液壓往復密封理論我有所應、技術(shù)與應用的進展研究
現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中提單產，密封技術(shù)起著舉足輕重的作用，它是液壓和氣壓系統(tǒng)性能得以保證的關(guān)鍵至關重要。
密封失效發展空間，不僅大幅度增加了后續(xù)維修成本，還可導致致命的災難有所應，如美國挑戰(zhàn)者號航天飛機發(fā)射爆炸足了準備，就是由于密封失效引起的。液壓往復密封技術(shù)是建立在密封偶合面的潤滑著力提升、摩擦深刻內涵、磨損、傳熱融合、材料性質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之上深入闡釋，是液壓系統(tǒng)中使用條件復雜，對密封裝置要求較高的動密封穩中求進。
本文作者通過對液壓往復密封原理統籌、密封關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計方法、密封結(jié)構(gòu)型式和應用的進展研究協同控製，提出未來往復密封技術(shù)的發(fā)展趨勢和研究熱點振奮起來。 1 液壓往復密封理論的進展 液壓往復密封理論實質(zhì)上是研究相對運動表面的相互作用。
自20世紀70年代新興邊緣學科——摩擦利用好、磨損和潤滑學的出現(xiàn)深入各系統，才將密封裝置作為一個系統(tǒng)加以研究，使柔性（橡膠）與剛性表面相對運動系列，比兩個剛性表面相對運動的研究作用，出現(xiàn)了更新、更復雜的內(nèi)容空間載體，從而也大大豐富了動態(tài)密封理論高質量。
1.1 密封偶合面的摩擦、磨損與潤滑
1.1.1 密封偶合面間的摩擦狀態(tài) 相互接觸的往復密封偶合面間有干摩擦重要組成部分、 邊界摩擦流程、混合摩擦和流體摩擦4種狀態(tài)。
（1）干摩擦是指密封偶合面沒有任何潤滑劑或保護膜的密封件與被密封面接觸時的摩擦勃勃生機，在實際往復密封中助力各業，不存在真正的干摩擦極致用戶體驗。
（2）邊界摩擦是指密封偶合面被吸附在表面的邊界膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦應用。
（3）流體摩擦是指密封偶合面被流體膜隔開建議，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。
（4）混合摩擦是指密封偶合面處于邊界摩擦與流體摩擦的混合狀態(tài)時的摩擦相貫通。 往復密封停止運動停留較長時間不斷發展，重新啟動時會逼近干摩擦狀態(tài)。靜止時自動化方案，潤滑油膜在接觸壓力的作用下緊密協作，被擠成厚度很小的薄膜，此時間隙之間的油膜不完整線上線下，處于邊界摩擦狀態(tài)發揮重要作用。隨著相對運動速度的提高，油液運動產(chǎn)生的動力使油膜厚度增加數據顯示，形成流體摩擦發展目標奮鬥。由于往復運動表面相對速度和密封壓力變化范圍很廣，因此混合摩擦狀態(tài)也是不可避免的更多的合作機會。
1.1.2 密封偶合面間的磨損 密封偶合面間的摩擦將導致密封元件材料的逐漸喪失或遷移延伸，即形成密封件的磨損。在密封偶合面間加入潤滑劑可降低摩擦服務好，減輕磨損技術特點。密封磨損與被密封面的加工精度和密封摩擦表面的粗糙度紋理形狀有關(guān)。
1.1.3 密封偶合面間的潤滑 在往復密封中發展邏輯，密封偶合面的潤滑對于其密封性能與壽命起決定作用。為保證往復密封的良好的運動特性和一定的使用壽命有所提升，密封偶合間不允許出現(xiàn)干摩擦聽得進。邊界摩擦、混合摩擦和流體摩擦都必須滿足一定的潤滑條件先進水平，相應的潤滑狀態(tài)分別為邊界潤滑便利性、混合潤滑和流體潤滑。
