車恒德r密封我國專利系列產(chǎn)品的創(chuàng)新與發(fā)展

車恒德r密封我國專利系列產(chǎn)品的創(chuàng)新與發(fā)展

0結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封實行生物無創(chuàng)新產(chǎn)品密封的國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)r-r密封是作者在飛機設(shè)計和研究方面30多年發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)產(chǎn)品。它最早源于FBC-1(飛豹)飛機起落架的高難要求而研究發(fā)明的“起落架用雙功能腳形滑環(huán)式組合密封”以及為滿足廣大客戶的需求,又相繼研制出的“直角滑環(huán)式組合密封”、“齒形滑環(huán)式組合密封”、“C形滑環(huán)式組合密封”、“J形滑環(huán)式組合密封”等五項專利密封系列產(chǎn)品,現(xiàn)統(tǒng)稱車恒德R密封,已經(jīng)國家注冊。車恒德R密封以它獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計與選材以及優(yōu)異的密封性能,有別于國內(nèi)外已有的各種橡塑密封制品。它是我國唯一具有自主知識產(chǎn)權(quán)的密封新品種。被專家委員會鑒定為具有國際先進水平的新型密封產(chǎn)品。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于軍工及民用各類機電產(chǎn)品上。自投放市場以來,深受各行業(yè)的歡迎,并先后有十幾家新聞媒體和個人對筆者的專利產(chǎn)品進行報道及撰寫有關(guān)采用筆者專利產(chǎn)品的實踐體會、機理分析等文章。如:孫正一的通訊《尼桑密封研制成功,根治“三漏”大有希望》(科技日報1995年1月17日)、孫義的《尼桑密封有望根治“三漏”》(經(jīng)濟日報1995年1月17日)、武家增的《車氏密封產(chǎn)品深受用戶青睞》(經(jīng)濟新聞報1996年7月26日)、薄銀根的《車氏密封—防治“三漏”專利技術(shù)》(機電報1996年11月13日)等,及川化集團公司汪家銘的《尼桑密封根治泄漏效果顯著》(潤滑與密封1995年第5期)、天水鍛壓機床研究所段志偉的《板料折彎機油缸泄漏防治》(機床與液壓1998年第2期)、陳社會的《直角滑環(huán)式組合密封機理及其應(yīng)用》(液壓氣動與密封2000年第6期)等。這些對促進密封技術(shù)交流與發(fā)展是有益的。由于車恒德R密封在各行業(yè)治理“三漏”的顯著效果與解決高難度密封的突出成就,曾先后獲得原航空工業(yè)部科技進步獎、第六屆全國發(fā)明展覽會及第二屆中國專利技術(shù)博覽會銀獎。1高性能、高實力是專利密封的主流車恒德R密封是筆者目前發(fā)明的多項專利密封系列產(chǎn)品的統(tǒng)稱。它是我國第一個,也是目前唯一的以專利發(fā)明者的真實姓名注冊的密封產(chǎn)品名稱,即最終的專利系列產(chǎn)品的合法名稱。由此可見,車恒德R密封的生產(chǎn)者與經(jīng)營者責(zé)任之大,他必須以高質(zhì)量、高性能、高信譽來對用戶負責(zé)。因為它是我國目前唯一具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型密封品牌。由于筆者的專利產(chǎn)品曾先后在不同的廠家(公司)投產(chǎn),所以在不同時期也先后出現(xiàn)過不同的名稱,如曾以“格雷特密封”、“尼桑密封”、“車氏密封”等出現(xiàn)在媒體上,并為廣大用戶所熟知?