密封装置的选用和设计在液压系统中的重要性

密封是解决液压系统泄漏问题最重要、最有效的手段。工程机械液压系统如果密封不良，可能出现不允许的外泄漏。外漏的油液将会污染环境，还可能使空气进入吸油腔，影响液压泵的工作性能和液压执行元件运动的平稳性（爬行）；泄漏严重时，系统容积效率过低，甚至工作压力达不到要求值。若密封过度，虽可防止泄漏，但会造成密封部分的剧烈磨损，缩短密封件的使用寿命，增大液压元件内的运动摩擦阻力，降低系统的机械效率。因此，合理地选用和设计密封装置在液压系统的设计中十分重要。

1.对密封装置的要求

1）在工作压力和一定的温度范围内，应具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高密封性能。

2）密封装置和运动件之间的摩擦力要小，摩擦因数要稳定。

3）耐蚀性好，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿。

4）结构简单，使用、维护方便，价格低廉。

2.密封装置的类型和特点

密封按其工作原理可分为非接触式密封和接触式密封。前者主要指间隙密封，后者指密封件密封。

（1）间隙密封 间隙密封是靠相对运动件配合面之间的微小间隙来进行密封的，常用于柱塞、活塞或阀的圆柱配合副中，一般在阀芯的外表面开有几条等距离的均压槽，它的主要作用是使径向压力分布均匀，减少液压卡紧力，同时使阀芯在孔中对中性好，以减小间隙的方法来减少泄漏。同时槽所形成的阻力，对减少泄漏也有一定的作用。均压槽一般宽为0.3～0.5mm，深为0.5～1.0mm。圆柱面配合间隙与直径大小有关，对于阀芯与阀孔一般取0.005～0.017mm。

这种密封的优点是摩擦力小，缺点是磨损后不能自动补偿，主要用于直径较小的圆柱面之间，如液压泵内的柱塞与缸体之间，滑阀的阀芯与阀孔之间的配合。

（2）O形密封圈 O形密封圈一般用耐油橡胶制成，其横截面呈圆形，它具有良好的密封性能，内外侧和端面都能起密封作用，结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，制造容易，装拆方便，成本低，且高低压均可以用，所以在液压系统中得到广泛的应用。

图2-106所示为O形密封圈的结构和工作情况。图2-106a所示为其外形；图2-106b所示为装入密封沟槽的情况，δ₁、δ₂为O形密封圈装配后的预压缩量，通常用压缩率W表示，即W=[（d₀-h）/d₀]×100%，对于固定密封、往复运动密封和回转运动密封，应分别达到15%～20%、10%～20%和5%～10%，才能取得满意的密封效果。当油液工作压力超过10MPa时，O形密封圈在往复运动中容易被油液压力挤入间隙而提早损坏，如图2-106c所示，为此要在其侧面安放1.2～1.5mm厚的聚四氟乙烯挡圈，单向受力时在受力侧的对面安放一个挡圈，如图2-106d所示；双向受力时则在两侧各放一个挡圈，如图2-106e所示。

图2-106 O形密封圈

a）外形 b）装入密封沟槽 c）挤入间隙 d）安放挡圈 e）双侧安放挡圈

O形密封圈的安装沟槽，除矩形外，也有V形、燕尾形、半圆形、三角形等，实际应用中可查阅有关手册及国家标准。

（3）唇形密封圈 唇形密封圈根据截面的形状可分为Y形、V形、U形、L形等。其工作原理如图2-107所示。液压力将密封圈的两唇边h₁压向形成间隙的两个零件的表面。这种密封作用的特点是能随着工作压力的变化自动调整密封性能，压力越高，则唇边被压得越紧，密封性越好；当压力降低时唇边压紧程度也随之降低，从而减少了摩擦阻力和功率消耗，除此之外，还能自动补偿唇边的磨损，保持密封性能不降低。

目前，液压缸中普遍使用如图2-108所示的所谓小Y形密封圈作为活塞和活塞杆的密封。其中，图2-108a所示为轴用密封圈，图2-107b所示为孔用密封圈。这种小Y形密封圈的特点是断面宽度和高度的比值大，增加了底部支承宽度，可以避免摩擦力造成的密封圈的翻转和扭曲。

在高压和超高压情况下（压力大于25MPa），V形密封圈也有应用，V形密封圈的形状如图2-109所示，它由多层涂胶织物压制而成，通常由压环、密封环和支承环三个圈叠在一起使用，此时已能保证良好的密封性，当压力更高时，可以增加中间密封环的数量，这种密封圈在安装时要预压紧，所以摩擦阻力较大。

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图2-107 唇形密封圈的工作原理

图2-108 小Y形密封圈

a）轴用密封圈 b）孔用密封圈

图2-109 V形密封圈

a）支承环 b）密封环 c）压环

唇形密封圈安装时应使其唇边开口面对液压油，使两唇张开，分别贴紧在机件的表面上。

（4）组合式密封装置 随着液压技术的应用日益广泛，系统对密封的要求越来越高，普通的密封圈单独使用已不能很好地满足密封性能，特别是使用寿命和可靠性方面的要求，因此，人们研究和开发了由包括密封圈在内的两个以上元件组成的组合式密封装置。

图2-110a所示的为O形密封圈与截面为矩形的聚四氟乙烯塑料滑环组成的组合密封装置。其中，滑环2紧贴密封面，O形密封圈1为滑环提供弹性预压力，在介质压力等于零时构成密封，由于密封间隙靠滑环，而不是O形密封圈，因此摩擦阻力小而且稳定，可以用于40MPa的高压；往复运动密封时，速度可达15m/s；往复摆动与螺旋运动密封时，速度可达5m/s。该组合密封装置的缺点是抗侧倾能力稍差，在高低压交变的场合下工作容易漏油。图2-110b所示为由支持环3和O形密封圈1组成的轴用组合密封，由于支持环与被密封件之间为线密封，其工作原理类似唇边密封。支持环采用一种经特别处理的化合物，具有极佳的耐磨性、低摩擦和保形性，不存在橡胶密封低速时易产生的“爬行”现象。其工作压力可达80MPa。

图2-110 组合式密封装置

a）O形密封圈和塑料滑环 b）支持环和O形密封圈

1—O形密封圈 2—滑环 3—支持环

组合式密封装置由于充分发挥了橡胶密封圈和滑环（支持环）的长处，因此不仅工作可靠，摩擦力低而稳定，而且使用寿命比普通橡胶密封提高近百倍，在工程上的应用日益广泛。

（5）回转轴的密封装置 回转轴的密封装置形式很多，图2-111所示是一种由耐油橡胶制成的回转轴用密封圈，它的内部有直角形圆环铁骨架支撑着，密封圈的内边围着一条螺旋弹簧，把内边收紧在轴上来进行密封。这种密封装置主要用作液压泵、液压马达和回转式液压缸的伸出轴的密封，以防止油液漏到壳体外部，它的工作压力一般不超过0.1MPa，最大允许线速度为4～8m/s，必须在有润滑的情况下工作。

图2-111 回转轴用密封圈