有2種方法來判斷密封偶合面間的潤滑狀態(tài)重要平臺。
方法1:根據(jù)圖1所示的摩擦特性系數(shù)μv/Pm及相應的摩擦特性曲線來判斷深刻認識。v為相對運動速度，μ是潤滑油的動力粘度應用提升，Pm為平均負載壓力主動性。
方法2：通過膜厚比來判別。 式中hmin為密封偶合面間的最小公稱油膜厚度,μm;Rq1發展的關鍵、Rq2分別為密封偶合面輪廓的均方根偏差道路。
（1）邊界潤滑: λ≤1時密封偶合面呈邊界潤滑狀態(tài)規模設備。邊界潤滑的膜厚為0.005~0.1μm摩擦因數(shù)為0.08~0.14，相對速度較低指導。邊界潤滑時競爭力，密封偶合表面的粗糙度之和一般都超過邊界膜的厚度，所以邊界摩擦不能完全避免密封偶合面的直接接觸進一步完善，吸附在密封偶合面的邊界薄膜承擔大部分載荷集聚。邊界膜強度受密封偶合面的相對速度、流體粘度調整推進、接觸壓力狀況、材料特性、表面粗糙度迎難而上、溫度等因素的影響積極。
（2）混合潤滑1≤λ≤3時的密封偶合面處于混合潤滑狀態(tài)猿窒刃�；旌蠞櫥瑫r的膜厚為0.01~0.1μm摩擦因數(shù)為0.02~0.08表面相對速度略有增加產業。混合潤滑時情況較常見，隨潤滑膜厚度的增大可持續，表面輪廓直接接觸的數(shù)量減小，潤滑膜的承載比例也隨之增加體製。
（3）流體潤滑：λ≥3時的密封偶合面形成完全的流體潤滑狀態(tài)構建。流體潤滑時的潤滑油膜厚度大到足以將兩個表面的輪廓峰完全隔開，膜厚為0.25~2.5μm摩擦因數(shù)為0.001~0.008服務延伸，表面相對速度較高共創輝煌。流體潤滑時，潤滑劑中的分子大都不受密封偶合面吸附作用的支配而自由移動進一步，不會有磨損產(chǎn)生大部分，是理想的潤滑狀態(tài)。 由于無論是從膜厚還是從摩擦特性來說實際需求，在彈流潤滑和邊界潤滑之間還是一個空白區(qū)解決方案，而混合潤滑只是描述了各種潤滑狀態(tài)共存時的潤滑性能，并不具備基本的善謀新篇、獨立的潤滑機制增產。因此，近些年來提出了介于彈流潤滑和邊界潤滑之間的薄膜潤滑方法。隨著科學技術(shù)的發(fā)展行動力，摩擦學研究已深入到微觀研究領(lǐng)域，形成了微-納米摩擦學理論切實把製度，如超潤滑概念統籌。
從理論上講最深厚的底氣，超潤滑是實現(xiàn)摩擦因數(shù)為零的潤滑狀態(tài)，但在實際研究中振奮起來，一般認為摩擦因數(shù)在0.001量級（或更低）的潤滑狀態(tài)即為超潤滑狀態(tài)品質。 對往復密封來說，流體潤滑使密封摩擦面間的摩擦力迅速降低深入各系統，磨損最小解決問題，是一種理想的潤滑狀態(tài)。
1.2 液壓往復密封機制 液壓往復密封機制受密封偶合面間的液壓流體行為支配預下達。圍繞這一問題的有效手段，不同學者從不同的角度進行了大量的研究，并提出了很多動態(tài)密封理論方案，下面介紹幾種典型的液壓往復密封理論關鍵技術。
1.2.1 液體表面張力理論 密封裝置主要密封某種流體, 而流體具有表面張力。密封件與軸的間隙形成的液膜深入，就是表面張力造成的技術研究。EJJagger認為：液體表面張力造成的潤滑液膜，由于流體的潤滑性和毛細管作用開展研究，會使流體滲入密封間隙姿勢。在與空氣交界面上形成彎曲的一面，表面張力會阻止流體通過間隙漏出首要任務。介質(zhì)壓力與密封間隙成反比： p=2σ/h 式中σ為表面張力;p為介質(zhì)壓力;h為密封間隙綠色化。依靠油膜的表面張力，潤滑劑保持在一定位置上發展，形成一道密封屏障保持穩定。在運動狀態(tài)下，油膜厚度隨摩擦偶合面的相對速度面向、流體粘度不斷進步、接觸面壓力等許多因素的影響而改變。
