為了讓新的 S1S 液壓活塞桿密封件達(dá)到盡可能高的性能，斯凱孚（SKF）工程師全身心投入大量的技術(shù)研發(fā)工作。
液壓系統(tǒng)中，密封件的重要性不容小覷。 一直以來，在嚴(yán)苛的工況下（如建筑采礦業(yè)、農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域）， 功率密度大，可靠性要求高的應(yīng)用場(chǎng)合中，液壓缸是移動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)配置。 而這些液壓裝備的良好運(yùn)行則要取決于設(shè)備自身的能力以及液壓系統(tǒng)的保障。
密封件失效會(huì)導(dǎo)致很多不良的后果，例如操作和維護(hù)成本增加，計(jì)劃外停機(jī)造成的生產(chǎn)損失，以及環(huán)境污染和人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。 而且，系統(tǒng)需要的密封件數(shù)量眾多， 而系統(tǒng)組件還需要在復(fù)雜的工況下運(yùn)行，基本運(yùn)作也已經(jīng)非常困難， 例如液壓油壓力高達(dá) 400 bar (5 800 psi)溫度可能超過 110°C (230°F)。 此外往往還有其他環(huán)境挑戰(zhàn)，如灰塵、化學(xué)污染以及側(cè)向載荷，因此產(chǎn)生的間隙很難持續(xù)密封。
在確保液壓設(shè)備正常運(yùn)行的“戰(zhàn)斗”中，活塞桿密封可以說是戰(zhàn)場(chǎng)上的“前線士兵”（圖 1）。 密封件在系統(tǒng)的任何部位都面臨Z嚴(yán)苛的要求，由于其位置通常在設(shè)備的工作端，它們Z有可能經(jīng)受側(cè)向載荷，而它們必須起到的作用包括允許活塞桿在Z小摩擦下進(jìn)出，同時(shí)把液壓油保留在液壓缸內(nèi)。
當(dāng)斯凱孚著手設(shè)計(jì)一個(gè)新的活塞桿密封作為其流體動(dòng)力應(yīng)用全方位的密封解決方案時(shí)，公司的工程師知道創(chuàng)造一流的產(chǎn)品需要大量廣泛而密集的研發(fā)和測(cè)試工作。
首先是材料的選擇。 斯凱孚流體系統(tǒng)密封產(chǎn)品開發(fā)主管Wolfgang Swete，解釋道“聚氨酯可用于成千上萬的工程應(yīng)用，而密封件只占很小的比重。” “這也就意味著材料供應(yīng)商在選擇標(biāo)準(zhǔn)材料組合時(shí)就性能和功能而言并不總是正確。”
因此斯凱孚沒有選擇現(xiàn)成的可能影響性能的材料，而是充分利用自己特制的材料。 公司的 ECOPUR 聚氨酯是專門為密封件應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)質(zhì)材料。 斯凱孚憑借在其它產(chǎn)品上幾十年的經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)和靈活性的正確組合，以提供卓越的密封性能、耐磨性和持久性，確保較長(zhǎng)的使用壽命。
材料特性在斯凱孚為新型密封確定Z佳的外形結(jié)構(gòu)時(shí)也很重要。 單唇密封，如 SKF S1S 實(shí)際上有幾個(gè)工作部件，它們以微妙的方式進(jìn)行操作和交互。 “然而任何密封的主要目的是防止泄漏，活塞桿密封件實(shí)際上需要通過密封邊緣釋放少量的油,”Swete 說。 “液壓油創(chuàng)建了一個(gè)小于1µm 厚的潤(rùn)滑劑油膜，讓活塞桿順利移動(dòng)。” 精確地控制油膜會(huì)影響液壓缸的密封性能，和密封件的使用壽命（圖 2）。 斯凱孚使用先進(jìn)的有限元分析，結(jié)合其廣泛的潤(rùn)滑技術(shù)知識(shí)了解如何Z好地控制潤(rùn)滑劑油膜。 調(diào)查顯示，密封唇上一個(gè)較小的半徑產(chǎn)生更薄的油膜，允許平滑性能且不會(huì)有過多的液體流失。 但是沒有一個(gè)合適的耐磨材料，這么小的半徑將會(huì)縮短密封的持久性。
不僅僅是密封唇會(huì)影響潤(rùn)滑劑油膜，Swete 解釋道。 “活塞桿收縮進(jìn)入液壓缸，密封件的后方控制回抽作用，將液壓油抽回內(nèi)部。 通過優(yōu)化密封的形狀，優(yōu)化作用，我們減少流體的整體損失，保持潤(rùn)滑性能。”
