車恒德r密封我國專利系列產品的創新與發展

0結構設計、密封實行生物無創新產品密封的國內生產企業r-r密封是作者在飛機設計和研究方面30多年發現的系統產品。它最早源于FBC-1(飛豹)飛機起落架的高難要求而研究發明的“起落架用雙功能腳形滑環式組合密封”以及為滿足廣大客戶的需求,又相繼研制出的“直角滑環式組合密封”、“齒形滑環式組合密封”、“C形滑環式組合密封”、“J形滑環式組合密封”等五項專利密封系列產品,現統稱車恒德R密封,已經國家注冊。車恒德R密封以它獨特的結構設計與選材以及優異的密封性能,有別于國內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權的密封新品種。被專家委員會鑒定為具有國際先進水平的新型密封產品。現已廣泛應用于軍工及民用各類機電產品上。自投放市場以來,深受各行業的歡迎,并先后有十幾家新聞媒體和個人對筆者的專利產品進行報道及撰寫有關采用筆者專利產品的實踐體會、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”》(經濟日報1995年1月17日)、武家增的《車氏密封產品深受用戶青睞》(經濟新聞報1996年7月26日)、薄銀根的《車氏密封—防治“三漏”專利技術》(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《直角滑環式組合密封機理及其應用》(液壓氣動與密封2000年第6期)等。這些對促進密封技術交流與發展是有益的。由于車恒德R密封在各行業治理“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部科技進步獎、第六屆全國發明展覽會及第二屆中國專利技術博覽會銀獎。1高性能、高實力是專利密封的主流車恒德R密封是筆者目前發明的多項專利密封系列產品的統稱。它是我國第一個,也是目前唯一的以專利發明者的真實姓名注冊的密封產品名稱,即最終的專利系列產品的合法名稱。由此可見,車恒德R密封的生產者與經營者責任之大,他必須以高質量、高性能、高信譽來對用戶負責。因為它是我國目前唯一具有自主知識產權的新型密封品牌。由于筆者的專利產品曾先后在不同的廠家(公司)投產,所以在不同時期也先后出現過不同的名稱,如曾以“格雷特密封”、“尼桑密封”、“車氏密封”等出現在媒體上,并為廣大用戶所熟知。現在由于筆者的專利密封項目不斷增加,陸續有新的專利密封問世,從而構成了一個比較齊全的專利密封產品“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(酸、堿、泥漿、水泥等)的旋轉與往復密封等較為完整的適用多種工況的專利密封系列。故現在注冊為車恒德R密封,并由西安海林科工貿有限公司獨家生產與經營。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計研究。眾所周知,飛機的起飛與著陸是安全事故的多發段,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備上都比民用飛機要差得多,加之駕駛人員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,要適應戰時的特殊條件。在極短時間內吸收巨大的垂直與水平動能及地面的突發性大過載。由此在減震器內產生極大的油、氣脈沖,幾秒鐘內壓力突增上百兆帕。同時還要承受極懸殊的溫差變化,幾分鐘內溫差突變可達一百多度(攝氏),加之工作環境為全天候情況下,要確保起落架的絕對安全工作。可見起落架減震器的密封就成為一個非常重要的“關鍵件”。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,顯然難當此任,而一般的滑環式組合密封(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○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,由此研制高性能優質密封件就成為當時的關鍵項目。通過整整5年的試驗研究,包括篩選材料配方與結構設計模型、諸多對比試驗、氣密性試驗、高低溫試驗、數百萬次耐久循環(壽命)試驗、數千次的動力沖擊(落震)試驗、多架飛機的領先飛行試驗等終于研制成功帶有薄唇結構的《腳形滑環式組合密封》,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)利用滑環制作滑環的特點車恒德?密封的結構特點在于PTFE填料滑環采用薄唇結構,并與一個有一定壓縮量的○形橡膠圈組合而成。可以替代常規的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,熱脹系數大,導熱性差,故不宜獨立作動密封件,只適合用作墊子、擋圈等。為了充分發揮其獨特的優點,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、導熱性等。相應的摩擦系數也有所增加,但終究低于橡膠與聚氨脂的摩擦系數。從而得以廣泛用于制作各種滑環與導向環、導向帶等產品。車恒德R密封在制作滑環時,根據用戶的不同工況,采用不同的填料配方。其滑環結構設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)。經長期工作后,即使滑環運動表面出現磨損,也因唇部剛性小而易被○形膠圈的彈力自動補償,從而實現長期工作無泄漏的目的。其二,由于PTFE的熱膨脹系數較大,雖然加填料后可改善其導熱性,但終究對溫差變化較為敏感,如夏季制作的厚型滑環,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。而采用了薄唇結構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格的密封部位。有時人們會擔心薄唇結鉤經長期工作后,或潤滑條件不好是否會被磨穿。此種擔心是有一定道理的。通常液壓氣動活動密封的表面在專業上都有明確的規定,如精度、粗糙度、甚至表面硬度等。如果產品制造中,能按設計要求進行質量控制,此種擔心是不必要的。經實驗表明薄唇滑環在飛機起落架減震器的158萬次往復運動中,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,這種擔心就會成為現實。