车恒德r密封我国专利系列产品的创新与发展

车恒德r密封我国专利系列产品的创新与发展

0结构设计、密封实行生物无创新产品密封的国内生产企业r-r密封是作者在飞机设计和研究方面30多年发现的系统产品。它最早源于FBC-1(飞豹)飞机起落架的高难要求而研究发明的“起落架用双功能脚形滑环式组合密封”以及为满足广大客户的需求,又相继研制出的“直角滑环式组合密封”、“齿形滑环式组合密封”、“C形滑环式组合密封”、“J形滑环式组合密封”等五项专利密封系列产品,现统称车恒德R密封,已经国家注册。车恒德R密封以它独特的结构设计与选材以及优异的密封性能,有别于国内外已有的各种橡塑密封制品。它是我国唯一具有自主知识产权的密封新品种。被专家委员会鉴定为具有国际先进水平的新型密封产品。现已广泛应用于军工及民用各类机电产品上。自投放市场以来,深受各行业的欢迎,并先后有十几家新闻媒体和个人对笔者的专利产品进行报道及撰写有关采用笔者专利产品的实践体会、机理分析等文章。如:孙正一的通讯《尼桑密封研制成功,根治“三漏”大有希望》(科技日报1995年1月17日)、孙义的《尼桑密封有望根治“三漏”》(经济日报1995年1月17日)、武家增的《车氏密封产品深受用户青睐》(经济新闻报1996年7月26日)、薄银根的《车氏密封—防治“三漏”专利技术》(机电报1996年11月13日)等,及川化集团公司汪家铭的《尼桑密封根治泄漏效果显著》(润滑与密封1995年第5期)、天水锻压机床研究所段志伟的《板料折弯机油缸泄漏防治》(机床与液压1998年第2期)、陈社会的《直角滑环式组合密封机理及其应用》(液压气动与密封2000年第6期)等。这些对促进密封技术交流与发展是有益的。由于车恒德R密封在各行业治理“三漏”的显著效果与解决高难度密封的突出成就,曾先后获得原航空工业部科技进步奖、第六届全国发明展览会及第二届中国专利技术博览会银奖。1高性能、高实力是专利密封的主流车恒德R密封是笔者目前发明的多项专利密封系列产品的统称。它是我国第一个,也是目前唯一的以专利发明者的真实姓名注册的密封产品名称,即最终的专利系列产品的合法名称。由此可见,车恒德R密封的生产者与经营者责任之大,他必须以高质量、高性能、高信誉来对用户负责。因为它是我国目前唯一具有自主知识产权的新型密封品牌。由于笔者的专利产品曾先后在不同的厂家(公司)投产,所以在不同时期也先后出现过不同的名称,如曾以“格雷特密封”、“尼桑密封”、“车氏密封”等出现在媒体上,并为广大用户所熟知。现在由于笔者的专利密封项目不断增加,陆续有新的专利密封问世,从而构成了一个比较齐全的专利密封产品“家族”,例如:有适用于真空和低压的组合密封,也有耐中高压乃至超高压的密封品种,还有耐腐蚀、防辐射、耐劣性介质(酸、碱、泥浆、水泥等)的旋转与往复密封等较为完整的适用多种工况的专利密封系列。故现在注册为车恒德R密封,并由西安海林科工贸有限公司独家生产与经营。2起落架减震器密封试验研究车恒德R密封的研究始于70年代末的飞机起落架的设计研究。众所周知,飞机的起飞与着陆是安全事故的多发段,为此如何确保此阶段的飞机安全就显得极为重要,而起落架又正是此阶段工作的重要大部件。同时,军用飞机的起降条件无论从机场还是设备上都比民用飞机要差得多,加之驾驶人员的起降动作也比较粗放,所以对起落架的要求要比民用飞机高得多,要适应战时的特殊条件。在极短时间内吸收巨大的垂直与水平动能及地面的突发性大过载。由此在减震器内产生极大的油、气脉冲,几秒钟内压力突增上百兆帕。同时还要承受极悬殊的温差变化,几分钟内温差突变可达一百多度(摄氏),加之工作环境为全天候情况下,要确保起落架的绝对安全工作。