位于密封件前端的U型溝槽允許密封邊緣相對(duì)于液壓缸移動(dòng)，適應(yīng)操作時(shí)表面缺陷或扭曲。 這個(gè)槽的大小和形狀也會(huì)影響密封件對(duì)移動(dòng)桿的摩擦特性。 設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)拿芊饧赡鼙憩F(xiàn)出粘滑現(xiàn)象，導(dǎo)致不穩(wěn)定的移動(dòng)和噪聲。 更糟的是，斯凱孚的分析表明，在接觸區(qū)域過大的壓力會(huì)顯著影響密封件的使用壽命。 斯凱孚反復(fù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、有限元分析（FEA）和原型試驗(yàn)才交付了摩擦和密封性能的Z佳平衡槽的幾何形狀。
“在這樣的研發(fā)過程中，你肯定需要仿真和測(cè)試的組合，”Swete 說道。 “有了正確的有限元分析（FEA）技術(shù)和適當(dāng)?shù)哪Ｐ筒牧�，你可以減少需要做的物理測(cè)試數(shù)量，但你永遠(yuǎn)無法完全消除這種需求。” 他繼續(xù)說道，在實(shí)踐中，模擬和物理測(cè)試相輔相成，讓測(cè)試結(jié)果幫助工程師完善和提高自己的建模技術(shù)。
在 S1S 的開發(fā)過程中，斯凱孚對(duì)密封件進(jìn)行了極為苛刻的測(cè)試程序，讓樣品在含有 110℃（230°F），壓力高達(dá) 315 bar 的特制試驗(yàn)臺(tái)中上下運(yùn)動(dòng)數(shù)百公里。 試驗(yàn)臺(tái)在每次測(cè)試期間測(cè)定摩擦力和泄漏，同時(shí)，在密封件經(jīng)歷測(cè)試后，其變形程度也將被測(cè)量。 “與軸承不同的是，沒有公式可以預(yù)測(cè)密封件的使用壽命，”Swete 解釋道。 “但我們知道，密封件要經(jīng)歷的工況和扭曲是長(zhǎng)期性能的一個(gè)重要指標(biāo)。” 很慶幸的是，對(duì)于 Swete 和他的團(tuán)隊(duì)來說，S1S 在其它制造商頂級(jí)密封件對(duì)比測(cè)試中所有三項(xiàng)測(cè)試都表現(xiàn)Z佳。（圖三）
制造也很重要。 密封邊緣和 U-圈溝槽需要精確制造，確保在活塞桿處于運(yùn)動(dòng)時(shí)按照設(shè)計(jì)方案運(yùn)行，同時(shí)密封件在靜態(tài)消除壓力的能力取決于密封件的外邊緣和在缸體安裝的凹槽之間的精確過盈配合。 在這種情況下，斯凱孚可以發(fā)揮其先進(jìn)的內(nèi)部制造能力優(yōu)勢(shì)。 斯凱孚的能力讓我們可以使用各種方法，從樣品加工和小批量生產(chǎn)，到更大量和標(biāo)準(zhǔn)件注塑，并以極其嚴(yán)格的公差生產(chǎn)聚氨酯密封件。
斯凱孚的 S1S 液壓桿密封件現(xiàn)已投入生產(chǎn)，有各類標(biāo)準(zhǔn)尺寸規(guī)格，外徑從 18 至 240 mm 不等。 同時(shí)，我們一直在增加不同尺寸規(guī)格。 對(duì)于有特殊需求的客戶，公司還可以提供特殊尺寸加工的密封件，產(chǎn)量允許的情況下，我們先進(jìn)的制造能力允許無縫轉(zhuǎn)移到模壓密封件生產(chǎn)。
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斯凱孚（SKF）是全球領(lǐng)先的軸承、密封件、機(jī)電一體化、服務(wù)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的供應(yīng)商。集團(tuán)的服務(wù)包括技術(shù)支持、維修服務(wù)、工程咨詢和培訓(xùn)。 斯凱孚在全球超過 130 個(gè)國家經(jīng)營業(yè)務(wù)，擁有大約 17,000 個(gè)經(jīng)銷網(wǎng)點(diǎn)。 2015 年銷售額達(dá) 759.97 億瑞典克朗，員工人數(shù)為 46,635 人。 www.skf.com
® SKF 和 ECOPUR 是斯凱孚集團(tuán)的注冊(cè)商標(biāo)。
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