陶瓷工廠O形橡膠密封圈及其應用

蔡祖光

(湖南海諾電梯有限公司 湖南 湘潭 411104)

前言

液壓傳動裝置具有體積小、質量輕、慣性小、運動平穩及傳遞作用力大等特點，還具有操作控制方便及實現各工序自動化等優點，所以說，液壓傳動裝置已廣泛應用于國防和工農業生產等行業。如：陶瓷工廠廣泛應用的液壓柱塞泵、液壓壓濾機、液壓推車機、全液壓自動壓磚機(陶瓷墻地磚)、等靜壓成形機(盤、碟類陶瓷制品)及低壓快排水、中壓注漿和高壓注漿成形機(衛生潔具)等。然而這些液壓設備(液壓傳動裝置)的致命弱點就是液壓油的泄漏，其不僅影響液壓設備(液壓傳動裝置)的工作性能和生產效率，而且還污染環境及浪費資源。所以說，解決陶瓷工廠液壓設備(液壓傳動裝置)液壓油泄漏的有效途徑就是選用質量優良的液壓密封件。

O形橡膠密封圈是一種應用最為廣泛的靜密封、往復運動密封及旋轉運動密封的密封件，并具有結構簡單、安裝方便、密封性能優良、使用范圍廣泛、安裝用槽——溝槽易于設計制造及適應性強等特點(如圖1所示)。

圖1 O形橡膠密封圈的結構示意圖

O形橡膠密封圈是一種截面形狀為圓形(也稱O形)的環形橡膠密封件，也簡稱為O形密封圈或O形圈。它的尺寸及材料性能符合國家標準液壓、氣動用O形橡膠密封圈尺寸及公差(GB/T 3452.1-1992)的要求。O形橡膠密封圈的應用范圍廣[工作壓力為(嚴格地講應為壓強，以下類同)：靜密封，可從1.33×105Pa至高達400 MPa；往復運動密封，可達35 MPa。工作溫度為-60～200 ℃，且大多數O形橡膠密封圈的使用溫度通常在100 ℃內]。用作往復運動密封時，其運行速度可高達0.5 m/s；用于旋轉運動密封時，其線速度可高達3 m/s。[1]因此，我們必須積極研究和探討O形橡膠密封圈的常用密封構造、密封機理、溝槽的設計制造、密封失效的原因、解決途徑及其應用效果，并最大限度地提高O形橡膠密封圈的密封性能及其使用壽命。

1 常用密封構造

如圖2所示， O形橡膠密封圈可用作外徑、內徑、端面及端面倒角等的密封。用作動密封可實現：孔(活塞)密封(如圖2(a)所示)、軸(活塞桿)密封(如圖2(b)所示)及旋轉運動軸密封(如圖2(c)所示)；用作靜密封又可區分為：徑向靜密封(如圖2(d)所示)、端面靜密封(也稱軸向靜密封，如圖2(e)所示)和端面倒角處靜密封(如圖2(f)所示)3種結構形式。

軸向靜密封又可區分為：承受內壓作用型靜密封(如圖2(g)所示)和承受外壓(真空管路)作用型靜密封(如圖2(h)所示)兩種工況。顯然，承受內壓作用時，應使O形橡膠密封圈的外徑與溝槽的圓柱面大徑之間的偏差盡可能小(如圖2(g)所示)；反之，對于承受外壓作用(如真空管路)時，應使O形橡膠密封圈的內徑與溝槽的圓柱面小徑之間的偏差盡可能小(如圖2(h)所示)。只有這樣，才能確保O形橡膠密封圈具有優良的密封效果及適宜的使用壽命。

(a)孔(活塞)用往復運動密封 (b)軸(活塞桿)用往復運動密封

(c)旋轉運動軸密封 (d)徑向靜密封

(e)軸向靜密封 (f)端面倒角靜密封

(g)內壓作用型軸向靜密封 (h)外壓作用型軸向靜密封

圖2 O形橡膠密封圈常用的結構示意圖

2 影響O形橡膠密封圈的密封性能及使用壽命的因素

綜上所述，影響O形橡膠密封圈的密封性能及使用壽命的因素如下：

2.1 表面粗糙度

相對運動耦合面(密封表面)的粗糙度值(Ra)通常選用1.6～0.8 μm(如：缸筒、缸蓋導向套、活塞及活塞桿等)。溝槽(溝槽壁及溝槽底)粗糙度值(Ra)選用6.3～3.2 μm(靜密封及旋轉運動密封)和3.2～1.6 μm(往復運動密封)。

