為了讓新的 S1S 液壓活塞桿密封件達到盡可能高的性能，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，在嚴苛的工況下（如建筑采礦業(yè)、農(nóng)業(yè)和林業(yè)領域）， 功率密度大，可靠性要求高的應用場合中，液壓缸是移動應用場合的標準配置。 而這些液壓裝備的良好運行則要取決于設備自身的能力以及液壓系統(tǒng)的保障。
密封件失效會導致很多不良的后果，例如操作和維護成本增加，計劃外停機造成的生產(chǎn)損失，以及環(huán)境污染和人員的安全風險。 而且，系統(tǒng)需要的密封件數(shù)量眾多， 而系統(tǒng)組件還需要在復雜的工況下運行，基本運作也已經(jīng)非常困難， 例如液壓油壓力高達 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、化學污染以及側向載荷，因此產(chǎn)生的間隙很難持續(xù)密封。
在確保液壓設備正常運行的“戰(zhàn)斗”中，活塞桿密封可以說是戰(zhàn)場上的“前線士兵”（圖 1）。 密封件在系統(tǒng)的任何部位都面臨Z嚴苛的要求，由于其位置通常在設備的工作端，它們Z有可能經(jīng)受側向載荷，而它們必須起到的作用包括允許活塞桿在Z小摩擦下進出，同時把液壓油保留在液壓缸內(nèi)。
當斯凱孚著手設計一個新的活塞桿密封作為其流體動力應用全方位的密封解決方案時，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用，而密封件只占很小的比重。” “這也就意味著材料供應商在選擇標準材料組合時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用開發(fā)的優(yōu)質材料。 斯凱孚憑借在其它產(chǎn)品上幾十年的經(jīng)驗實現(xiàn)了優(yōu)勢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佳的外形結構時也很重要。 單唇密封，如 SKF S1S 實際上有幾個工作部件，它們以微妙的方式進行操作和交互。 “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)建了一個小于1µm 厚的潤滑劑油膜，讓活塞桿順利移動。” 精確地控制油膜會影響液壓缸的密封性能，和密封件的使用壽命（圖 2）。 斯凱孚使用先進的有限元分析，結合其廣泛的潤滑技術知識了解如何Z好地控制潤滑劑油膜。 調(diào)查顯示，密封唇上一個較小的半徑產(chǎn)生更薄的油膜，允許平滑性能且不會有過多的液體流失。 但是沒有一個合適的耐磨材料，這么小的半徑將會縮短密封的持久性。
不僅僅是密封唇會影響潤滑劑油膜，Swete 解釋道。 “活塞桿收縮進入液壓缸，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，保持潤滑性能。”
位于密封件前端的U型溝槽允許密封邊緣相對于液壓缸移動，適應操作時表面缺陷或扭曲。 這個槽的大小和形狀也會影響密封件對移動桿的摩擦特性。 設計不當?shù)拿芊饧赡鼙憩F(xiàn)出粘滑現(xiàn)象，導致不穩(wěn)定的移動和噪聲。 更糟的是，斯凱孚的分析表明，在接觸區(qū)域過大的壓力會顯著影響密封件的使用壽命。 斯凱孚反復進行設計、有限元分析（FEA）和原型試驗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試的組合，”Swete 說道。 “有了正確的有限元分析（FEA）技術和適當?shù)哪Ｐ筒牧�，你可以減少需要做的物理測試數(shù)量，但你永遠無法完全消除這種需求。” 他繼續(xù)說道，在實踐中，模擬和物理測試相輔相成，讓測試結果幫助工程師完善和提高自己的建模技術。
在 S1S 的開發(fā)過程中，斯凱孚對密封件進行了極為苛刻的測試程序，讓樣品在含有 110℃（230°F），壓力高達 315 bar 的特制試驗臺中上下運動數(shù)百公里。 試驗臺在每次測試期間測定摩擦力和泄漏，同時，在密封件經(jīng)歷測試后，其變形程度也將被測量。 “與軸承不同的是，沒有公式可以預測密封件的使用壽命，”Swete 解釋道。 “但我們知道，密封件要經(jīng)歷的工況和扭曲是長期性能的一個重要指標。” 很慶幸的是，對于 Swete 和他的團隊來說，S1S 在其它制造商頂級密封件對比測試中所有三項測試都表現(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動時按照設計方案運行，同時密封件在靜態(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)揮其先進的內(nèi)部制造能力優(yōu)勢。 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)，到更大量和標準件注塑，并以極其嚴格的公差生產(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)，有各類標準尺寸規(guī)格，外徑從 18 至 240 mm 不等。 同時，我們一直在增加不同尺寸規(guī)格。 對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，我們先進的制造能力允許無縫轉移到模壓密封件生產(chǎn)。
斯凱孚集團
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斯凱孚（SKF）是全球領先的軸承、密封件、機電一體化、服務和潤滑系統(tǒng)的供應商。集團的服務包括技術支持、維修服務、工程咨詢和培訓。 斯凱孚在全球超過 130 個國家經(jīng)營業(yè)務，擁有大約 17,000 個經(jīng)銷網(wǎng)點。 2015 年銷售額達 759.97 億瑞典克朗，員工人數(shù)為 46,635 人。 www.skf.com
® SKF 和 ECOPUR 是斯凱孚集團的注冊商標。
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