，F(xiàn)在由于筆者的專利密封項目不斷增加,陸續(xù)有新的專利密封問世,從而構(gòu)成了一個比較齊全的專利密封產(chǎn)品“家族”,例如:有適用于真空和低壓的組合密封,也有耐中高壓乃至超高壓的密封品種,還有耐腐蝕、防輻射、耐劣性介質(zhì)(酸、堿、泥漿、水泥等)的旋轉(zhuǎn)與往復(fù)密封等較為完整的適用多種工況的專利密封系列。故現(xiàn)在注冊為車恒德R密封,并由西安海林科工貿(mào)有限公司獨家生產(chǎn)與經(jīng)營。2起落架減震器密封試驗研究車恒德R密封的研究始于70年代末的飛機起落架的設(shè)計研究。眾所周知,飛機的起飛與著陸是安全事故的多發(fā)段,為此如何確保此階段的飛機安全就顯得極為重要,而起落架又正是此階段工作的重要大部件。同時,軍用飛機的起降條件無論從機場還是設(shè)備上都比民用飛機要差得多,加之駕駛?cè)藛T的起降動作也比較粗放,所以對起落架的要求要比民用飛機高得多,要適應(yīng)戰(zhàn)時的特殊條件。在極短時間內(nèi)吸收巨大的垂直與水平動能及地面的突發(fā)性大過載。由此在減震器內(nèi)產(chǎn)生極大的油、氣脈沖,幾秒鐘內(nèi)壓力突增上百兆帕。同時還要承受極懸殊的溫差變化,幾分鐘內(nèi)溫差突變可達一百多度(攝氏),加之工作環(huán)境為全天候情況下,要確保起落架的絕對安全工作?？梢娖鹇浼軠p震器的密封就成為一個非常重要的“關(guān)鍵件”。要滿足大沖擊、高速度、高壓差、高耐磨、低摩擦、高可靠性、高壽命、無泄漏的密封要求,確非易事。通常的橡膠密封,顯然難當(dāng)此任,而一般的滑環(huán)式組合密封(斯特封、格來圈等)雖然具有高耐磨、低摩擦的特點,但因其長期工作后的泄漏量(或稱刮油量)較大,比常規(guī)○形橡膠圈大2～3倍,有時甚至大十幾倍,加之它們又難以承受如此大的高壓差、大沖擊載荷及高溫差的瞬間變化,由此研制高性能優(yōu)質(zhì)密封件就成為當(dāng)時的關(guān)鍵項目。通過整整5年的試驗研究,包括篩選材料配方與結(jié)構(gòu)設(shè)計模型、諸多對比試驗、氣密性試驗、高低溫試驗、數(shù)百萬次耐久循環(huán)(壽命)試驗、數(shù)千次的動力沖擊(落震)試驗、多架飛機的領(lǐng)先飛行試驗等終于研制成功帶有薄唇結(jié)構(gòu)的《腳形滑環(huán)式組合密封》,見圖1。從而徹底滿足了該飛機起落架的密封要求,裝機上天。(1)利用滑環(huán)制作滑環(huán)的特點車恒德?密封的結(jié)構(gòu)特點在于PTFE填料滑環(huán)采用薄唇結(jié)構(gòu),并與一個有一定壓縮量的○形橡膠圈組合而成?？梢蕴娲Ｒ?guī)的V形橡膠圈、YX形圈、骨架油封、機械密封及斯特封、格來圈等,見圖2。關(guān)于PTFE的特點,人們比較了解,純PTFE呈白色,并有極低的摩擦系數(shù)0.02～0.04,自潤滑性能好,耐溫、耐腐蝕、電絕緣性能均佳。但它的缺點是不耐磨損,具有冷流性,熱脹系數(shù)大,導(dǎo)熱性差,故不宜獨立作動密封件,只適合用作墊子、擋圈等。為了充分發(fā)揮其獨特的優(yōu)點,改善其不足,人們給其加入一些填料,如青銅粉、石墨、玻纖、碳纖、二硫化鉬、二氧化硅、氧化鎘、云母等,從而分別提高其機械強度、耐磨性、耐水性、導(dǎo)熱性等。相應(yīng)的摩擦系數(shù)也有所增加,但終究低于橡膠與聚氨脂的摩擦系數(shù)。從而得以廣泛用于制作各種滑環(huán)與導(dǎo)向環(huán)、導(dǎo)向帶等產(chǎn)品。車恒德R密封在制作滑環(huán)時,根據(jù)用戶的不同工況,采用不同的填料配方。