可见起落架减震器的密封就成为一个非常重要的“关键件”。要满足大冲击、高速度、高压差、高耐磨、低摩擦、高可靠性、高寿命、无泄漏的密封要求,确非易事。通常的橡胶密封,显然难当此任,而一般的滑环式组合密封(斯特封、格来圈等)虽然具有高耐磨、低摩擦的特点,但因其长期工作后的泄漏量(或称刮油量)较大,比常规○形橡胶圈大2～3倍,有时甚至大十几倍,加之它们又难以承受如此大的高压差、大冲击载荷及高温差的瞬间变化,由此研制高性能优质密封件就成为当时的关键项目。通过整整5年的试验研究,包括筛选材料配方与结构设计模型、诸多对比试验、气密性试验、高低温试验、数百万次耐久循环(寿命)试验、数千次的动力冲击(落震)试验、多架飞机的领先飞行试验等终于研制成功带有薄唇结构的《脚形滑环式组合密封》,见图1。从而彻底满足了该飞机起落架的密封要求,装机上天。(1)利用滑环制作滑环的特点车恒德®密封的结构特点在于PTFE填料滑环采用薄唇结构,并与一个有一定压缩量的○形橡胶圈组合而成。可以替代常规的V形橡胶圈、YX形圈、骨架油封、机械密封及斯特封、格来圈等,见图2。关于PTFE的特点,人们比较了解,纯PTFE呈白色,并有极低的摩擦系数0.02～0.04,自润滑性能好,耐温、耐腐蚀、电绝缘性能均佳。但它的缺点是不耐磨损,具有冷流性,热胀系数大,导热性差,故不宜独立作动密封件,只适合用作垫子、挡圈等。为了充分发挥其独特的优点,改善其不足,人们给其加入一些填料,如青铜粉、石墨、玻纤、碳纤、二硫化钼、二氧化硅、氧化镉、云母等,从而分别提高其机械强度、耐磨性、耐水性、导热性等。相应的摩擦系数也有所增加,但终究低于橡胶与聚氨脂的摩擦系数。从而得以广泛用于制作各种滑环与导向环、导向带等产品。车恒德R密封在制作滑环时,根据用户的不同工况,采用不同的填料配方。其滑环结构设计中均采用较薄的密封唇部。其原因,一是薄唇刚性较小,使○形橡胶圈的弹力免受约束紧压于密封表面,实现无间隙自由滑动、使其油膜很薄,通常在0.001～0.0025mm,只起润滑作用,而不至被刮出成滴(泄漏)。经长期工作后,即使滑环运动表面出现磨损,也因唇部刚性小而易被○形胶圈的弹力自动补偿,从而实现长期工作无泄漏的目的。其二,由于PTFE的热膨胀系数较大,虽然加填料后可改善其导热性,但终究对温差变化较为敏感,如夏季制作的厚型滑环,在冬季安装时较为困难,就是这个道理。同时在冬夏工作中的磨阻也有明显不同。而采用了薄唇结构则明显减少了密封唇对温差变化的敏感性,使其更适合用于对摩擦要求较严格的密封部位。有时人们会担心薄唇结钩经长期工作后,或润滑条件不好是否会被磨穿。此种担心是有一定道理的。通常液压气动活动密封的表面在专业上都有明确的规定,如精度、粗糙度、甚至表面硬度等。如果产品制造中,能按设计要求进行质量控制,此种担心是不必要的。经实验表明薄唇滑环在飞机起落架减震器的158万次往复运动中,只磨耗了0.025mm～0.1mm。但是,一旦被密封表面的粗糙度达不到设计要求,又没有良好的润滑,甚至工作中还有偏载等情况,这种担心就会成为现实。解决的办法除结构上采取必要的措施提高运动导向能力,同时在滑环的填料配方上增加自润滑、耐水、耐磨填料,并适当增大一些密封唇的厚度(不要影响橡胶圈的弹力补偿能力)。此种担心也会迎刃而解。车恒德R密封的另一大特点是,无论那种型号,在滑环结构上均有一个(或二个)耐压挡边,其挡边的厚度、内外径视其受压方向、唇口承压大小而不同。由此可提高○形橡胶圈的承压能力,不至被挤入动、静密封间隙而过早损坏。