CN103363116A - 鼓型增压多环复合密封圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鼓型增压多环复合密封圈，密封圈本体的内、外两个圆柱面为密封面，一个端面（单项密封圈）或两个端面（双向密封圈）为充液结构；其特征在于：（1）密封圈本体由低压密封和高压密封两种密封结构组成，低压密封为Y型或其它结构，高压密封为空腔鼓型结构；（2）密封圈本体的内、外两个圆柱面上分别设置1-N道密封环面；（3）高压密封环内腔即充压腔，而内、外圆柱面分别为一道或数道密封环面；（4）充液结构设有高压液体缓冲槽；（5）缓充槽与充压腔之间设有支撑隔板，隔板上设有连通两者的注液孔。与现有密封技术相比，具有高低压搭配密封、高效增压密封、多环复合密封的优点。

Description

鼓型增压多环复合密封圈

技术领域

本发明涉及一种密封圈，尤其是一种通过在非密封面的两侧进行注液密封的鼓型增压多环复合密封圈。

背景技术

目前使用的各种密封圈的结构和密封形式单一，如常用的Y型密封圈和O型密封圈,适用于低压工况，但对高压密封效果欠佳；格来圈、鼓型密封圈及斯特封等其他密封圈适用于高压，但对低压密封效果不好,现在还没有一种能在同一液压系统中兼顾低压和高压工况的复合式密封圈。

下面，通过目前常用的Y型密封圈和改进后的鼓型密封圈，对密封圈的构造及密封原理进行说明。

1、Y型密封圈的结构及其密封原理

1.1  Y型密封的结构型式：如图1所示，靠A、B面密封。

1.2 工作原理：工作液在Y型密封圈A、B面内侧，依靠工作液的压力形成A、B面向外的贴合力起到密封作用。      

近几年，有一种在鼓型密封圈基础上改进的密封圈，如图2所示，这种密封圈只是在理论上可以通过进入密封圈内腔工作液的压力改善高压密封效果。但是，如下面的受力分析结果，因其结构存在缺陷，它的高压和低压密封效果都不理想。

2、改进型鼓型密封结构及其密封原理

2.1改进型鼓型密封圈的结构型式，如图2所示，靠C、D面密封。

2.2工作原理及密封圈受力分析

改进型鼓型密封结构和受力情况如图3所示：

31—活塞杆外表面；32—密封圈上侧间隙；33—压力液体形成向密封圈腔内的压力；34—增压注液孔；35—密封圈外密封面；36—向活塞杆的液压涨力；37—液压缸内腔压力；38—向密封槽的液压涨力。

如图3所示，液压缸工作时，工作液通过增压注液孔34进入液压缸工作腔，同时进入鼓型密封圈内腔，在密封圈内腔形成由内腔中心向四周的膨涨力。这时，密封圈的C面受内腔膨涨力的作用而与活塞杆外表面的贴合力增大，概念上可以改善活塞杆外表面的密封性能。

但是，参照图2、图3分析，这种改进型鼓型密封圈的D面同时受到密封圈腔内和腔外大小几乎相同、方向完全相反的两个力：压力液体形成的向密封圈腔内的压力33、向密封槽的液压涨力38的作用，两个力作用相反，最终使得概念中的密封增压力为零。而且，在这种密封结构中，D面与手把密封槽低面或油缸内壁之间都有缝隙，单靠密封圈材料自身的弹力不足以形成有效的密封，液压缸内腔的高压或低压液体都能轻易地从这些间隙中泄漏，从而导致液压缸或单体液压支柱工作腔压力下降，甚至密封失效，造成严重的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是克服目前密封圈性能单一、适应性差以及高压密封性能差的缺陷，提供一种高低压搭配、高效增压、多环复合密封的新型密封技术——鼓型增压多环复合密封圈。