其滑環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計中均采用較薄的密封唇部。其原因,一是薄唇剛性較小,使○形橡膠圈的彈力免受約束緊壓于密封表面,實現(xiàn)無間隙自由滑動、使其油膜很薄,通常在0.001～0.0025mm,只起潤滑作用,而不至被刮出成滴(泄漏)。經(jīng)長期工作后,即使滑環(huán)運動表面出現(xiàn)磨損,也因唇部剛性小而易被○形膠圈的彈力自動補償,從而實現(xiàn)長期工作無泄漏的目的。其二,由于PTFE的熱膨脹系數(shù)較大,雖然加填料后可改善其導(dǎo)熱性,但終究對溫差變化較為敏感,如夏季制作的厚型滑環(huán),在冬季安裝時較為困難,就是這個道理。同時在冬夏工作中的磨阻也有明顯不同。而采用了薄唇結(jié)構(gòu)則明顯減少了密封唇對溫差變化的敏感性,使其更適合用于對摩擦要求較嚴(yán)格的密封部位。有時人們會擔(dān)心薄唇結(jié)鉤經(jīng)長期工作后,或潤滑條件不好是否會被磨穿。此種擔(dān)心是有一定道理的。通常液壓氣動活動密封的表面在專業(yè)上都有明確的規(guī)定,如精度、粗糙度、甚至表面硬度等。如果產(chǎn)品制造中,能按設(shè)計要求進行質(zhì)量控制,此種擔(dān)心是不必要的。經(jīng)實驗表明薄唇滑環(huán)在飛機起落架減震器的158萬次往復(fù)運動中,只磨耗了0.025mm～0.1mm。但是,一旦被密封表面的粗糙度達不到設(shè)計要求,又沒有良好的潤滑,甚至工作中還有偏載等情況,這種擔(dān)心就會成為現(xiàn)實。解決的辦法除結(jié)構(gòu)上采取必要的措施提高運動導(dǎo)向能力,同時在滑環(huán)的填料配方上增加自潤滑、耐水、耐磨填料,并適當(dāng)增大一些密封唇的厚度(不要影響橡膠圈的彈力補償能力)。此種擔(dān)心也會迎刃而解。車恒德R密封的另一大特點是,無論那種型號,在滑環(huán)結(jié)構(gòu)上均有一個(或二個)耐壓擋邊,其擋邊的厚度、內(nèi)外徑視其受壓方向、唇口承壓大小而不同。由此可提高○形橡膠圈的承壓能力,不至被擠入動、靜密封間隙而過早損壞。這就是為什么車恒德?密封經(jīng)過幾年的工作后,○形橡膠圈始終處于完好狀態(tài)的原因(最高經(jīng)過八年工作后,○形橡膠圈仍完好無損)。(2)不同的結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)用腳形滑環(huán)式組合密封腳形滑環(huán)式組合密封(簡稱腳形密封)是專為飛機起落架的高難要求研制的,所以它的耐油、氣性能、耐壓性能、低摩擦、無泄漏性能極佳,既可封軸亦可封孔,最高耐壓可達200MPa,它是液壓缸及大型氣缸密封的優(yōu)選型號。其型號分三種:有非標(biāo)準(zhǔn)型,主要是○形膠圈截面直徑較大,可提供較大的承載能力、抗老化能力及偏載補償能力;標(biāo)準(zhǔn)形分二種,即與GB3452.1-1992新國標(biāo)○形膠圈組合及與老國標(biāo)○形膠圈GB1235-1976相組合的二種形式,其應(yīng)用范圍十分廣泛,不但在FBC-1(飛豹)飛機上應(yīng)用,也可在民用飛機上應(yīng)用。1986年,由筆者親自將此技術(shù)傳授給哈爾濱飛機制造總公司,并成功應(yīng)用于Y-11、Y-12飛機起落架上。從而解決了起落架摩擦力大,不能“回中”的技術(shù)關(guān)鍵,得以順利通過國際適航認證。