这就是为什么车恒德®密封经过几年的工作后,○形橡胶圈始终处于完好状态的原因(最高经过八年工作后,○形橡胶圈仍完好无损)。(2)不同的结构形式和应用脚形滑环式组合密封脚形滑环式组合密封(简称脚形密封)是专为飞机起落架的高难要求研制的,所以它的耐油、气性能、耐压性能、低摩擦、无泄漏性能极佳,既可封轴亦可封孔,最高耐压可达200MPa,它是液压缸及大型气缸密封的优选型号。其型号分三种:有非标准型,主要是○形胶圈截面直径较大,可提供较大的承载能力、抗老化能力及偏载补偿能力;标准形分二种,即与GB3452.1-1992新国标○形胶圈组合及与老国标○形胶圈GB1235-1976相组合的二种形式,其应用范围十分广泛,不但在FBC-1(飞豹)飞机上应用,也可在民用飞机上应用。1986年,由笔者亲自将此技术传授给哈尔滨飞机制造总公司,并成功应用于Y-11、Y-12飞机起落架上。从而解决了起落架摩擦力大,不能“回中”的技术关键,得以顺利通过国际适航认证。1994年白银公司铅锌冶炼厂的码垛机生产线多种液压缸,采用脚形滑环式组合密封后,连续工作两年半至三年,工作行程达6294公里与6912公里;1994年首钢液压中心为北京红光胶管厂研制的增压缸上采用的脚形滑环式组合密封TB2-Ⅱ200×16、TB2-Ⅰ100×10.6工作压力达180MPa,效果良好;同年京杭大运河江苏段的多个船闸门的起闭大油缸上采用此种密封稳定工作三年以上,甚至超过进口油缸。1997年天水锻压机床厂的多项产品中采用了此种密封解决了多年的“刮油”问题;1999年榆次液压件厂油缸分厂的军用油缸采用此种密封,满足了用户关于耐低温与高寿命的要求。2000年西安重型机械研究所研制的高压(70～100MPa)钢管水试验机上采用此种密封稳定工作达两年之久。此种应用实例不胜枚举。脚形滑环式组合密封虽有很多优点,但亦有不足之处;其安装沟槽必须是开式,而不能采用闭式沟槽。因脚形滑环的根部刚性较大,不易变形装入闭式沟槽中,且只能承受单向压力。压裂器密封直角滑环式组合密封(简称:直角密封),是在脚形密封的基础上,针对普通○形胶圈的工作特点研发的。即在保留PTFE滑环的薄唇结构特性的同时,又融入了○形胶圈高压下加挡圈的功能,合二而一地成为目前的结构形式。它既可以装入原加挡圈的○形胶圈的闭式沟槽内,也可采用开式沟槽或成组串联工作。但也只能单向承压。其工作压力可达60MPa,往复工作速度6m/s,因占用结构空间较小,且结构简单,是目前液压系统、油压减震器及轻型液压缸中较受欢迎的一种密封形式。尤其适用于有低摩擦力要求的油缸和气缸。1998年大庆万驰减震器有限公司生产的铃木汽车全油液减震器上采用了此种密封,经台架寿命试验420万次往复运动无泄漏。试验压力25～38MPa,行程为S=±50mm,速度v=0.52m/s。同年西南石油管理局油气测试中心酸化压裂大队的哈里伯顿HT-400压裂泵液力端,加油压裂施工井段800～2400m,施工压力20～60MPa,最高工作温度200℃,介质为水、砂石等,装用本密封后可连续施工60余口井,较原密封件提高工作寿命近10倍。又如济南试金集团有限公司生产的万能试验机,苏北航务管理处工程总队的液压缸上采用了TB1-ⅠA120×7,TB1-ⅠA135×7型号直角密封以及无锡兰力机床有限公司采用了TB1-ⅠA330×7等均工作良好,有的连续工作达三年以上。b.c形滑环式组合密封C形滑环式组合密封(简称C形密封)是在直角密封的基础上根据用户的工作需求而研发的。它相当于原○形橡胶圈在高压下作动密封时双向加挡圈的结构,不同的是在○形橡胶圈与被密封表面间增加了一个PTFE的密封薄唇,通俗点说就是用一个薄唇把两个挡边连起来,把○形橡胶圈包围在其中。