泵送主油缸金屬密封特點(diǎn)淺析
泵送主油缸是混凝土泵車的核心部件之一， 泵送工況的特殊性決定其具有工作壓力高、驅(qū)動速度快、換向頻率高、密封件過孔、工作行程大等特點(diǎn)，使用工況比較惡劣�；谶@種特點(diǎn)，單靠普通的橡塑密封無法適用這種工況，在活塞上必須加裝金屬密封圈。
1、金屬密封的技術(shù)特點(diǎn)
(1)耐磨損。用于主油缸內(nèi)的金屬活塞環(huán)材料一般為合金鑄鐵，鑄鐵的一個重要的特點(diǎn)是貯油性好，可以保持良好的潤滑，提高其耐磨性。并且鑄鐵成本較低，工藝性好，適合于批量生產(chǎn)。
(2)耐高溫。金屬活塞環(huán)材質(zhì)為合金鑄鐵，散熱能力優(yōu)良，可以將熱量通過油液或缸筒散發(fā)出去，因此可以承受200℃左右的高溫。
(3)耐高壓。因材質(zhì)及密封原理的不同，橡塑材質(zhì)的密封件一般可以承受60MPa 左右的油壓， 再高密封件可能會被擠入間隙而失效。而金屬型密封件由于鑄鐵材質(zhì)， 不存在擠出的問題， 故可以承受的壓力高達(dá)100MPa。
(4)適合過孔工況。泵送主油缸由于主機(jī)液壓系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)上的原因，在油缸缸體上開有幾組φ3 小孔，工作時活塞帶著其上的密封件不停往復(fù)通過小孔，如果是橡塑類普通密封件，極易損壞。采用鑄鐵材料的金屬密封件則不存在這方面的問題。
2、金屬密封的工作原理
(1)金屬活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)。液壓缸中的活塞環(huán)與內(nèi)燃機(jī)中的活塞環(huán)不同，應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)中的活塞環(huán)，主要作用是：密封、控制潤滑油、導(dǎo)熱、支承導(dǎo)向。在液壓缸中的金屬活塞環(huán)，主要作用是起到密封的作用，并承受液壓油壓力沖擊。由于液壓缸中的液壓油自身具有潤滑作用，因此金屬活塞環(huán)上不需要設(shè)置油槽的儲油結(jié)構(gòu)。金屬活塞環(huán)結(jié)構(gòu)如圖1 所示， 為了便于安裝及獲得一定的彈力，留有切口。另外在密封時，利用油壓可以使活塞環(huán)漲開，使之與缸筒內(nèi)壁貼緊，實(shí)現(xiàn)密封。
(2)金屬活塞環(huán)的密封原理。在金屬活塞環(huán)的密封原理是并非通過活塞環(huán)的徑向彈力貼死內(nèi)壁進(jìn)行密封，而是通過利用液壓油的壓力實(shí)現(xiàn)自密封，類似橡塑密封的“自封作用”。如圖1 所示，金屬活塞環(huán)安裝在活塞上，活塞環(huán)與溝槽之間存在軸向間隙，在徑向上雖然活塞環(huán)為預(yù)壓縮式裝入缸筒內(nèi)， 其外表面與缸筒內(nèi)壁接觸，但由于缸筒內(nèi)孔圓度偏差，局部會存在間隙。
我們把活塞環(huán)的四個面按圖2 中所示標(biāo)記為A、B、C、D，當(dāng)高壓腔壓力油沖擊到A 面時，金屬環(huán)的左側(cè)和下側(cè)均充滿高壓油，使得金屬環(huán)右側(cè)與活塞貼死，上表面與缸筒內(nèi)壁貼死，壓力越高貼得越緊，則密封性越好，此時活塞向右運(yùn)動。當(dāng)?shù)蛪呵蛔優(yōu)楦邏呵粫r，活塞環(huán)靠左貼緊，活塞向左運(yùn)動。相對于橡塑類密封件，金屬環(huán)由于質(zhì)地硬，所以無法實(shí)現(xiàn)完全的密封，少量的液壓油仍會經(jīng)微觀縫隙通過。一般該類密封選取3~5 個為一組串聯(lián)使用，并且在安裝時使得切口相互錯開，降低泄漏量。此類密封形式只適合在不需要長時間保壓的工況下使用。
圖1 金屬活塞環(huán)結(jié)構(gòu) 圖2 活塞環(huán)示意圖
3、金屬活塞環(huán)常見故障分析
金屬活塞環(huán)密封如果設(shè)計或加工不當(dāng)， 會出現(xiàn)各種問題，譬如異常磨損，液壓缸無法啟動與液壓缸內(nèi)泄等問題。金屬活塞環(huán)磨損過快，其造成因素有很多，現(xiàn)針對該問題進(jìn)行簡單的分析：
(1)液壓缸缸筒內(nèi)孔粗糙度差，未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，缸筒直線度與圓度超出形位公差設(shè)定值；
(2)缸筒螺紋與內(nèi)孔不平行度過大，造成活塞桿在缸筒偏斜角度偏大，致使活塞環(huán)磨損異常；
(3)金屬活塞環(huán)與活塞溝槽之間的公差間隙過大，發(fā)生竄動，金屬活塞環(huán)磨損。如果間隙過小，活塞環(huán)卡在溝槽中，無法對缸筒內(nèi)壁的粗糙度進(jìn)行補(bǔ)償，加劇磨損。
4、結(jié)論
金屬活塞環(huán)的密封原理可以滿足高壓高沖擊工況的使用，但由于存在較大的泄漏量，在液壓缸領(lǐng)域應(yīng)用范圍不廣。在實(shí)際中需要根據(jù)液壓缸的功能及使用要求恰當(dāng)?shù)剡x擇。同時相關(guān)的零部件選擇合適的加工工藝，并嚴(yán)格地進(jìn)行控制，減少金活塞環(huán)的故障率，提高產(chǎn)品可靠性。
