聚氨酯的弹性性能、机械强度和耐磨性使其成为气动密封的良好材料。当聚合物的成分和设计开发调整到气动应用的特定需求时,现代聚氨酯气动密封将操作极限提升到新的水平。这已经通过严格的测试和验证。
气动执行器是物料处理和自动化系统的关键元件,用于移动、夹紧和定位货物、箱子、襟翼、闸门等。一个典型的气缸(图1)包含几个静态和动态密封。动密封有:
双作用活塞密封(通常是两个u型杯密封)棒密封和刮泥器(通常组合在一个元件中)两个缓冲密封用于可调气动端缓冲。动态密封必须在以下环境下良好工作:无油压缩空气,只使用气缸装配过程中施加的最小的润滑脂润滑。工作压力为100 psi,缓冲期间行程为360 psi。蠕变速度为3+英尺/秒。典型的累计寿命里程至少为4000英里,动态接触区域必须保持润滑脂润滑。灵活的密封唇几何形状提供低径向力,圆形接触区域允许唇漂浮在油脂膜上。
如果在气缸中使用液压密封,那么高的径向力和锋利的密封边缘会将油脂从接触区域刮走。润滑脂会聚集在末端,随之而来的润滑不良将导致高摩擦,严重磨损和缩短使用寿命。
密封设计完善密封设计遵循上述原则。附加功能确保在任何操作条件下正常工作。
活塞密封:u型杯式活塞密封已在气缸中应用多年。图2中的设计有几个特殊的特性。密封唇与阀体之间的连接较薄,实现较小的径向力。对接触区域,唇较大,以提供稳定的压力。
在两侧唇和背面外径上的缺口可避免故障。外部密封唇侧面的凹槽确保压力增加时适当激活。在双作用活塞的两个u型杯之间,背部外径和内唇上的凹槽作为压力释放通道。如果没有这些凹槽,压力陷阱和摩擦会使凹槽中的密封倾斜,导致气缸无法操作。通过有限元分析,优化了密封唇的圆形接触面积,确保在整个压力范围内具有良好的密封性能。
针对气动应用的特殊要求,开发了一种聚氨酯材料。83肖尔A硬度相对较低,以尽量减少径向力。具有良好的压缩固定性、低摩擦和优异的耐磨性,为良好的功能性能和较长的使用寿命提供了前提条件。
杆密封:杆密封设计适合ISO 15552气动气缸的凹槽。该密封件具有密封唇和刮泥唇,并在外径处由固位器“鼻”固定。密封可以通过将其推入孔内安装到未分离的压盖中,直到保持器机头卡入壳体孔的配合槽。外部的静态密封唇是倒角的,便于安装。
由于密封仅由其保持器机头固定,密封材料必须足够坚硬,以承受压力和摩擦的轴向力。因此,使用较硬的材料(94 Shore a)来保持适当的密封方向。
缓冲密封提供平稳的活塞运动在死角位置。缓冲密封(图5)比o形环工作得更好。具体设计特点有:
具有止回阀功能的轴向密封边缘,在唇边和外径上有组合缺口,允许空气流动
缓冲密封仅在冲程结束时起作用。在缓冲密封和活塞密封之间形成一个压力腔,像空气枕一样平稳地吸收动能。为了确保缓冲密封在气缸反向时不影响运动,密封具有集成的止回阀功能,将压力作用于整个气缸区域。如果使用o形环作为缓冲密封,则运动延迟,因为在缓冲棒移出o形环之前,气压不能作用于整个气缸区域。用市售气缸进行的测试程序证实了材料和设计开发的努力。气缸配备了一个杆封刮板、两个活塞密封和两个缓冲密封。测试程序包括:
高压试验爆破压力试验低温试验温度循环试验最低转速试验耐力试验试验程序反映了苛刻但现实的操作条件,使用无油压缩空气,含油量< 0.01 mg/m3 (ISO 8573-1级)。测试监测了密封功能的两个指标:两个压力值(29psi和145psi)下的泄漏率以及两个方向的断开压力。断开压力是移动气缸所需的最小压力。这是不同的外行程和回程,因为气缸加压面积较小的杆侧。
高压测试:该测试反映缓冲周期中峰值压力的情况。为了避免产生和消耗过多的能量,测试设备包括一个压力增强器,以产生360 psi的工作压力。气缸的行程较短,为0.59英寸。仅模拟缓冲周期。采用专用高压管路和高压阀门。
经过10万次循环后,密封功能没有受到物理损坏、密封磨损或泄漏的影响。断裂压力与新时相同。密封系统证明了其坚固性和可靠性,即使在气动端缓冲周期的极端压力峰值下。
爆裂压力测试:该测试确认在异常高压情况下密封的坚固性和安全性。对于抽油杆密封,该测试显示了固定器头的安全固定。气缸在725 psi的目标压力下工作时没有任何问题。第一次泄漏发生在942 psi的压力下,当时杆密封部分被挤出壳体外,但没有密封损坏。重新安装杆密封后,油缸功能恢复正常,泄漏率和断开压力与新油缸相同。
低温测试:该测试显示气缸正常工作的最低温度。气缸安装在温度室中,并连接到外部测量站,以测量泄漏率和断开压力。额外的空气干燥器有助于避免水在系统中积聚。在冷却系统后,测量迅速完成,以避免摩擦加热,这将影响结果。
活塞密封的低温极限取决于它们在活塞上的位置,尽管这两个活塞密封是相同的。气缸底部的活塞密封是最关键的位置,因为当导向间隙导致活塞和气缸管之间不对准时,该位置是在杆伸出时测量的。当活塞和油缸处于良好的对齐位置时,将油杆缩回,测量油杆一侧的活塞密封。在这种良好的条件下,活塞密封在较低的温度下工作良好。因此,不对中程度导致低温极限介于-4°F(活塞密封底部侧,杆伸出)和-22°F(活塞密封杆侧,杆缩回)之间。杆密封在零下40°F时是紧密的,因为温度降低导致的体积收缩有助于保持唇部密封接触。
总之,测试表明,在最坏的情况下,气缸在-4°F下仍能正常工作,在正常情况下,气缸在-13°F下仍能正常工作。
温度循环测试:该测试在最低和最高工作温度之间循环,以显示密封材料的最终性能。试验设备与低温试验相同。温度循环无泄漏,断开压力无变化,证明频繁的工作温度变化不影响使用寿命。
最小速度测试:该测试探索气缸在蠕变速度下的运行情况。装有侧载砝码的气缸一侧加压,另一侧的节流阀关闭,直到气缸开始呈现粘滑模式。
试验结果说明了如何利用材料技术和设计知识来优化密封系统。对功能方面的全面考虑和使用最新的开发工具可以产生更好的性能。该材料的开发主要针对气动应用的特定需求,是高性能聚氨酯密封系统的第二个组成部分。气动设备制造商和最终用户可以确保在极端条件下的最佳功能,绝对的可靠性和出色的使用寿命。因此,更换成本和停产的后续成本可以降低。
直流Bhatt说
我曾见过一个6 bar气动双作用气缸在150℃的温度下从密封上部和下部气缸表面爆炸。缸体表面材料为铸铝。请说明可能的原因是什么。爆炸后钢瓶会着火吗?Pl. sg
直流Bhatt说
不。现在我没有任何照片