2.2 間隙

相對運動耦合面(密封表面)必須具有適宜的間隙以滿足形成相對運動所需潤滑油膜層的最小厚度，因此，兩個相對運動耦合件之間必須存在間隙。通常介質壓力越高，要求間隙越小；O形橡膠密封圈的硬度越高，間隙可選取的大一些。同時，實踐生產經驗表明：相對運動耦合面之間選用H8/f8或H9/f9的間隙配合，可獲得預定的相對運動潤滑油膜層的最小厚度、優良的密封效果及適宜的使用壽命。

2.3 速度

相對運動耦合面(密封表面)潤滑油膜層厚度與往復運動速度相關。速度過高(>0.8 m/s)，潤滑油膜增厚，易產生泄漏；速度過低(≤0.03 m/s)，則潤滑油膜過薄，摩擦阻力增大，易造成“爬行”等。

2.4 溫度

液壓油溫度的變化影響液壓油的粘度、相對運動耦合面(密封表面)潤滑油膜層厚度及O形橡膠密封圈的密封性能。為了保證優良的密封性能，液壓油的工作溫度應穩定在40～80 ℃。

2.5 壓力

液壓油的壓力促使O形橡膠密封圈產生變形實現密封的目的，但也增加了滑動面的摩擦磨損，引起發熱；反過來又迫使液壓油溫的上升及急劇增大滑動摩擦阻力。所以，在生產實踐中應嚴格控制液壓油的壓力，這也是保證O形橡膠密封圈適宜使用壽命的前提條件。如：若O形橡膠密封圈用作高壓或超高壓(介質壓力≥32 MPa)往復運動密封，摩擦阻力特別大，導致密封過早失效。

2.6 接觸應力

接觸應力[初始接應力與附加接觸之和——(δ0+δc)]必須適宜，便于形成相對運動耦合面(密封表面)所需潤滑油膜層的最小厚度。若接觸應力過小，則潤滑油膜增厚，易產生泄漏；若接觸應力過大，潤滑油膜過薄，易造成半干摩擦或按摩擦狀態，摩擦阻力特別大，又急劇縮短O形橡膠密封圈的使用壽命。

2.7 擦阻力

在工作過程中，密封處的摩擦阻力是變化的。起動時摩擦阻力(靜摩擦阻力)最大，當運動速度適宜時，相對運動耦合面(密封表面)形成了連續的潤滑油膜，摩擦阻力降低。若運動速度過高時，油膜增厚，易產生泄漏，同時，摩擦阻力反而增大。

2.8 介質

為滿足工作要求，液壓油中添加了不同種類的添加劑(如：油性劑、抗磨劑、抗泡沫劑、抗氧化劑及抗老化劑等)，同時添加劑會嚴重影響密封材料的相容性及其使用壽命，必須根據液壓油的品種選擇適宜橡膠材質的O形橡膠密封圈。

2.9 液壓油清潔度

在應用過程中必須增強液壓油的污染與防護意識，加強液壓油的檢測與管理，液壓油一旦污染后，應及時更換液壓油。同時，向液壓傳動系統(油箱)增補液壓油時，必須是同一品種的液壓油并經過濾后才能加入油箱，絕不能混合不同品種的液壓油；此外，還應做好液壓油的儲藏及保管等工作。液壓油的清潔度通常選用NAS9級，即液壓油中直徑>φ10μm的污物顆粒濃度必須<3 mg/100 mL。

2.10 做好儲藏及保管等工作

應將O形橡膠密封圈存放在密封的聚四氟乙烯塑料袋內，并做好存放日期及規格尺寸等標識內容，然后存放在陰涼干燥通風的位置。避免存放在陰暗潮濕或溫度較高或陽光直射的地方，或與酸、堿、鹽、油類及化學類物質混放在一起，以免加速O形橡膠密封圈的老化。