1.2.2 邊界潤滑理論 這是用來說明密封失效機制的理論效率，認為密封件與軸接觸時，有邊界潤滑近年來、流體潤滑和混合潤滑3種潤滑狀態(tài)講道理。很多學者認為，往復密封是在流體動力潤滑狀態(tài)下密封技術先進。
1.2.3 流體動力密封理論 浮動在流體膜上的聚合體密封配合表面與表面當作剛性體的流體動壓密封不同更多的合作機會，其特性像被界面膜流體壓力局部支撐的隔膜。因此認為，膜形狀的預測建立在反向流體動力學理論基礎(chǔ)上服務好，可用雷諾方程來處理新趨勢。 式中u0為活塞外行程時的速度；P0為內(nèi)部壓力共謀發展；h(x)為可變膜的高度學習；為液膜中的可變壓力；η為間隙內(nèi)的流體的粘度市場開拓；h0*為最大壓力處的膜高措施。
2 液壓往復密封的發(fā)展與應用
2.1 液壓往復密封的設(shè)計方法
用于液壓往復密封的都是接觸型密封，需要密封件通過彈性變形跟隨滑動表面因粗糙度要落實好、形狀公差緊密相關、波紋度引起的密封間隙變化，或因負載變化使活塞（或活塞桿）與缸套變形而產(chǎn)生的密封間隙變化先進技術，以阻塞泄漏通道培訓。橡膠密封件因較好的回彈性而作為往復密封的主要密封元件。為使式（7）總能成立宣講手段，用于往復密封的橡膠密封件應設(shè)計成不同的截面形狀重要工具。然而，彈性好的橡膠密封件往往耐磨性較差基礎，為此新型組合密封性能，包括結(jié)構(gòu)和材料的組合密封件成為往復密封的主要密封形式。
2.1.1 不同截面形狀的彈性體密封 O型密封圈因結(jié)構(gòu)緊湊對外開放，尺寸小技術創新，具有預密封效果和自密封作用及磨損后自動補償能力，在液壓往復密封中得到廣泛應用資料。但在高壓廣泛應用、高溫工作條件下，O型圈往往因間隙咬傷和運動時的扭曲而產(chǎn)生失效橫向協同。因此哪些領域，通過截面形狀的改變改善O型密封圈的某些性能。圖2所示的O型不斷創新、三角型建立和完善、X型、異型參與水平、H型和Y型截面密封圈等可適用于不同的介質(zhì)壓力和運動速度大型。 三角型密封圈以很小的摩擦接觸面積，提供良好的溝槽接觸面積明確相關要求，以保持穩(wěn)定重要意義；型密封圈以均勻分布的接觸應力，減小泄漏；異型密封圈可防止往復運動時的翻轉(zhuǎn)和扭曲追求卓越；H型密封圈能適應介質(zhì)工作壓力而改變接觸壓力逐漸完善，獲得良好的密封性能；Y型密封圈因具有自封作用合理需求，可密封高壓介質(zhì)且具有較好的綜合密封性能是目前主流。
2.1.2 結(jié)構(gòu)上的組合密封 由于往復密封所需的密封性和耐磨性難以在一個密封件上同時具備，因此20世紀80年代末出現(xiàn)的組合密封在往復密封中得到迅速應用高效。組合密封的密封功能由彈性橡膠密封件或彈簧完成應用創新，而耐磨性能由填充PTFE或增強聚胺脂來實現(xiàn)。如圖3所示為典型的組合密封型式機構。
2.1.3 材料上的組合密封 為了獲得各種性能的密封材料的特性，往往在一種基體材料中加入各種成份。如在填充PTFE中加入MoS2添加劑增加剛性硬度和耐磨性,加入石墨改善尺寸穩(wěn)定性和耐磨性,加入青銅提高耐壓性基礎、加強散熱性提供堅實支撐，加入玻璃纖維改變拉伸強度、伸長率高產、壓縮變形和韌性信息化技術；用PTFE包覆橡膠密封圈改善密封的耐化學藥品的性能等。
2.1.4 串聯(lián)密封 原則上良好，許多類型的密封可組合成串聯(lián)形式逐步顯現。串聯(lián)密封中，密封通過獨立支撐引領，每個密封的密封堤相互分開自動化裝置，如圖4所示。串聯(lián)密封可提高動態(tài)密封性能應用前景，且摩擦力低于單個密封的摩擦力有很大提升空間。串聯(lián)密封正確發(fā)揮作用的條件是兩個密封都必須具有非對稱壓力分布。
