鼓形圈與蕾形圈

針對丁腈夾布橡膠材質(zhì)的鼓型圈、蕾型圈使用壽命短、更換不方便的問題，決定采用新型聚醚聚氨酯密封件代替。介紹了聚醚聚氨酯密封件在液壓支架立柱、 千斤頂上的應(yīng)用，通過與丁腈夾布橡膠密封件在性能和經(jīng)濟性上的比較可知，新型聚醚聚氨酯密封件非常適合在高產(chǎn)高效工作面應(yīng)用。
近年來，隨著對高產(chǎn)高效工作面液壓支架高壽命和低故障率要求的提高，傳統(tǒng)材質(zhì)的丁腈夾布橡膠密封件已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要。通過對姚橋礦和徐莊礦工作面升井的液壓支架立柱、千斤頂?shù)牟饳z發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的丁腈夾布橡膠材質(zhì)的蕾型圈的夾布層均有裂紋、毛邊、撕裂，鼓型圈的主要夾布膠與軟膠結(jié)合部開裂，磨損嚴重，從而出現(xiàn)大面積漏液。丁腈夾布橡膠材質(zhì)的鼓型圈、蕾型圈使用壽命短，更換不方便。因此，急需尋求新的密封材料，以提高密封件的使用壽命，從而提高立柱的使用壽命和可靠性，滿足高產(chǎn)高效工作面的技術(shù)要求。
最近幾年，美國、波蘭、奧地利等國家對支架密封件在材質(zhì)方面的研究有了突破性的發(fā)展，傳統(tǒng)的密封機理、 加工工藝以及密封材料已經(jīng)逐步被淘汰。

PSE TSE 油封

聚醚聚氨酯密封件已經(jīng)成為第3代產(chǎn)品，其使用壽命是現(xiàn)在傳統(tǒng)國產(chǎn)產(chǎn)品的5倍左右，有著廣泛的應(yīng)用前景。
2013 年2 月 國內(nèi)一煤礦新進一批液壓支架，支架所有油缸均是采用進口抗水解聚醚聚氨酯材質(zhì)密封，支架在廠內(nèi)實驗一切正常，沒有任何滲漏現(xiàn)象。支架下井在工作面開始安裝，安裝過程中也沒有出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。安裝完畢，工作面驗收合格后開始正式生產(chǎn)，剛開始生產(chǎn)就出現(xiàn)部分立柱漏液。漏液現(xiàn)象為立柱先升柱后，馬上降柱，這時會從立柱防塵圈處滲出一股乳化液，再次升柱停止?jié)B漏，再降柱，又會有部分乳化液從防塵圈處滲出。滲出量不多，每次總在降柱時滲漏，升柱時不滲。
(2)實例 2
2014 年5 月，國內(nèi)一煤礦大修一批液壓支架，在大修過程中，將原來的普通橡膠密封全部更換為進口材質(zhì)密封，材料同樣也是抗水解聚醚聚氨酯。支架大修后在廠內(nèi)實驗一切正常，沒有滲漏現(xiàn)象。開始生產(chǎn)后，陸續(xù)出現(xiàn)部分立柱和千斤頂漏液。漏液現(xiàn)象也是從防塵圈處滲漏，滲漏量較大。
4 密封失效分析
(1)安裝工藝不當(dāng)，造成密封撕裂進口材質(zhì)密封一般是由變性聚氨酯材料制造，它的彈性較天然橡膠密封材料要小，安裝時如果不采取特殊工藝措施，很容易造成密封撕裂。在上述的失效實例 1 中，拆開漏液的立柱后可以發(fā)現(xiàn)：缸口處的蕾形密封圈唇口都有較小的撕裂痕跡。這是因為，這種密封的唇口有一個朝向高壓側(cè)的尖銳突起，而正是這個突起部位起關(guān)鍵的密封作用。在安裝過程中如果不小心，很容易將這個尖銳的突起部分劃傷，而這個小小的劃傷，在工廠內(nèi)試壓時很難發(fā)現(xiàn)，在井下生產(chǎn)過程中，由于上、下腔反復(fù)交替加壓，在快速反向加壓時，會有一小股乳化液滲出，上述實例1 就是這種現(xiàn)象。

組合鼓型密封圈

解決這個問題的方法：①安裝前必須把裝配件表面擦凈，涂潤滑油，裝配的端部不能有任何尖銳突出;②環(huán)境溫度較低時，應(yīng)將密封件在 60 ℃左右的溫水中加熱，增加密封件的彈性，這樣安裝過程中就不易造成密封件的撕裂。
(2)加工尺寸精度不夠，造成密封失效進口材質(zhì)密封件的強度較高，耐磨性 好，但彈性變形量較小，對尺寸變化的補償能力較弱，如果密封結(jié)合件的配合間隙變化較大，進口材質(zhì)的密封就不能有效地補償，造成密封失效。對于新加工的立柱、千斤頂，可能不存在這個問題，但對于大修的一些舊立柱、千斤頂，特別是原立柱、千斤頂是采用傳統(tǒng)橡膠密封，大修時升級改用進口材質(zhì)密封的，很多會出現(xiàn)這個問題，上述的實例 2，就是這種情況。

