陶瓷工厂O形橡胶密封圈及其应用

蔡祖光

(湖南海诺电梯有限公司 湖南 湘潭 411104)

前言

液压传动装置具有体积小、质量轻、惯性小、运动平稳及传递作用力大等特点，还具有操作控制方便及实现各工序自动化等优点，所以说，液压传动装置已广泛应用于国防和工农业生产等行业。如：陶瓷工厂广泛应用的液压柱塞泵、液压压滤机、液压推车机、全液压自动压砖机(陶瓷墙地砖)、等静压成形机(盘、碟类陶瓷制品)及低压快排水、中压注浆和高压注浆成形机(卫生洁具)等。然而这些液压设备(液压传动装置)的致命弱点就是液压油的泄漏，其不仅影响液压设备(液压传动装置)的工作性能和生产效率，而且还污染环境及浪费资源。所以说，解决陶瓷工厂液压设备(液压传动装置)液压油泄漏的有效途径就是选用质量优良的液压密封件。

O形橡胶密封圈是一种应用最为广泛的静密封、往复运动密封及旋转运动密封的密封件，并具有结构简单、安装方便、密封性能优良、使用范围广泛、安装用槽——沟槽易于设计制造及适应性强等特点(如图1所示)。

图1 O形橡胶密封圈的结构示意图

O形橡胶密封圈是一种截面形状为圆形(也称O形)的环形橡胶密封件，也简称为O形密封圈或O形圈。它的尺寸及材料性能符合国家标准液压、气动用O形橡胶密封圈尺寸及公差(GB/T 3452.1-1992)的要求。O形橡胶密封圈的应用范围广[工作压力为(严格地讲应为压强，以下类同)：静密封，可从1.33×105Pa至高达400 MPa；往复运动密封，可达35 MPa。工作温度为-60～200 ℃，且大多数O形橡胶密封圈的使用温度通常在100 ℃内]。用作往复运动密封时，其运行速度可高达0.5 m/s；用于旋转运动密封时，其线速度可高达3 m/s。[1]因此，我们必须积极研究和探讨O形橡胶密封圈的常用密封构造、密封机理、沟槽的设计制造、密封失效的原因、解决途径及其应用效果，并最大限度地提高O形橡胶密封圈的密封性能及其使用寿命。

1 常用密封构造

如图2所示， O形橡胶密封圈可用作外径、内径、端面及端面倒角等的密封。用作动密封可实现：孔(活塞)密封(如图2(a)所示)、轴(活塞杆)密封(如图2(b)所示)及旋转运动轴密封(如图2(c)所示)；用作静密封又可区分为：径向静密封(如图2(d)所示)、端面静密封(也称轴向静密封，如图2(e)所示)和端面倒角处静密封(如图2(f)所示)3种结构形式。

轴向静密封又可区分为：承受内压作用型静密封(如图2(g)所示)和承受外压(真空管路)作用型静密封(如图2(h)所示)两种工况。显然，承受内压作用时，应使O形橡胶密封圈的外径与沟槽的圆柱面大径之间的偏差尽可能小(如图2(g)所示)；反之，对于承受外压作用(如真空管路)时，应使O形橡胶密封圈的内径与沟槽的圆柱面小径之间的偏差尽可能小(如图2(h)所示)。只有这样，才能确保O形橡胶密封圈具有优良的密封效果及适宜的使用寿命。

(a)孔(活塞)用往复运动密封 (b)轴(活塞杆)用往复运动密封

(c)旋转运动轴密封 (d)径向静密封

(e)轴向静密封 (f)端面倒角静密封

(g)内压作用型轴向静密封 (h)外压作用型轴向静密封

图2 O形橡胶密封圈常用的结构示意图

2 影响O形橡胶密封圈的密封性能及使用寿命的因素

综上所述，影响O形橡胶密封圈的密封性能及使用寿命的因素如下：

2.1 表面粗糙度

相对运动耦合面(密封表面)的粗糙度值(Ra)通常选用1.6～0.8 μm(如：缸筒、缸盖导向套、活塞及活塞杆等)。沟槽(沟槽壁及沟槽底)粗糙度值(Ra)选用6.3～3.2 μm(静密封及旋转运动密封)和3.2～1.6 μm(往复运动密封)。

