[发明专利]无维护液压油缸

说明书

无维护液压油缸属液压传动技术领域。其背景技术可参见《国外工程技术机械》P33-38，1/91。

现有液压油缸因其密封结构中的弹性密封体的应力结构差，密封结构的耐压性能差及工作可靠性差（有安装切创、撕裂、挤出等硬性破坏），密封体的工作寿命短（1500-2000h，相当于9个月-1年）。其轴承寿命只是相对长些（6000-12000h，3-6年）。油缸在使用中维护太多，即增加机械的维护费用，又降低了机械的使用效率。

本技术的目的在于，通过浮动结构及全隔挡密封的全新设计以及采用一种纯化轴承的方式设计一种具有良好的耐高压性能及在正常使用期无需维护的液压油缸。

密封结构浮动设计（图1）将解除密封结构与轴承结构间的制约;密封体的全隔挡（图2）将解决密封体可靠性差及寿命短的问题。密封体空间的限定将其老化、浸蚀的有害结果（膨胀）转而对维持密封贴紧线压力有利;密封体的全压缩（无位错变形压缩。据第四强度理论＝｛1/2[（O₁-O₂）²+（O₂-O₃）²+（O₃-O₁）²｝¹²（刘鸿文《材料力学.上册》1982年10月第二版P.309高等教育出版社），材料的破坏性应力作用多被相互抵消（O₁、O₂、O₃）相差不大））控制了材料的蠕变，并且全压缩能够有效地抵抗浸蚀，减缓材料的老化。更有浮动密封结构给出的较大的封油线压力余量（见浮动结构效果分析）使密封体的允磨量可以被设计得大于1-3mm（半径方向）。而根据工作条件为传动线速度＜25m/s，滑转干摩擦的三角皮带寿命达4000-5000h（《化工产品手册.橡胶及橡胶制品》化学工业出版社）;工作条件为摩擦线速度＜10m/s，摩擦轴径精车，摩擦线速度＜15m/s，摩擦轴径磨削（濮良贵《机械零件》1982年修订本P.311，高等教育出版社）的有骨架油封寿命可达一个大修周期（一般作程式化更换。非早期失效的失效形式多为轴径被磨出沟槽，早期失效则多为于安装不正确或安装尺寸设计失当（过紧））及现用非早期失效密封圈多不见磨损（多为蠕变或轴径偏置压变形失败）的事实（部分橡胶塑料材料在光滑的钢铁表面上非常耐磨）推论，时间摩擦路程仅为有骨架油封1/60（油缸运作的平均线速度在0.1m/s量级，可达0.25-0.50m/s）且轴径易带走摩擦热量（油封为固定位置旋转摩擦）、工作间歇次数多、时间长（至少每走一个工作长度停歇一次或一段时间）的液压油缸密封结构，在浮动及全隔挡设计之后（此时摩损为主要失效原因），完全有可能达到理论上的无维护寿命（2000-3000h，仅为三角皮带寿命的4-6倍，相当于10-15年。）而全隔挡密封结构的密封理论根据为：填塞封油模型演化（图3）、油缸从动工作态（油缸一般不作主动部件）密封状态分析（图4）及动态密封贴紧压力取力结构分析（图5）。

轴承寿命的拓展则受益于密封结构与轴承结构制约关系的解除，此时轴承的寿命仅与油缸的伸缩运动有关，轴承的最终间隙可允许稍大。轴承作钝化处理，轴承表面微结构改善，轴承进入稳定工作期（钝化处理的目的是让轴承直接进入稳定工作期）的初始间隙减小后，油缸轴承则能较有保证地达到油缸整体的无维护寿命要求。而轴承的钝化处理过程为：液压（使表面晶粒顺受液压方向（垂直于滑动方向）变得细长而紧密），提高轴承的疲劳强度及耐磨性（王宝玺《汽车拖拉机制造工艺学》P142，中国农业机械出版社）后，用离心抛转（图6）方式改善轴承的适应性（利用转芯（或转筒）两端的刚性差异及缸口轴承（或活塞）两端的质量差异及随机撞击，对轴承进行仿工作态磨合（初时可加磨料），其效果为缸口轴承呈微观锥形（活塞为微观非对称鼓形），见图6.4及5，当然，此时的轴承材料只能用铸铁或铜合金了。

采用全隔挡密封体带来的附加问题是，全压缩的密封体很难被装进其工作位置。图7结构则可使密封体被压力液体压入。其压力液体为阀控机动泵压油或手动泵压油。