聚甲醛檔圈

解決方法：新設(shè)計的立柱、千斤頂密封溝槽及缸筒、活柱體時，尺寸精度等級必須比原來使用橡膠密封件時高出 1~2 級。比如，活柱體電鍍外表面的尺寸精度，原來是 f9 的尺寸公差，采用進口材質(zhì)密封時，該尺寸公差應(yīng)提高到f8 或f7。而對于一些大修升級密封的，如實例 2 的情形，必須增加電鍍層厚度，減小配合間隙，只有這樣，才能保證密封的可靠性。
(3)加工表面質(zhì)量精度不高，造成密封失效同樣是因為進口材質(zhì)密封的彈性變形量較小，材質(zhì)相對橡膠密封較硬，因此對滑動密封結(jié)合面的粗糙度也有較高的要求。如果滑動表面較粗糙，時間久了，很容易造成密封唇口磨損，失去密封性能。上述實例 2 中，也有這方面的原因。
解決辦法：使用進口材質(zhì)密封件時 ，缸 筒和活柱體表面的粗糙度一般應(yīng)達到 Ra≤0.2 μm，密封溝槽的表面粗糙度一般就達到 Ra≤0.2 μm，密封溝槽的表面粗糙度一般就達到 Ra≤0.4 μm，這樣的表面加工精度能夠保證進口材質(zhì)密封件的耐久使用。

活塞頭密封圈

(4)污染造成密封失效
液壓系統(tǒng)對污染是極其敏感的，密封件失效在很多情況下是由污染引起的。井下的煤粉顆粒，雖然微小，但對密封的磨損卻相當(dāng)嚴重。密封失效后的油缸拆開后，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有大量的煤粉污染物，可以肯定，污染是造成密封失效的一個主要原因。上述實例 2 的立柱，拆開后，缸體內(nèi)有大量的煤水混合物，在密封的表面和密封間隙里也存有很多煤粉顆粒，這些污染物已經(jīng)使密封完全失效了。
解決這個問題的方法是：立柱和千斤頂?shù)慕M裝環(huán)境必須清潔，密封件和組裝件安裝前都應(yīng)清洗干凈，試壓的系統(tǒng)必須清潔，不能將污染帶入到油缸內(nèi)部。 在井下使用過程中，如果需要拆換油缸，一定要保證進、回液口密封，不能混入煤粉等污染物。如果不注意污染源的控制，再好的密封也一樣會失效。

KDAS活塞密封圈

1、聚醚聚氨酯密封材料性能分析
現(xiàn)就新型進口聚醚聚氨酯密封件 (紅色 )與丁腈膠密封件 (黑色 )的機械、物理和熱性能進行比較，其結(jié)果見表1(溫度23℃)。
通過對進口聚氨酯密封件和丁腈橡膠密封件技術(shù)參數(shù)的比較，進口聚醚聚氨酯密封件在耐磨性、強度和抗撕裂等方面的優(yōu)越性一目了然。
(1)較好的耐磨性。超低的摩擦因數(shù)為超長的使用壽命提供了必要的保障。在承受相同的徑向壓力的前提下，進口聚醚聚氨酯的摩擦因數(shù)是013，而丁腈橡膠的摩擦因數(shù)為115，進口聚醚聚氨酯的摩擦因數(shù)僅為丁腈橡膠的1/5。在相同的條件下，磨損僅為丁腈橡膠的1/8。因此，具有超長的使用壽命。

ＹＸＤ孔用密封件

聚氨酯密封件
(2)優(yōu)越的抗老化和耐水解性。丁腈橡膠在熱、光、輻射等物理因素和臭氧、氧、酸、堿等化學(xué)因素的影響下會變硬、變脆，失去彈性而老化。傳統(tǒng)的聚酯聚氨酯 (材質(zhì)主要為聚酯多元醇 )在55℃極易水解，而新型聚醚聚氨酯材質(zhì)的密封件采用的是聚醚多元醇，它對此表現(xiàn)為惰性，存放、使用期可長達20a，有著優(yōu)越的耐水解和抗老化性能。
(3)較大的最大擠出間隙。缸體在日積月累的摩擦過程中會有一定量的磨損，導(dǎo)致缸體的徑向擠出間隙變大，如果密封材料的抗擠出性能較低，就會出現(xiàn)密封件根部被擠出而損壞。進口聚醚聚氨酯密封件的最大擠出間隙為0.176mm，而丁腈橡膠的最大擠出間隙僅為0.113mm。一般情況下，進口聚醚聚氨酯密封件的最大擠出間隙是丁腈橡膠的4倍多。因此，進口聚醚聚氨酯密封件在同一液壓缸體中多年使用，效果卻依然理想。
(4)較高的強度和抗撕裂能力。進口聚醚聚氨酯密封件的抗拉強度和伸長率是丁腈橡膠的3倍，撕裂強度是丁腈橡膠的9倍。
2、應(yīng)用效果
通過試用，新型進口聚醚聚氨酯密封件在高產(chǎn)高效礦井的應(yīng)用效果良好，達到了高產(chǎn)高效工作面對液壓支架密封件的要求，克服了所有丁腈夾布橡膠密封件的缺點，同時也滿足了新型密封件的技術(shù)要求。目前，拓特廠在大修108臺ZF5200液壓支架和制造的ZY3600型支架，將所有立柱、千斤頂內(nèi)用的鼓型圈和蕾型圈等密封件全部換成了新型進口聚醚聚氨酯材質(zhì)的密封件，高產(chǎn)高效工作面的液壓支架的配置做好充足的準(zhǔn)備。
3、效益分析
表面上看，新型進口聚醚聚氨酯密封件的價格比普通丁腈夾布橡膠要高不少，平均每套支架(以ZF5200支架為例，每套支架按130臺計算 )密封件的修理費用要增加約30萬元的成本。但整體來看，立柱、千斤頂?shù)氖褂脡勖岣?倍以上，在相同的使用時間內(nèi)減少支架大修次數(shù)1～2次，每套支架每次的大修理費用約為700萬元。由此可見，增加幾十萬元的密封件成本還是很值得的，不僅可以節(jié)約維修費用，節(jié)約維簡資金，同時還滿足了高產(chǎn)高效工作面液壓支架的高壽命、低故障率的要求。