專利名稱：無維護(hù)液壓油缸的制作方法
無維護(hù)液壓油缸屬液壓傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。其背景技術(shù)可參見《國外工程技術(shù)機(jī)械》P33-38，1/91。
現(xiàn)有液壓油缸因其密封結(jié)構(gòu)中的彈性密封體的應(yīng)力結(jié)構(gòu)差，密封結(jié)構(gòu)的耐壓性能差及工作可靠性差(有安裝切創(chuàng)、撕裂、擠出等硬性破壞)，密封體的工作壽命短(1500-2000h，相當(dāng)于9個(gè)月-1年)。其軸承壽命只是相對(duì)長(zhǎng)些(6000-12000h，3-6年)。油缸在使用中維護(hù)太多，即增加機(jī)械的維護(hù)費(fèi)用，又降低了機(jī)械的使用效率。
本技術(shù)的目的在于，通過浮動(dòng)結(jié)構(gòu)及全隔擋密封的全新設(shè)計(jì)以及采用一種純化軸承的方式設(shè)計(jì)一種具有良好的耐高壓性能及在正常使用期無需維護(hù)的液壓油缸。
密封結(jié)構(gòu)浮動(dòng)設(shè)計(jì)(

圖1)將解除密封結(jié)構(gòu)與軸承結(jié)構(gòu)間的制約;密封體的全隔擋(圖2)將解決密封體可靠性差及壽命短的問題。密封體空間的限定將其老化、浸蝕的有害結(jié)果(膨脹)轉(zhuǎn)而對(duì)維持密封貼緊線壓力有利;密封體的全壓縮(無位錯(cuò)變形壓縮。據(jù)第四強(qiáng)度理論
＝｛1/2[(O1-O2)2+(O2-O3)2+(O3-O1)2｝12(劉鴻文《材料力學(xué).上冊(cè)》1982年10月第二版P.309高等教育出版社)，材料的破壞性應(yīng)力作用多被相互抵消(O1、O2、O3)相差不大))控制了材料的蠕變，并且全壓縮能夠有效地抵抗浸蝕，減緩材料的老化。更有浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)給出的較大的封油線壓力余量(見浮動(dòng)結(jié)構(gòu)效果分析)使密封體的允磨量可以被設(shè)計(jì)得大于1-3mm(半徑方向)。而根據(jù)工作條件為傳動(dòng)線速度＜25m/s，滑轉(zhuǎn)干摩擦的三角皮帶壽命達(dá)4000-5000h(《化工產(chǎn)品手冊(cè).橡膠及橡膠制品》化學(xué)工業(yè)出版社);工作條件為摩擦線速度＜10m/s，摩擦軸徑精車，摩擦線速度＜15m/s，摩擦軸徑磨削(濮良貴《機(jī)械零件》1982年修訂本P.311，高等教育出版社)的有骨架油封壽命可達(dá)一個(gè)大修周期(一般作程式化更換。非早期失效的失效形式多為軸徑被磨出溝槽，早期失效則多為于安裝不正確或安裝尺寸設(shè)計(jì)失當(dāng)(過緊))及現(xiàn)用非早期失效密封圈多不見磨損(多為蠕變或軸徑偏置壓變形失敗)的事實(shí)(部分橡膠塑料材料在光滑的鋼鐵表面上非常耐磨)推論，時(shí)間摩擦路程僅為有骨架油封1/60(油缸運(yùn)作的平均線速度在0.1m/s量級(jí)，可達(dá)0.25-0.50m/s)且軸徑易帶走摩擦熱量(油封為固定位置旋轉(zhuǎn)摩擦)、工作間歇次數(shù)多、時(shí)間長(zhǎng)(至少每走一個(gè)工作長(zhǎng)度停歇一次或一段時(shí)間)的液壓油缸密封結(jié)構(gòu)，在浮動(dòng)及全隔擋設(shè)計(jì)之后(此時(shí)摩損為主要失效原因)，完全有可能達(dá)到理論上的無維護(hù)壽命(2000-3000h，僅為三角皮帶壽命的4-6倍，相當(dāng)于10-15年。)而全隔擋密封結(jié)構(gòu)的密封理論根據(jù)為填塞封油模型演化(圖3)、油缸從動(dòng)工作態(tài)(油缸一般不作主動(dòng)部件)密封狀態(tài)分析(圖4)及動(dòng)態(tài)密封貼緊壓力取力結(jié)構(gòu)分析(圖5)。
軸承壽命的拓展則受益于密封結(jié)構(gòu)與軸承結(jié)構(gòu)制約關(guān)系的解除，此時(shí)軸承的壽命僅與油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)有關(guān)，軸承的最終間隙可允許稍大。軸承作鈍化處理，軸承表面微結(jié)構(gòu)改善，軸承進(jìn)入穩(wěn)定工作期(鈍化處理的目的是讓軸承直接進(jìn)入穩(wěn)定工作期)的初始間隙減小后，油缸軸承則能較有保證地達(dá)到油缸整體的無維護(hù)壽命要求。而軸承的鈍化處理過程為液壓(使表面晶粒順受液壓方向(垂直于滑動(dòng)方向)變得細(xì)長(zhǎng)而緊密)，提高軸承的疲勞強(qiáng)度及耐磨性(王寶璽《汽車拖拉機(jī)制造工藝學(xué)》P142，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社)后，用離心拋轉(zhuǎn)(圖6)方式改善軸承的適應(yīng)性(利用轉(zhuǎn)芯(或轉(zhuǎn)筒)兩端的剛性差異及缸口軸承(或活塞)兩端的質(zhì)量差異及隨機(jī)撞擊，對(duì)軸承進(jìn)行仿工作態(tài)磨合(初時(shí)可加磨料)，其效果為缸口軸承呈微觀錐形(活塞為微觀非對(duì)稱鼓形)，見圖6.4及5，當(dāng)然，此時(shí)的軸承材料只能用鑄鐵或銅合金了。