1994年白銀公司鉛鋅冶煉廠的碼垛機生產(chǎn)線多種液壓缸,采用腳形滑環(huán)式組合密封后,連續(xù)工作兩年半至三年,工作行程達6294公里與6912公里;1994年首鋼液壓中心為北京紅光膠管廠研制的增壓缸上采用的腳形滑環(huán)式組合密封TB2-Ⅱ200×16、TB2-Ⅰ100×10.6工作壓力達180MPa,效果良好;同年京杭大運河江蘇段的多個船閘門的起閉大油缸上采用此種密封穩(wěn)定工作三年以上,甚至超過進口油缸。1997年天水鍛壓機床廠的多項產(chǎn)品中采用了此種密封解決了多年的“刮油”問題;1999年榆次液壓件廠油缸分廠的軍用油缸采用此種密封,滿足了用戶關(guān)于耐低溫與高壽命的要求。2000年西安重型機械研究所研制的高壓(70～100MPa)鋼管水試驗機上采用此種密封穩(wěn)定工作達兩年之久。此種應(yīng)用實例不勝枚舉。腳形滑環(huán)式組合密封雖有很多優(yōu)點,但亦有不足之處;其安裝溝槽必須是開式,而不能采用閉式溝槽。因腳形滑環(huán)的根部剛性較大,不易變形裝入閉式溝槽中,且只能承受單向壓力。壓裂器密封直角滑環(huán)式組合密封(簡稱:直角密封),是在腳形密封的基礎(chǔ)上,針對普通○形膠圈的工作特點研發(fā)的。即在保留PTFE滑環(huán)的薄唇結(jié)構(gòu)特性的同時,又融入了○形膠圈高壓下加擋圈的功能,合二而一地成為目前的結(jié)構(gòu)形式。它既可以裝入原加擋圈的○形膠圈的閉式溝槽內(nèi),也可采用開式溝槽或成組串聯(lián)工作。但也只能單向承壓。其工作壓力可達60MPa,往復(fù)工作速度6m/s,因占用結(jié)構(gòu)空間較小,且結(jié)構(gòu)簡單,是目前液壓系統(tǒng)、油壓減震器及輕型液壓缸中較受歡迎的一種密封形式。尤其適用于有低摩擦力要求的油缸和氣缸。1998年大慶萬馳減震器有限公司生產(chǎn)的鈴木汽車全油液減震器上采用了此種密封,經(jīng)臺架壽命試驗420萬次往復(fù)運動無泄漏。試驗壓力25～38MPa,行程為S=±50mm,速度v=0.52m/s。同年西南石油管理局油氣測試中心酸化壓裂大隊的哈里伯頓HT-400壓裂泵液力端,加油壓裂施工井段800～2400m,施工壓力20～60MPa,最高工作溫度200℃,介質(zhì)為水、砂石等,裝用本密封后可連續(xù)施工60余口井,較原密封件提高工作壽命近10倍。又如濟南試金集團有限公司生產(chǎn)的萬能試驗機,蘇北航務(wù)管理處工程總隊的液壓缸上采用了TB1-ⅠA120×7,TB1-ⅠA135×7型號直角密封以及無錫蘭力機床有限公司采用了TB1-ⅠA330×7等均工作良好,有的連續(xù)工作達三年以上。b.c形滑環(huán)式組合密封C形滑環(huán)式組合密封(簡稱C形密封)是在直角密封的基礎(chǔ)上根據(jù)用戶的工作需求而研發(fā)的。它相當(dāng)于原○形橡膠圈在高壓下作動密封時雙向加擋圈的結(jié)構(gòu),不同的是在○形橡膠圈與被密封表面間增加了一個PTFE的密封薄唇,通俗點說就是用一個薄唇把兩個擋邊連起來,把○形橡膠圈包圍在其中。工作中○形橡膠圈只提供密封彈力(相當(dāng)于靜密封)而與密封介質(zhì)、被密封表面幾乎不接觸。此密封可承受雙向工作壓力,較適用于液壓缸中的活塞密封,尤其是腐蝕性介質(zhì)或劣性介質(zhì)等的動、靜密封部位。例如:西安通力鍛壓機床有限公司為二汽改造的大型液壓設(shè)備上采用了直徑720mm的C形滑環(huán)式組合密封TB4-ⅡA720×7,工作一年多運行狀態(tài)良好。2000年吉林工業(yè)大學(xué)為大慶油田研制的高溫高壓液壓缸工作壓力50～70MPa,工作溫度200℃,工作介質(zhì)為泥漿,且密封件工作中還要通過四個?5的孔,而缸徑只有?40mm?；钊麆用芊庵y度是顯而易見的。