2.1.5 可調(diào)節(jié)密封 液壓技術(shù)的高速發(fā)展首次，不但對密封件的數(shù)量要求成倍增加可能性更大，而且對質(zhì)量、可調(diào)節(jié)和可控方面提出更高的要求搖籃。近幾年出現(xiàn)的如圖5所示的可調(diào)節(jié)密封就是為了滿足這種需求而產(chǎn)生的技術。
2.2 液壓往復密封的應用
目前，在往復密封中推動，O型密封圈已很少單獨使用相對較高，主要使用組合密封件。Y型和H型密封圈在許多往復密封場合中廣泛采用大面積。 在高負荷密封界面潤滑不充分的情況下，常導致局部過熱問題分析、磨損和粘滑培養，可使用具有低附著力并可能具有微觀凹坑的密封界面交流研討。在液壓缸中，由于活塞桿伸出元件外部形式，因此要嚴格阻止油液泄漏建設應用，污染環(huán)境，又要防止外部水日漸深入、氣和雜質(zhì)侵入元件動力，為避免動態(tài)泄漏，可使用串聯(lián)密封互動式宣講，如由兩個PTFE同軸密封和一個PTFE雙刮油密封組成液壓缸活塞桿密封效高性。活塞密封的兩邊都有液壓油自動化，密封間隙中一般為流體動壓潤滑提升，可通過被增能的矩形截面PTFE密封環(huán)來密封，且用PTFE材料制成的附加外側(cè)軸承環(huán)保護活塞不受磨損顆粒侵害不折不扣。
3 液壓往復密封技術(shù)的進展研究
液壓往復密封技術(shù)的進展研究就是從宏觀上總結(jié)往復密封技術(shù)的發(fā)展歷程支撐能力，從微觀上分析往復密封技術(shù)的結(jié)構(gòu)進化特點，并為新型往復密封技術(shù)的開發(fā)提供設(shè)計思路高效利用。 文獻利用TRIZ(The Theory of Inventive Problem Solving)技術(shù)進化理論,根據(jù)不同時期液壓往復密封的材質(zhì)特征更加明顯、結(jié)構(gòu)型式和可控性對密封性能和耐磨性能的定量分析，對當前液壓往復密封技術(shù)的進化曲線進行了研究講理論，并指出液壓往復密封技術(shù)仍處于其生命周期的生長期的可能性。文獻通過對液壓往復密封的進化狀態(tài)分析，系統(tǒng)地歸納和總結(jié)了液壓往復密封的11條進化路線市場開拓，并畫出了液壓往復密封的進化潛能圖措施，確定了未來往復密封技術(shù)的開發(fā)方向。
4 液壓往復密封的研究熱點和發(fā)展趨勢
通過液壓往復密封的密封機制要落實好、設(shè)計方法緊密相關、應用和技術(shù)的進展分析及研究，確定未來液壓往復密封的研究熱點和發(fā)展趨勢為：
（1）密封性能和耐磨性的進一步提高先進技術。從液壓往復密封技術(shù)的進化曲線看培訓，未來密封件往復密封技術(shù)的發(fā)展是在不改變現(xiàn)有密封原理的情況下，致力于對密封件結(jié)構(gòu)搶抓機遇、材料和型式的改進來提高其密封性能和耐磨性能分析。
（2）增加往復密封的可控性。通過結(jié)構(gòu)和材料的進一步分離全面闡釋，實現(xiàn)良好的密封和耐磨功能非常激烈。
（3）充分利用系統(tǒng)內(nèi)部資源提高密封性能。通過設(shè)計新型的密封結(jié)構(gòu)形式，利用被密封液體資源提高密封的可靠性和耐磨性領域。
（4）密封與耐磨功能的集成溝通機製。串聯(lián)密封雖然可提高密封性能，但增大了結(jié)構(gòu)尺寸註入新的動力。因此領先水平，結(jié)構(gòu)緊湊的集密封與耐磨功能于一體的新型密封是未來往復密封設(shè)計的重要內(nèi)容。
（5）通過對往復密封件的有限元分析雙重提升，模擬密封件在液壓力和預壓縮力作用下的應力戰略布局、應變分布，合理設(shè)計密封圈的截面形狀表現明顯更佳。