为达到上述目的，本技术方案如下：

一种鼓型增压多环复合密封圈，包括环形密封圈本体，密封圈本体的内、外两个环面为密封环面，上下为密封圈端面，密封圈本体至少面向油缸工作腔的一端，设有低压密封区和高压密封区；所述的低压密封区、高压密封区与油缸工作腔相通，且低压密封区与高压密封区沿密封圈轴向设置。

进一步的，低压密封区始于密封圈端面，高压密封区位于低压密封区的后侧。

进一步的，低压密封区与高压密封区间设有支撑隔板，支撑隔板上设有贯通高压密封区与低压密封区的注液孔。

进一步的，注液孔的沿密封圈轴向开通，注液孔为一个或数个或一整条环形孔。

进一步的，所述的低压密封区为V型结构，V型结构的开口端朝向油缸工作腔。

进一步的，所述低压密封区包括在密封圈端面上设置的压力缓冲槽。

进一步的，所述的高压密封区包括一个中空的充压腔，充压腔由注液孔与低压密封区贯通。

进一步的，所述的高压密封区为中空的鼓形密封圈，中空鼓形密封圈由注液孔与低压密封区贯通。

进一步的，所述内、外两个密封环面上分别设置0-N道密封环。

进一步的，低压密封区的外圆直径为密封圈的最大直径；低压密封区的内圆直径为密封圈的最小直径。

 [0023] 本发明的工作原理及工作过程如下：

对于密封圈，一般都是环形密封圈，为适应密封要求，密封圈需要具有一定的尺寸，因此密封圈水平放置时，密封圈的内、外环面为密封件配合实现密封的密封环面，密封圈的上下端为密封圈的端面。

与密封圈配合密封的部件有的为单向工作，比如单体液压支柱，有的是双向工作，比如双向液压缸，不管是单向还是双向工作，都是通过向油缸内供液实现，充液后的工作腔为油缸工作腔；为满足上述单、双向工作的密封需要，本密封圈在朝向油缸工作腔的一端（如果是单向工作则一端设有，如果是双向工作则两端设有）设有低压密封区和高压密封区；低压密封区与高压密封区都与油缸工作腔相通，供液后分别实现低压密封和高压密封。

高压密封区和低压密封区沿平行于密封圈本体的轴向设置，存在两种形式：一，低压密封区始于密封圈端面，高压密封区位于低压密封区后部；二，高压密封区始于密封圈端面，低压密封区位于高压密封区后部。

上述两形式中，贯通的形式可以是低压密封区和高压密封区两者贯通后然后与油缸工作腔贯通，也可以是各自与油缸工作腔相通。

高、低压密封区优选一体化结构。

本密封圈本体的内、外两密封环面用于密封，比如将本密封圈用于密封活塞杆外壁和油缸内壁；本密封圈本体的端部用于充液，使得密封本体向两密封环面方向膨胀。

本密封圈沿密封圈的轴向方向上分为贯通低压密封区和高压密封区，优选低压密封区位于密封圈外端用于实现低压下的密封，高压密封区用于实现高压的密封。

低压密封区可以采用V型开口结构，也可以在充压端面上设置压力缓冲槽，实现低压下的密封。

高压密封区包括一个充压腔，充压腔通过容纳并充盈高压工作介质向四周膨胀形成密封，使得密封圈向两个密封环面膨胀，密封圈整体向外膨胀，密封环面与油缸内壁或柱塞密封槽底面之间的贴合力明显增大，达到增压密封的目的。

与现有技术相比，因本高压密封区的充盈是经贯通低压密封区和高压密封圈的注油孔实现的，而不是与背景技术中图2的有密封环面向内充盈的方式，因此也就不会出现内外力抵消的现象，密封效果更好。

低压密封区与高压密封区之间并不是全部敞开式的直接贯通方式，而是在两者之间设有支撑隔板，实现两者分隔或者隔断的状态，并在支撑隔板上设置一定数量的注液孔用于贯通低压密封区和高压密封区，这样，这种密封圈的整体强度比相对于两者之间全面直接贯通的结构形式要大的多，保证低压密封区可以很好的作为低压密封结构使用；同时因为高压密封区充液口——注液孔位于设在密封圈朝向充压腔的充压端面上，而不是像图2中在内、外密封环面设置注液孔上，这样，在高压密封状态下时可以保证密封件向两个密封环面方向进行高效膨胀，充分保证了高压的密封效果，能够有效地兼顾高压和低压密封。