采用全隔擋密封體帶來的附加問題是，全壓縮的密封體很難被裝進(jìn)其工作位置。圖7結(jié)構(gòu)則可使密封體被壓力液體壓入。其壓力液體為閥控機(jī)動(dòng)泵壓油或手動(dòng)泵壓油。
脫離軸承制約的浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，其密封縫隙由0.20-0.30mm(直徑方向)，以上降為0.06mm(滑動(dòng)配合)左右。更重要的是浮動(dòng)結(jié)構(gòu)能夠始終保持縫隙均勻，不因偏置增大。0.03mm的單邊縫隙對(duì)可以用尼龍圈保護(hù)的密封體不再有不利影響。至此，密封體有形的力的破壞因素除摩擦外均被消除。密封體的受壓極限被大幅度(尚無計(jì)算依據(jù))提高，此提高除能轉(zhuǎn)變?yōu)橛透自S用壓力的增加外，還可轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)許用密封貼緊線壓力余量。因?yàn)閺暮?jiǎn)單的力的疊加原理即可看出，密封體承受的最大壓力是被封油壓力與密封貼緊線壓力之和。而油缸的無維護(hù)效果則能為液壓機(jī)械的用戶節(jié)約油缸的維護(hù)(一般要涉及大臂架的拆裝)費(fèi)用、避免與油缸維護(hù)相關(guān)的維護(hù)停機(jī)(小中型液壓機(jī)械的日租金即在幾百至一二千元之間)損失及很有可能的維護(hù)創(chuàng)傷(部位于相對(duì)拆裝力的弱強(qiáng)度結(jié)構(gòu)及高精度光整面)損失。這些費(fèi)用與損失的總合與油缸的制造成本相比即不是一個(gè)小數(shù)目;而若與油缸改進(jìn)所增加的費(fèi)用相比，其數(shù)字之大則無法評(píng)述，因?yàn)樾陆Y(jié)構(gòu)油缸的生產(chǎn)過程與現(xiàn)用油缸的生產(chǎn)過程基本相同，并無特殊工藝要求，其成本基本不增加。
附圖中，圖1是浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，圖2a是全隔擋密封體密封的全結(jié)構(gòu)，圖2b為其可能結(jié)構(gòu)。圖3a部分是填塞封油模型的演化，其說明油缸封油可以基于填塞封油模型解釋油缸靜態(tài)及封油面逆油泄方向滑動(dòng)動(dòng)態(tài)(見圖4滑動(dòng)對(duì)封油無不利影響)的縫隙封油條件極佳，僅需密封體與密封壁間無初始狀態(tài)(末充油狀態(tài))縫隙;封油面順油泄方向滑動(dòng)動(dòng)態(tài)的縫隙封油條件亦僅為密封體須提供足夠的密封貼緊線壓力以阻止粘附于封油面上的油膜被帶出。圖3b部分則為全隔擋狀態(tài)密封體的受力分析，其表明全隔擋密封體受力無位置錯(cuò)變形，處于全壓縮狀態(tài);全隔擋密封體的力傳遞特征與液體的力傳遞特征相同。圖4是油缸從動(dòng)工作態(tài)密封狀態(tài)的分析，其說明僅有油缸缸口有封油面順油泄方向滑動(dòng)動(dòng)態(tài)封油，即僅有油缸缸口的密封體需要提供密封貼緊線壓力。圖5則是密封貼緊線壓力的取力形式分析。圖中，3與5比較，3中的密封體的回復(fù)力無法控制，5中的密封體的回復(fù)力則可被調(diào)整。
圖8則是最佳狀態(tài)下的無維護(hù)液壓油缸全結(jié)構(gòu)。
注公式中的O＝σ
權(quán)利要求
1.一種長(zhǎng)壽命液壓油缸，其主體由軸向往復(fù)軸承與密封結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其特征在于，其采用浮動(dòng)全隔擋密封結(jié)構(gòu)及鈍化處理軸承；
2.一種長(zhǎng)壽命的組合密封，其特征在于，其在油缸的密封位置浮動(dòng);
3.根據(jù)權(quán)利要求2的組合密封，其特征還在于，其密封體處于全隔擋-密封體的全部變形受硬體(硬體可以是鋼鐵，也可以是硬尼龍)限制狀態(tài)。
4.一種經(jīng)表面處理的軸承，其特征在于，其材質(zhì)為鑄鐵或銅合金或?yàn)殍T鐵或銅合金的鑲裝結(jié)構(gòu)，其承壓表面具有被滾壓的垂直于滑動(dòng)方向的細(xì)長(zhǎng)、緊密晶粒的微結(jié)構(gòu);
5.根據(jù)權(quán)利要求4的軸向滑動(dòng)軸承，其軸承面具有仿工作態(tài)磨合后的微觀錐形結(jié)構(gòu)(對(duì)缸口軸承)或鼓形結(jié)構(gòu)(對(duì)活塞)。
全文摘要
無維護(hù)液壓油缸是一種采用浮動(dòng)全隔擋密封及鈍化處理軸承的長(zhǎng)壽命液壓油缸，其長(zhǎng)壽命可使其在一般機(jī)械的正常壽命使用期無需維護(hù)。
文檔編號(hào)F15B15/17GK1068631SQ9110492
公開日1993年2月3日 申請(qǐng)日期1991年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月14日
發(fā)明者鄭洪柱 申請(qǐng)人:鄭洪柱