經(jīng)過雙方共同努力,選用C形滑環(huán)式組合密封TB4-ⅡA40×5.3及傳動旋轉(zhuǎn)軸上選用齒形滑環(huán)式組合密封TB3-Ⅰ12×2.65。經(jīng)多次試驗一舉成功?，F(xiàn)已投入正常生產(chǎn)。還有沈陽消防車廠生產(chǎn)的高壓水消防設(shè)備上,長春富麗登液壓提升設(shè)備有限公司生產(chǎn)的液壓抽油系統(tǒng),勝利油田金力新技術(shù)開發(fā)公司的采油及井下設(shè)備中及榆次液壓設(shè)備廠生產(chǎn)的高溫油缸,葫蘆島市石油機具廠生產(chǎn)的石油設(shè)備等等均采用了C形滑環(huán)式組合密封,其效果良好,工作穩(wěn)定。齒形密封的密封前三種密封,雖各有特點,但它們的共同點是只能作往復(fù)運動密封或低速轉(zhuǎn)動、擺動密封。對高速旋轉(zhuǎn)密封它們并不適用。為此,根據(jù)用戶的需求而研制出齒形滑環(huán)式組合密封(簡稱:齒形密封)專門用于中高速旋轉(zhuǎn)密封部位。它的結(jié)構(gòu)特點是在直角密封的基礎(chǔ)上研制出的。即利用直角密封的背壓擋邊,保護○形膠圈以承受較高的壓力,而○形膠圈與旋轉(zhuǎn)密封面之間有一個帶有齒尖形的密封唇墊著,從而提供密封彈力與承受軸向壓力的仍是○形膠圈與背壓擋邊,而參與密封面磨合的是齒形滑環(huán)的唇部。由于齒尖與旋轉(zhuǎn)面的接觸為近于線狀接觸,則可大大減少由高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦熱。同時PTFE滑環(huán)的填料選擇亦應(yīng)盡量采用自潤滑性、耐磨性與導(dǎo)熱性好的填料。其中密封唇上齒尖與旋轉(zhuǎn)密封表面間接觸線的寬窄,取決于承受的工作壓力。壓力低線寬可小點,壓力高時就要適當(dāng)增加接觸線寬度,以提高滑環(huán)的承載能力。齒形密封只適用于單向受壓的密封,如果雙向受壓則可背靠背安裝,見圖6。另外,作為軸密封,最好采用開式溝槽,并串聯(lián)成組工作。若密封軸徑大于200mm則也可采用閉式溝槽,但要按規(guī)定來安裝密封件,否則影響密封效果。由于齒形密封的滑環(huán)與被密封表面的摩擦阻力較小,所以它適用于液壓旋轉(zhuǎn)或要求摩擦力較低的氣動往復(fù)密封,既可密封軸,也可密封孔。其工作介質(zhì):油、氣、水、水-乙二醇、酸、堿等均可;工作速度可達10m/s;工作壓力0～70MPa。需要說明的是齒形密封用作高速高壓旋轉(zhuǎn)密封,被密封動表面的表面硬度Rc≥55,表面粗糙度Ra=0.2～0.8nm為妥。齒形密封的應(yīng)用范圍較廣,如1998年沈陽新樂機器廠的尖端產(chǎn)品上采用了TB3-Ⅰ19.3×2.65,介質(zhì)為氬氣無潤滑,轉(zhuǎn)速n=900r/min,工作壓力p=15MPa,要求絕對密封。經(jīng)實際應(yīng)用表明,齒形密封的工作壽命比橡膠密封件高20倍,目前產(chǎn)品已出口。又如,北京石油機械廠生產(chǎn)的石油機械,采用了TB3-Ⅰ120×7;TB3-Ⅰ80×5.3;煙臺機床附件廠生產(chǎn)的大型機床設(shè)備上采用的TB3-Ⅰ390×7;TB3-Ⅰ500×7,以及天津大港油田中成公司螺桿鉆具廠的曲桿泵上采用的TB3-Ⅰ105×5.3、TB3-Ⅰ115×5.3;中船715所的耐海水設(shè)備上用的TB3-Ⅰ120×7;西安慶安航空電氣公司生產(chǎn)的軍品(耐海水)TB3-Ⅰ26×3.55及洛陽水星公司生產(chǎn)的高壓水清洗設(shè)備上廣泛采用了齒形密封后,解決了多年來的耐氣、耐海水、耐泥漿等劣性介質(zhì)的高壓旋轉(zhuǎn)密封難題。又如,兵器工業(yè)第205所的軍