在密封环面上设有1-N道密封环，在密封圈充液受压的情况下，密封环面更加贴合需要密封的环面，而且是由中间向两端进行施加，进一步提高密封效果。同时，多道密封环的设置保证了：在高压状态下，高压密封区的密封力因充压腔高压液体胀力而增大；当其中某道密封环失效时，其它密封环替补密封，并可以将锈点密封，达到多重复合密封目的。

充压端面的密封环面为密封圈最大截面积处，即低压密封的外圆为直径最大圆、内圆为直径最小圆，这样在低压或者高压时，充压端面的密封环截面积最大，能够实现低压和高压的密封，提高了密封效果。

充压端面上设有压力缓冲槽，压力缓冲槽是一个凹入充压端面的连续或断续的环形凹槽：可以沿密封圆面的周向方向一直延伸，也可以不沿着密封端面方向延伸，比如是断续的环形槽结构；其横截面形状与密封圈相应部位的横截面相似，但略小一些，也可以根据密封圈结构需要设计成其它任何几何形状。压力缓冲槽的主要作用是缓冲高压液体压力，并通过注液孔向高压密封区的充压腔进行注液。

所述充压腔，是高压密封区的环形内腔，由支撑隔板将其与压力缓冲槽隔开。充压腔的主要作用是储存高压工作液，向内、外密封环面传递液压力，增强密封介面的贴合力,改善密封效果。

可见，本发明可以有效解决目前密封结构存在的性能单一、适应能力差、安全系数低、使用寿命短等不足。

综上，本发明的有益效果体现在：

1、将两种性能的密封圈合理地组合成一个具有复合性能的复式密封圈，一个密封圈兼有低压密封（普通密封）和高压密封（鼓型增压密封）两种密封性能，能够满足同一液压缸的低压、高压、变化压力等不同工况。

2、采用多环复式密封结构，同一个密封圈上设置数道普通密封环和数道鼓型增压密封环，各个密封环可以替补密封，使得液压缸的密封安全系数提高数倍。

3、增压密封环从液压缸工作腔方向轴向注液，使得增压密封环的两个密封面都能得到充分而有效的液压涨力，从而显著改善液压缸在高压工况下的密封效果。

4、适当增加增压密封环面的宽度和数量，对于液压缸内壁或单体液压支柱手把密封槽或（和）活塞杆严重腐蚀或机械损伤的情况，采用这种鼓型增压多环复式密封圈，能够有效地进行密封环间替补密封和密封环面变形补偿密封，从而显著提高液压缸的可靠性和安全性，有效延长其使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为Y型密封圈结构示意图；

图2为改进型鼓型密封圈的结构图；

图3为改进型鼓型密封圈受力示意图；

图4为本发明创造的单向密封形式示意图；

图5为本密封圈结构形式示意图；

图6为单向密封配合密封后受力示意图；

图7为本发明创造的双向密封形式示意图；

图8为本发明创造的双向密封配合密封一结构受力示意图；

图9为发明创造的双向密封配合密封一结构受力示意图。

具体实施方式

下面未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1

本实施例用于单向密封，结构如下：

一种鼓型增压多环复合密封圈，如图4所示，包括密封圈本体1，密封圈本体1为环形，常见为圆环柱形，当然也可以根据密封条件的具体需要进行选择。

沿密封圈本体1中心径向方向，密封圈本体1的内、外两环面为密封环面13；沿密封圈本体1的轴向方向，密封圈本体1的上、下两端面为密封圈端面14。

本实施例为单向密封，即密封圈本体1的两个端面14中仅有一端面向油缸工作腔；密封圈在含有此端面的一端上，沿平行于密封圈轴向方向，设有一体化形式的低压密封区11和高压密封区12，低压密封区11始于密封圈端面且通向油缸工作腔，即工作介质由工作腔可流入到低压密封区11和高压密封区12，高压密封区12位于低压密封区11的后侧。