解決的辦法除結構上采取必要的措施提高運動導向能力,同時在滑環的填料配方上增加自潤滑、耐水、耐磨填料,并適當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,在滑環結構上均有一個(或二個)耐壓擋邊,其擋邊的厚度、內外徑視其受壓方向、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?密封經過幾年的工作后,○形橡膠圈始終處于完好狀態的原因(最高經過八年工作后,○形橡膠圈仍完好無損)。(2)不同的結構形式和應用腳形滑環式組合密封腳形滑環式組合密封(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選型號。其型號分三種:有非標準型,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;標準形分二種,即與GB3452.1-1992新國標○形膠圈組合及與老國標○形膠圈GB1235-1976相組合的二種形式,其應用范圍十分廣泛,不但在FBC-1(飛豹)飛機上應用,也可在民用飛機上應用。1986年,由筆者親自將此技術傳授給哈爾濱飛機制造總公司,并成功應用于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”的技術關鍵,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線多種液壓缸,采用腳形滑環式組合密封后,連續工作兩年半至三年,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定工作達兩年之久。此種應用實例不勝枚舉。腳形滑環式組合密封雖有很多優點,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式組合密封(簡稱:直角密封),是在腳形密封的基礎上,針對普通○形膠圈的工作特點研發的。即在保留PTFE滑環的薄唇結構特性的同時,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構形式。它既可以裝入原加擋圈的○形膠圈的閉式溝槽內,也可采用開式溝槽或成組串聯工作。但也只能單向承壓。其工作壓力可達60MPa,往復工作速度6m/s,因占用結構空間較小,且結構簡單,是目前液壓系統、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的鈴木汽車全油液減震器上采用了此種密封,經臺架壽命試驗420萬次往復運動無泄漏。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℃,介質為水、砂石等,裝用本密封后可連續施工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的萬能試驗機,蘇北航務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,有的連續工作達三年以上。b.c形滑環式組合密封C形滑環式組合密封(簡稱C形密封)是在直角密封的基礎上根據用戶的工作需求而研發的。它相當于原○形橡膠圈在高壓下作動密封時雙向加擋圈的結構,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(相當于靜密封)而與密封介質、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,尤其是腐蝕性介質或劣性介質等的動、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備上采用了直徑720mm的C形滑環式組合密封TB4-ⅡA720×7,工作一年多運行狀態良好。2000年吉林工業大學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。活塞動密封之難度是顯而易見的。經過雙方共同努力,選用C形滑環式組合密封TB4-ⅡA40×5.3及傳動旋轉軸上選用齒形滑環式組合密封TB3-Ⅰ12×2.65。經多次試驗一舉成功。現已投入正常生產。還有沈陽消防車廠生產的高壓水消防設備上,長春富麗登液壓提升設備有限公司生產的液壓抽油系統,勝利油田金力新技術開發公司的采油及井下設備中及榆次液壓設備廠生產的高溫油缸,葫蘆島市石油機具廠生產的石油設備等等均采用了C形滑環式組合密封,其效果良好,工作穩定。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運動密封或低速轉動、擺動密封。對高速旋轉密封它們并不適用。為此,根據用戶的需求而研制出齒形滑環式組合密封(簡稱:齒形密封)專門用于中高速旋轉密封部位。它的結構特點是在直角密封的基礎上研制出的。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的唇部。由于齒尖與旋轉面的接觸為近于線狀接觸,則可大大減少由高速旋轉產生的摩擦熱。同時PTFE滑環的填料選擇亦應盡量采用自潤滑性、耐磨性與導熱性好的填料。其中密封唇上齒尖與旋轉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,壓力高時就要適當增加接觸線寬度,以提高滑環的承載能力。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,但要按規定來安裝密封件,否則影響密封效果。由于齒形密封的滑環與被密封表面的摩擦阻力較小,所以它適用于液壓旋轉或要求摩擦力較低的氣動往復密封,既可密封軸,也可密封孔。其工作介質: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。齒形密封的應用范圍較廣,如1998年沈陽新樂機器廠的尖端產品上采用了TB3-Ⅰ19.3×2.65,介質為氬氣無潤滑,轉速n=900r/min,工作壓力p=15MPa,要求絕對密封。經實際應用表明,齒形密封的工作壽命比橡膠密封件高20倍,目前產品已出口。又如,北京石油機械廠生產的石油機械,采用了TB3-Ⅰ120×7;TB3-Ⅰ80×5.3;煙臺機床附件廠生產的大型機床設備上采用的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所的耐海水設備上用的TB3-Ⅰ120×7;西安慶安航空電氣公司生產的軍品(耐海水)TB3-Ⅰ26×3.55及洛陽水星公司生產的高壓水清洗設備上廣泛采用了齒形密封后,解決了多年來的耐氣、耐海水、耐泥漿等劣性介質的高壓旋轉密封難題。又如,兵器工業第205所的軍