０—８１． （责任编辑：刘欢欢）