所述的低压密封区11设有V型开口（比如Y型圈）结构，开口朝向油缸工作腔；或者在密封圈端面设有压力缓冲槽111，本实施例采用后者——设置压力缓冲槽111的形式，但不排除采用V型开口结构（比如Y型圈）的形式。

所述的高压密封区12采用中空的鼓形密封圈形式；或者高压密封区12包括一中空的充压腔121，本实施例采用设置充压腔121的形式，同样但不排除采用鼓型密封圈的形式。

低压密封区11与高压密封区12间设有支撑隔板15，支撑隔板15上设有贯通高压密封区12与低压密封区11的注液孔16，本实施例的注液孔16位于压力缓冲槽111的槽底且优选为轴向方向；注液孔16的数量可以根据需要进行选择，可设置1-N个，只要能够实现低压密封区11与高压密封区12导通即可，当然极限情况下，注液孔16数量增加，且孔较大、较长时，支撑隔板面积就小于注液孔面积，支撑隔板实际就形成了隔断或者连接筋，本种方式也应视为等同于设置支撑隔板的方式，在本发明创造的保护范围之内。

所述内、外两个密封环面13上分别设置0-N道密封环，极端情况下或者工作压力不是很高的情况下，也可以选择不设置密封环，密封圈的环数为0；当然为保证密封效果，优选设置密封环，本密封环可设置多个，尤其实在高压密封区12内为保证密封效果更应设置多个，当然，0—N个也不局限于整数个，也可以为单独设置半个，比如：低压密封区11的外圆直径为密封圈的最大直径；低压密封区11的内圆直径为密封圈的最小直径，实现低压密封区11与密封件的紧密贴合，保证密封强度和密封效果。

结合图5说明密封环具体结构，密封件的密封环有4种：13A、13B分别为内、外密封环面，即高压密封环面。根据需要，该鼓型环面可以设置1～N道。

13C、13D为普通密封环面，即低压密封环面。根据需要，该低压密封环面可以设置1～N道。

当液压支柱低压工作时，工作液的压力低，鼓型密封圈内腔涨力小，形成的密封力也小，这时主要依靠13C、13D面密封；当液压支柱高压工作时，工作液的压力大，密封力增大，主要靠13A、13B面密封。

压力缓冲槽111为凹入充压端面14的连续或者间断的槽型结构，其横截面为弧形、方形或多边形的至少一种或组合，本实施例采用连续的图4所示结构。

将图4结构用于具体密封：以密封手把与活塞杆结构为例，如图6所示，结合图4和图6说明单向鼓型增压多环复式密封圈工作原理，图中：

51—活塞杆外表面；52—作用于手把体密封槽底面的压力；53—手把体密封圈槽底面；54—注液孔；55—作用于活塞杆外表面的压力；56—液压缸内腔的液压涨力。

如图5所示，工作时，工作介质由注液孔54进入到图4的压力缓冲槽111，经注液孔16进入到充压腔121。

低压时，低压密封区11的内外密封环面分别与活塞杆外表面51以及手把体密封圈槽底面53形成密封，低压密封效果好。

高压时，充压腔121向图5中的左、右两端膨胀，形成作用于手把体密封槽底面的压力52以及作用于活塞杆外表面的压力55，分别作用在手把体密封圈槽底面53以及活塞杆外表面51；高低压密封区的内外密封环与活塞杆外表面51以及密封手把的密封槽底部底面54形成液压缸的伸缩密封结构，形成高压密封，高压密封效果亦好。

