液压缸密封系统的优化设计

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【摘 要】 液压缸作为液压系统中的重要动力执行元件，能够有效、充分将液压能转变为机械能，广泛应用于各个领域。本文提出了一种适合各种工况，能够有效提高液压缸使用寿命的密封系统的优化设计，包括液压缸活塞与缸体之间、活塞杆与缸盖之间密封方式。该种设计形式下的液压缸摩擦阻力小、密封性能好、活塞杆的划伤几率小、液压缸寿命长。

【关键词】 液压缸 活塞杆 活塞 密封 优化设计

1 液压缸简介

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。其基本结构图如图1所示。

2 问题的提出

传统的液压缸设计思路，在保证一定的加工精度、装配水平的条件下，均可满足一般工况的使用。但在使用环境恶劣，尤其是粉尘浓度大、环境温度高、负载较大的条件下，液压缸的损坏形式一般有两种，其一为液压缸密封直接损坏，导致液压缸漏油（内泄、外泄）不能继续使用；其二为活塞杆划伤，进一步导致密封损坏液压缸漏油。可见密封系统是液压缸质量的关键，因此对液压缸密封系统进行优化设计势在必行。

3 优化设计思路

加强密封圈的刚度及强度，增强液压缸缸体与活塞之间、活塞杆与缸盖之间的密封、导向和能力，从而减小密封圈在受力的情况下，达到变形小、与缸体、活塞、活塞杆的基础面积最大化的目的。密封方式及结构如图2所示。

4 具体实施方案

（1）密封圈的选型：对液压缸密封系统进行优化设计，提高密封系统的使用寿命，密封圈的选型为基础。我们选用密封圈的宗旨为：保证密封功能稳定性及可靠性；与液压流体的互溶性好；抗机械磨损性能强；摩擦系数低，弹性性能好。

（2）密封系统的设计：液压缸密封系统的结构设计是重中之重，结构直接决定使用效果，根据不同的使用工况有着与之最合理的结构设计的搭配。现以粉尘浓度大作为工况举例。粉尘浓度大时，随着液压缸上线时间的延长，堆积在活塞杆与缸体之间的杂质就会越多，杂质跟随活塞杆的往复运动，多少会挤在密封圈和缸体内壁及密封槽内。此种条件下会对活塞杆造成额外损伤，从而对密封圈造成损坏。解决该种问题的方式为：在最外侧的O型密封圈以外，再设计一道防尘密封圈，一般密封槽的宽度在2mm左右，不易过宽。这样就会将环境中的杂质阻挡在液压密封圈以外，起到保护作用。

（3）密封圈的安装：由于O形圈弹性较大，安装比较容易；而耐磨环弹性较差，如果直接安装则活塞的各台阶、沟槽容易划伤其密封表面，影响密封效果。为保证耐磨环安装时不被损坏，应采取一定的安装措施。耐磨环主要由填充聚四氟乙烯（PTFE）材料制成，具有耐腐蚀的特性，热膨胀系数较大，故安装前先将其在100℃的油液中浸泡20min，使其逐渐变软，然后将其装入活塞的沟槽中。一般情况来讲，密封装配采用间隙配合。

5 结语

通过对液压缸密封系统的优化设计，可以延长液压缸使用寿命，改善使用效果。

参考文献：

[1]臧克江.液压缸.化学工业出版社，2011.02.

[2]许贤良.液压缸及其设计.国防工业出版社，2011.08.