液压回转接头中密封间隙的合理选择及应用

符可惠

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

开卷机和卷取机是金属成卷生产线中的关键设备，而旋转接头是开卷机和卷取机卷轴上的关键部件。在冷轧机组或精整机组中，开卷机用于将金属卷材展开，卷取机是用来把轧制后的带材卷起。而开卷机和卷取机的卷筒是通过液压回转接头送入动力油源，来实现卷筒的胀缩功能。因此，如果旋转接头的许用转速不能与机组速度相匹配，将大大降低机组工作速度，影响机组的产量。因此旋转接头的机械性能、工作情况的好坏关系到其机组能否正常工作的问题。

铝加工卷材生产线所使用的回转接头在使用中常出现液压油泄漏和密封面磨损坏等情况，以至于很难满足一些机组高速运转的要求。作者针对上述问题，在回转接头动密封处采用间隙密封，并引入液压反馈控制密封间隙系统，改善了高速回转接头的性能。

1 回转接头结构分析

旋转接头的结构包括三大部分，即旋转部分、静止部分和密封部分。旋转部分与旋转腔连接，静止部分与静止腔连接，这两部分之间有完整的流体通道；密封部分对流体进行密封，防止流体泄漏及流体间的互混。因此旋转接头的设计要求应以加工制造方便，体积小、重量轻、使用安全可靠，回转自如、使用寿命长为宗旨。但需配置过滤精度较高的液压系统，其杂质颗粒度不超过10μm；由于间隙较小，因此对零件精度要求提高。

1-芯轴(回转体)；2-旋轴唇形密封；3-透盖；4-旋转端轴承；5-固定壳体；6-固定端轴承；7-闷盖

本文描述的单级胀缩缸用回转接头结构如图l所示，有2个工作油口，2个泄漏油口，回转芯轴1的两端由滚动轴承支撑在固定壳体5上，这样保证密封间隙均匀、稳定。其中关键部件是芯轴和固定壳体，芯轴与外部胀缩缸由螺栓连在一起并随着旋转，固定壳体固定不动，芯轴和固定壳体研磨配合间隙e,为非接触式密封。压力油从壳体孔的工作油A口(或B口)通入，通过密封面进入芯轴的相应通道，最后流入胀缩缸一端油腔，而另一端油腔的压力油通过芯轴的另一通道回到B口(或A口)。采用深沟球轴承作为连接件，由于轴承游隙小于芯轴和固定壳体之间的间隙，一定程度上确保了芯轴和固定壳体在什么时候都存在间隙，使旋转接头的结构更加合理。

间隙e的选取至关重要，使固定件与回转件在工作时互不接触，只产生黏性的液体摩擦。

2 密封间隙的选用

间隙密封是一种简单且应用广泛的密封方法。它是依靠相对运动零件配合面之间的微小间隙来防止泄漏的。压力油充入其间隙内，依靠金属与油的吸附作用及油液的粘度产生液体节流阻力效应而限制泄漏。一定量微小间隙可以使芯轴和固定壳体之间形成了液体摩擦状态，大大降低了摩擦系数、降低能耗。旋转接头在实际应用中是允许存在一定量的泄漏量，允许一定量的压力损失。一定的泄漏量通过泄漏油口带走旋转接头两端主轴轴承在旋转过程中产生的热量，可以防止旋转接头在工作中油口A和B之间串油。由于圆环间隙e的两端存在有压差P-P0，受阻的油流从高压腔P侧流向低压腔侧，形成泄漏量Q0。间隙过大，泄漏量就大，压力损失就大，致使实际工作压力满足不了工作需要；间隙过小，太少的泄漏量带不走旋转接头工作时产生的热量，使芯轴和固定壳体之间的配合面因发热而抱死[1]。

间隙密封利用间隙数值e不变的环形光滑间隙密封，设油流对称于间隙中心，如图2所示。

当环形间隙轴向长度为L时，若不考虑间隙弯曲，由著名的哈根-泊瑟衣尔公式，得到通过间隙的流量即泄漏量为[1]：

式中：Q-泄漏量 ,mm3/s；

μ-液体的动力粘度,N/mm2·s；

P-供油压力,N/mm2；

图2 环形间隙简图

P0-泄漏油压力,N/mm2；

L-间隙密封的有效长度,mm；

d-环形密封的直径,mm；

e-密封带间隙值,mm。

一般手册上给出的是流体的运动粘度，那么，流体力学中的运动粘度和动力粘度关系[2]为：

μ=ν×ρ(2)

式中：ν-流体运动粘度，mm2/s(cst)；

ρ-流体的密度，kg/cm3

把式(2)代入式(1)，得出：

液体运动粘度与温度关系很大，与压力的关系较小，温度越高粘度越小。图3是46号抗磨液压油的运动粘度—温度特性曲线【3】。

前面已经提过，密封间隙的大小直接影响回转接头的工作压力和相对速度，因此密封间隙的选取至关重要。理想的间隙密封是通过公式(4)计算与实践需要相互结合而产生的。

笔者就所设计的回转接头密封间隙计算如下，已知条件：使用46号抗磨液压油，供油压力P=14MPa；泄漏油口的压力一般为P0=0.5 MPa；允许泄漏量Q=80～200mL/min；46号液压油的密度ρ=0.89 kg/cm3；泄漏长度L=50mm。一般情况下，油液的使用温度选两个点40℃和80℃，通过查图3，相应的运动粘度ν分别为30cst和8cst。把以上数据代入式(4)，得出两种温度下的最大最小间隙值，如表1。

图3 46号抗磨液压油的运动粘度-温度特性曲线

根据计算结果和实践经验，设计时间隙值的选取可以适当扩大，以保证回转接头旋转所需要的间隙。

表1 间隙值

3 结束语

1)作者所设计的回转接头在多个开卷、卷取机上应用，使用效果良好；

2)在回转接头中，采用了滚动轴承支承的液压密封间隙系统，使密封间隙不受外界干扰力的影响；间隙稳定均匀，使固定件与回转件之间始终保持液体摩擦状态。减小了摩擦和磨损，延长了回转接头的使用寿命，可供同行参考。

[1]唐建光等.一种新型高压、高速旋转接头结构的研究及分析(J).液压气动与密封，2008(3)； 50-51.

[2]成大先.机械设计手册[M].1-19.

[3]吴晓铃.润滑设计手册[M].558