当然，也可以将本实施例的高压密封区和低压密封区前后位置进行调换，高压密封区始于密封圈端面，而低压密封区位于高压密封区的后端，高压密封区的两端分别于油缸工作腔以及低压密封区进行贯通，因与本实施例实质上是相同的，因此不再作为单独的一个实施例进行赘述，但也应当视为本发明创造的一种形式，受到保护。

实施例2

本实施例用于双向密封，结构如下：

除以下结构外与实施例1相同。

为满足双向（比如双向油缸）充压、工作需要，本实施例2在密封圈本体1的两个密封端面14上各设有一套贯通的低压密封区11和高压密封区12，如图7所示，每套的低压密封区11和高压密封区12的设置形式如实施例1所陈述。

以双向注液鼓型增压四环复式密封圈在双向作用液压缸上的应用为例加以说明，如图8、图9所示，图中：

71—油缸体；72—挡圈；73—活塞杆；74—上压力缓充槽；75—上注液孔；76—活塞杆密封槽底面密封增压力；77—下注液孔；78—下压力缓冲槽；79—通孔；710—下工作腔液压力；711—上工作腔液压力；712—上低压密封面液压力；713—油缸内壁密封增压力；714—下低压密封面液压力。

双向注液复合密封圈的工作原理与上述单向鼓型增压多环复式密封圈的工作原理相同，只是为了适应双作用液压缸的工作方式，将密封圈设计成上、下两个方向都能注液增压的双向鼓型增压多环复式密封圈；也可以在双作用液压缸的活塞杆上设置、安装两个方向相反的单向鼓型增压多环复式密封圈，效果相同，都能保障双向液压缸在低压或高压工况下安全、可靠地工作。

图8中，密封圈至于油缸体71与活塞杆73之间，密封圈套设在挡圈72的环槽内，实现密封圈的固定和防挤，为保证工作介质的流入量，在挡圈72的上端和下端设有通孔79，通孔72分别与上压力缓冲槽74和下压力缓冲槽78对应导通，当然固定和挤压方式有很多，并不一定局限于本实施例的固定和挤压方式。

结合图8对本实施例进行具体说明

如果从下方充液，则上方放液，

低压充液时，在下低压密封面液压力714压力下，低压密封区下端的内、外密封环面分别与挡圈72外表面以及油缸体71的内表面形成密封，低压密封效果好。

高压时，高压油液形成下工作腔液压力710，并由下压力缓冲槽78经下注液孔77进入到充压腔121向图8中的左、右两端膨胀，形成活塞杆密封槽底面密封增压力76以及作用于油缸内壁密封增压力713，分别作用在挡圈72以及油缸体71内表面；高低压密封区的内外密封环与油缸体71内表面以及挡圈72形成液压缸的伸缩密封结构，形成高压密封，高压密封效果亦好。

同理：如果从上方充液，则下方放液，

低压充液时，在上低压密封面液压力712的压力下，低压密封区下端的内、外密封环面分别与挡圈72外表面以及油缸体71的内表面形成密封，低压密封效果好。

高压时，高压油液形成上工作腔液压力711，并由上压力缓冲槽74经上注液孔75进入到充压腔121向图8中的左、右两端膨胀，形成活塞杆密封槽底面密封增压力76以及作用于油缸内壁密封增压力713，分别作用在挡圈72以及油缸体71内表面；高低压密封区的内外密封环与油缸体71内表面以及挡圈72形成液压缸的伸缩密封结构，形成高压密封，高压密封效果亦好。

图9为双向密封圈的另一种固定形式，如图9所示，在图中增设了压板715，压板715设有通孔79，其他与图8一直，这样密封圈不是撑开后套入，而是直接推入后压板715固定，固定更加牢固，防挤效果更加。

可见，本发明创造的鼓型增压多环复合密封圈可以实现：

（1）增压密封

液压缸工作腔中的高压工作液，通过专用增压注液孔进入密封圈内腔，高压工作液在密封圈内腔对双向的密封环面形成涨力，一是密封圈内侧面与活塞杆表面的贴合力，二是密封圈外侧面与密封手把密封槽底面的贴合力。在高压液体的作用下，这两个方向的密封力显著增加，使密封安全系数提高数倍。