工作中○形橡胶圈只提供密封弹力(相当于静密封)而与密封介质、被密封表面几乎不接触。此密封可承受双向工作压力,较适用于液压缸中的活塞密封,尤其是腐蚀性介质或劣性介质等的动、静密封部位。例如:西安通力锻压机床有限公司为二汽改造的大型液压设备上采用了直径720mm的C形滑环式组合密封TB4-ⅡA720×7,工作一年多运行状态良好。2000年吉林工业大学为大庆油田研制的高温高压液压缸工作压力50～70MPa,工作温度200℃,工作介质为泥浆,且密封件工作中还要通过四个ϕ5的孔,而缸径只有ϕ40mm。活塞动密封之难度是显而易见的。经过双方共同努力,选用C形滑环式组合密封TB4-ⅡA40×5.3及传动旋转轴上选用齿形滑环式组合密封TB3-Ⅰ12×2.65。经多次试验一举成功。现已投入正常生产。还有沈阳消防车厂生产的高压水消防设备上,长春富丽登液压提升设备有限公司生产的液压抽油系统,胜利油田金力新技术开发公司的采油及井下设备中及榆次液压设备厂生产的高温油缸,葫芦岛市石油机具厂生产的石油设备等等均采用了C形滑环式组合密封,其效果良好,工作稳定。齿形密封的密封前三种密封,虽各有特点,但它们的共同点是只能作往复运动密封或低速转动、摆动密封。对高速旋转密封它们并不适用。为此,根据用户的需求而研制出齿形滑环式组合密封(简称:齿形密封)专门用于中高速旋转密封部位。它的结构特点是在直角密封的基础上研制出的。即利用直角密封的背压挡边,保护○形胶圈以承受较高的压力,而○形胶圈与旋转密封面之间有一个带有齿尖形的密封唇垫着,从而提供密封弹力与承受轴向压力的仍是○形胶圈与背压挡边,而参与密封面磨合的是齿形滑环的唇部。由于齿尖与旋转面的接触为近于线状接触,则可大大减少由高速旋转产生的摩擦热。同时PTFE滑环的填料选择亦应尽量采用自润滑性、耐磨性与导热性好的填料。其中密封唇上齿尖与旋转密封表面间接触线的宽窄,取决于承受的工作压力。压力低线宽可小点,压力高时就要适当增加接触线宽度,以提高滑环的承载能力。齿形密封只适用于单向受压的密封,如果双向受压则可背靠背安装,见图6。另外,作为轴密封,最好采用开式沟槽,并串联成组工作。若密封轴径大于200mm则也可采用闭式沟槽,但要按规定来安装密封件,否则影响密封效果。由于齿形密封的滑环与被密封表面的摩擦阻力较小,所以它适用于液压旋转或要求摩擦力较低的气动往复密封,既可密封轴,也可密封孔。其工作介质:油、气、水、水-乙二醇、酸、碱等均可;工作速度可达10m/s;工作压力0～70MPa。需要说明的是齿形密封用作高速高压旋转密封,被密封动表面的表面硬度Rc≥55,表面粗糙度Ra=0.2～0.8nm为妥。齿形密封的应用范围较广,如1998年沈阳新乐机器厂的尖端产品上采用了TB3-Ⅰ19.3×2.65,介质为氩气无润滑,转速n=900r/min,工作压力p=15MPa,要求绝对密封。经实际应用表明,齿形密封的工作寿命比橡胶密封件高20倍,目前产品已出口。又如,北京石油机械厂生产的石油机械,采用了TB3-Ⅰ120×7;TB3-Ⅰ80×5.3;烟台机床附件厂生产的大型机床设备上采用的TB3-Ⅰ390×7;TB3-Ⅰ500×7,以及天津大港油田中成公司螺杆钻具厂的曲杆泵上采用的TB3-Ⅰ105×5.3、TB3-Ⅰ115×5.3;中船715所的耐海水设备上用的TB3-Ⅰ120×7;西安庆安航空电气公司生产的军品(耐海水)TB3-Ⅰ26×3.55及洛阳水星公司生产的高压水清洗设备上广泛采用了齿形密封后,解决了多年来的耐气、耐海水、耐泥浆等劣性介质的高压旋转密封难题。又如,兵器工业第205所的军