2.2 间隙

相对运动耦合面(密封表面)必须具有适宜的间隙以满足形成相对运动所需润滑油膜层的最小厚度，因此，两个相对运动耦合件之间必须存在间隙。通常介质压力越高，要求间隙越小；O形橡胶密封圈的硬度越高，间隙可选取的大一些。同时，实践生产经验表明：相对运动耦合面之间选用H8/f8或H9/f9的间隙配合，可获得预定的相对运动润滑油膜层的最小厚度、优良的密封效果及适宜的使用寿命。

2.3 速度

相对运动耦合面(密封表面)润滑油膜层厚度与往复运动速度相关。速度过高(>0.8 m/s)，润滑油膜增厚，易产生泄漏；速度过低(≤0.03 m/s)，则润滑油膜过薄，摩擦阻力增大，易造成“爬行”等。

2.4 温度

液压油温度的变化影响液压油的粘度、相对运动耦合面(密封表面)润滑油膜层厚度及O形橡胶密封圈的密封性能。为了保证优良的密封性能，液压油的工作温度应稳定在40～80 ℃。

2.5 压力

液压油的压力促使O形橡胶密封圈产生变形实现密封的目的，但也增加了滑动面的摩擦磨损，引起发热；反过来又迫使液压油温的上升及急剧增大滑动摩擦阻力。所以，在生产实践中应严格控制液压油的压力，这也是保证O形橡胶密封圈适宜使用寿命的前提条件。如：若O形橡胶密封圈用作高压或超高压(介质压力≥32 MPa)往复运动密封，摩擦阻力特别大，导致密封过早失效。

2.6 接触应力

接触应力[初始接应力与附加接触之和——(δ0+δc)]必须适宜，便于形成相对运动耦合面(密封表面)所需润滑油膜层的最小厚度。若接触应力过小，则润滑油膜增厚，易产生泄漏；若接触应力过大，润滑油膜过薄，易造成半干摩擦或按摩擦状态，摩擦阻力特别大，又急剧缩短O形橡胶密封圈的使用寿命。

2.7 擦阻力

在工作过程中，密封处的摩擦阻力是变化的。起动时摩擦阻力(静摩擦阻力)最大，当运动速度适宜时，相对运动耦合面(密封表面)形成了连续的润滑油膜，摩擦阻力降低。若运动速度过高时，油膜增厚，易产生泄漏，同时，摩擦阻力反而增大。

2.8 介质

为满足工作要求，液压油中添加了不同种类的添加剂(如：油性剂、抗磨剂、抗泡沫剂、抗氧化剂及抗老化剂等)，同时添加剂会严重影响密封材料的相容性及其使用寿命，必须根据液压油的品种选择适宜橡胶材质的O形橡胶密封圈。

2.9 液压油清洁度

在应用过程中必须增强液压油的污染与防护意识，加强液压油的检测与管理，液压油一旦污染后，应及时更换液压油。同时，向液压传动系统(油箱)增补液压油时，必须是同一品种的液压油并经过滤后才能加入油箱，绝不能混合不同品种的液压油；此外，还应做好液压油的储藏及保管等工作。液压油的清洁度通常选用NAS9级，即液压油中直径>φ10μm的污物颗粒浓度必须<3 mg/100 mL。

2.10 做好储藏及保管等工作

应将O形橡胶密封圈存放在密封的聚四氟乙烯塑料袋内，并做好存放日期及规格尺寸等标识内容，然后存放在阴凉干燥通风的位置。避免存放在阴暗潮湿或温度较高或阳光直射的地方，或与酸、碱、盐、油类及化学类物质混放在一起，以免加速O形橡胶密封圈的老化。