由于密封圈内腔液压涨力的作用，该密封结构在液压缸突遇超高压力、油缸直径一定范围的变化、密封圈的磨损等恶劣、复杂工况下，都能够保持可靠密封。

本发明从根本上消除了图3所示目前鼓型密封结构外侧（手把侧）增压力被抵消而导致的密封安全隐患。

（2）复合密封

鼓型增压复合密封结构，所用密封圈是由普通低压密封环面和高压密封环面组合而成的复式密封圈，可兼顾高低压密封。

A、互补密封

当液压缸处于低压工况时，主要依靠低压密封环面密封；当液压缸处于高压工况时，主要依靠两道高压密封环面密封，实现了高、低压之间的密封互补。

该密封圈的高、低压密封互补特点，克服了目前密封圈的两个缺陷，一是高压密封好而低压密封效果差，二是低压密封好而高压密封效果差。

B、替补密封

鼓型增压多环复合密封结圈的各个密封环面之间，如果其中某个密封环面损坏失效，其它密封环面仍然起着可靠地密封作用，液压缸可以安全工作，即各个密封环面相互之间能够实现密封替补。

C、补偿密封

鼓型增压多环复合密封结圈结构中，可以适当增加密封环面的宽度和数量，以有效避免因密封手把密封槽或活塞杆表面的腐蚀、损伤导致的密封失效，保障液压缸在超高压工况下具有可靠的密封安全性。充分发挥本发明复式结构、复合密封的优点。

鼓型增压多环复合密封圈同时具备高、低压复式结构，多环替补密封机理、密封面损伤补偿能力，是为鼓型增压多环复合密封。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种鼓型增压多环复合密封圈，包括环形密封圈本体（1），密封圈本体的内、外两个环面为密封环面（13），上下为密封圈端面（14），其特征在于：密封圈本体（1）至少面向油缸工作腔的一端，设有低压密封区（11）和高压密封区（12）；所述的低压密封区（11）、高压密封区（12）与油缸工作腔相通，且低压密封区（11）与高压密封区（12）沿密封圈轴向设置。

2.根据权利要求1所述的鼓型增压多环复合密封圈，其特征在于：

低压密封区（11）始于密封圈端面，高压密封区（12）位于低压密封区（11）的后侧。

3.根据权利要求1或2所述的鼓型增压多环复合密封圈，其特征在于：低压密封区（11）与高压密封区（12）间设有支撑隔板（15），支撑隔板（15）上设有贯通高压密封区（12）与低压密封区（11）的注液孔（16）。

4.根据权利要求3所述的鼓型增压多环复合密封圈，其特征在于：注液孔的沿密封圈轴向开通，注液孔为一个或数个或一整条环形孔。

5.根据权利要求3所述的鼓型增压多环复合密封圈，其特征在于：所述的低压密封区（11）为V型结构，V型结构的开口端朝向油缸工作腔。

6.根据权利要求3所述的鼓型增压多环复合密封圈，其特征在于：所述低压密封区（11）包括在密封圈端面上设置的压力缓冲槽（111）。

7.根据权利要求3所述的鼓型增压多环复合密封圈，其特征在于：所述的高压密封区（12）包括一个中空的充压腔（121），充压腔（121）由注液孔与低压密封区（11）贯通。

8.根据权利要求3所述的鼓型增压多环复合密封圈，其特征在于：所述的高压密封区（12）为中空的鼓形密封圈，中空鼓形密封圈由注液孔（16）与低压密封区（11）贯通。

9.根据权利要求1所述的鼓型增压多环复合密封圈，其特征在于：所述内、外两个密封环面（13）上分别设置0-N道密封环。

10.根据权利要求1或2或9所述的鼓型增压多环复合密封圈，其特征在于：低压密封区的外圆直径为密封圈的最大直径；低压密封区的内圆直径为密封圈的最小直径。

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