摘要　

  液壓旋轉(zhuǎn)接頭用于向旋轉(zhuǎn)設(shè)備之上的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸送液壓介質(zhì)的設(shè)備，本文探討液壓旋轉(zhuǎn)接頭的原理及結(jié)構(gòu)，如何正確安裝、使用液壓旋轉(zhuǎn)接頭。

  關(guān)鍵詞　

  液壓旋轉(zhuǎn)接頭　旋轉(zhuǎn)　密封　原理　結(jié)構(gòu)　安裝　使用

  引言

    由于液壓傳動(dòng)相對(duì)于電氣傳動(dòng)及機(jī)械傳動(dòng)有很多的優(yōu)點(diǎn)，液壓傳動(dòng)在各行業(yè)中使用越來(lái)越廣泛。液壓旋轉(zhuǎn)接頭的應(yīng)用逐漸廣泛。如果液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)于介質(zhì)源是固定的，可使用鋼管向執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸送介質(zhì)。  如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)于介質(zhì)源有小量運(yùn)動(dòng)（移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)）則可使用高壓軟管連接。如果在高速旋轉(zhuǎn)的軸上有一個(gè)液壓缸，向其輸送介質(zhì)則需要用到旋轉(zhuǎn)接頭。目前，旋轉(zhuǎn)接頭還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)廠家比較少，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品還不是很成熟，相關(guān)的文章也很少。因此，本文希望對(duì)液壓旋轉(zhuǎn)接頭的安裝、使用、維護(hù)、設(shè)計(jì)及制造起到積極作用。

  應(yīng)用實(shí)例

  唐山建龍鋼鐵有限公司冷軋廠的開(kāi)卷機(jī)及卷取機(jī)的卷筒有漲縮功能，其目的是在縮徑狀態(tài)下裝卸帶鋼卷，在漲徑狀態(tài)開(kāi)卷或卷取。卷筒內(nèi)部有一四棱錐心軸，通過(guò)左側(cè)的液壓缸使心軸沿卷筒作軸向運(yùn)動(dòng)，四棱錐的軸向運(yùn)動(dòng)推動(dòng)四塊扇形板沿卷筒作徑向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了卷筒的漲縮。實(shí)現(xiàn)漲縮的液壓缸和卷筒裝配在一起，并和卷筒一起作高速旋轉(zhuǎn)。向旋轉(zhuǎn)中的漲縮液壓缸輸送液壓油是通過(guò)最左端的液壓旋轉(zhuǎn)接頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)接頭可大體分為兩部分，外殼和心軸。從液壓閥臺(tái)來(lái)的三根油管連接在旋轉(zhuǎn)接頭的外殼上，外殼相對(duì)于油管和地面是不動(dòng)的。旋轉(zhuǎn)接頭的心軸和卷筒漲縮缸是通過(guò)螺栓把合在一起的，它之間是相對(duì)不動(dòng)的。相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)在旋轉(zhuǎn)接頭的外殼和心軸之間產(chǎn)生。(如圖1所示的結(jié)構(gòu)示意圖）。
                                （圖一）

   原理及結(jié)構(gòu)

  有三個(gè)油口和車(chē)間管路相連接，分別是A口、B口、和Y口中。三個(gè)油口與旋轉(zhuǎn)接頭的外殼是靜連接的。外殼和開(kāi)卷機(jī)或卷取機(jī)是保持相對(duì)不轉(zhuǎn)動(dòng)的。心軸的直徑小于外殼的直徑，其間隙與一般液壓缸的缸筒與活塞之間的間隙相當(dāng)。由于安裝的原因使旋轉(zhuǎn)接頭在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，兩個(gè)軸承用于承受外殼擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的軸向力，并使心軸與外殼之間保持間隙。旋轉(zhuǎn)密封的材料為耐磨的復(fù)合材料或金屬材料，旋轉(zhuǎn)密封安裝心軸與外殼之間。旋轉(zhuǎn)密封能承受高壓，通常能達(dá)到200bar，材料較硬，密封性能不好。油封是骨架唇形密封，不能承受過(guò)高的壓力，通常不能超過(guò)3bar，但是其在低壓高速情況下有很好的密封性，其作用是封閉來(lái)自旋轉(zhuǎn)密封的泄漏油。泄漏油必須在很低壓力的情況下被排回油箱中，以保護(hù)油封不被損壞。在泄漏油管上不能安裝過(guò)濾器。旋轉(zhuǎn)接頭通過(guò)最右端的法蘭與漲縮缸把合在一起，旋轉(zhuǎn)接頭的油口與液壓缸的油口對(duì)接。
                    （圖二）

  旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)密封主要有兩類，復(fù)合材料密封和機(jī)械密封。復(fù)合材料密封的密封性能相對(duì)要好一些，用在液壓缸有中間定位的場(chǎng)合。使用復(fù)合材料密封的旋轉(zhuǎn)接頭由于密封本身的尺寸較小，可以使旋轉(zhuǎn)接頭制作的更加緊湊小巧。復(fù)合材料密封本身的成本也要比機(jī)械密封便宜很多。復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)密封由兩部份組成，由一個(gè)PTFE材質(zhì)的外環(huán)和一個(gè)NBR材質(zhì)的O形圈組合而成。O形圈起到支承外環(huán)的作用，使整個(gè)旋轉(zhuǎn)密封更容易安裝。外環(huán)與旋轉(zhuǎn)接頭的外殼之間滑動(dòng)。
               （圖三）

   機(jī)械密封在理論上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸滑動(dòng)，可以達(dá)到很長(zhǎng)的壽命。機(jī)械密封的制作比較復(fù)雜，精度要求也比較高，相對(duì)較貴。目前采用機(jī)械密封的旋轉(zhuǎn)接頭國(guó)內(nèi)還沒(méi)有生產(chǎn)。下圖是德國(guó)GAT公司的產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。介質(zhì)從外殼＞部件1＞部件3＞心軸＞液壓缸。機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封套在心軸上，心軸與旋轉(zhuǎn)接頭之間的密封用的是上面提到復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)密封，當(dāng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封卡死時(shí)，機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封與心軸之間可以存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)密封啟著保險(xiǎn)作用，機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封與外殼之間的配合與密封也是通過(guò)復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)密封實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封主要由4個(gè)金屬環(huán)組成，圖中分別標(biāo)記為部件1、部件2、部件3、部件4。部件1與部件2通過(guò)螺栓把合在一起，工作狀態(tài)與外殼保持靜止，部件1通過(guò)沿圓周均布的多個(gè)油道將介質(zhì)輸送到部件2，部件2通過(guò)沿圓周均布的多個(gè)油道將介質(zhì)輸送到部件3，部件3通過(guò)沿圓周均布的多個(gè)油道將介質(zhì)輸送到心軸。部件3和部件4通過(guò)螺栓把合在一起，工作狀態(tài)與心軸保持靜止。相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)在部件2（1）和部件3（4）之間發(fā)生。機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封的結(jié)構(gòu)使之能在滑動(dòng)面之間總是有良好的靜壓油膜潤(rùn)滑，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封的長(zhǎng)壽命。

  如圖a和d是兩很小的環(huán)形間隙，間隙大約為0.005mm，b和c是兩個(gè)環(huán)形液腔。c腔的壓力約等于從外殼供給的壓力，它的存在推動(dòng)部件1和2向右運(yùn)動(dòng)，介質(zhì)進(jìn)入b腔，b腔的環(huán)形面積約等于2倍c腔，即是Sb＝2Sc。當(dāng)b腔壓力為c腔壓力二分之一時(shí)，將推動(dòng)1和2向左運(yùn)動(dòng)。因此，介質(zhì)壓力自動(dòng)將b腔壓力平衡于外部供油壓力的一半。流徑間隙a與流徑間隙d的流量是相等的，流徑間隙a與流徑間隙d的壓差也是相等的，當(dāng)滿足Ld/La=Rd/Ra時(shí)，在平衡點(diǎn)間隙a的大小與間隙d相等，即Ha=Hd。因此，如果Ha+Hd=0.01mm，則在平衡點(diǎn)Ha=Hd= 0.005mm
                          （圖四）
                  （圖五）

  與復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)密封發(fā)生滑動(dòng)磨擦的金屬面應(yīng)該有較高的表面光潔度，表面鍍鉻并刨光到鏡面光潔度。其光潔程度大至與液壓缸的活塞桿光潔度相當(dāng)。而機(jī)械式旋轉(zhuǎn)密封的滑動(dòng)面雖然是靜態(tài)油膜潤(rùn)滑，但壓力的變化會(huì)使滑動(dòng)面有偶爾的接觸，從而導(dǎo)致磨損，另外直徑超過(guò)0.005mm的顆粒也會(huì)使滑動(dòng)面磨損。因此，機(jī)械式旋轉(zhuǎn)密封應(yīng)當(dāng)表面淬硬，對(duì)滑動(dòng)表面烤瓷可以更加延長(zhǎng)機(jī)械式旋轉(zhuǎn)密封的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命。

      實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題

    安裝

    把液壓旋轉(zhuǎn)接頭安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備上時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意使旋轉(zhuǎn)接頭與旋轉(zhuǎn)設(shè)備保持良好的同軸。不好的同軸度使液壓旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生徑向擺動(dòng)，無(wú)論對(duì)復(fù)合材料的旋轉(zhuǎn)密封或是機(jī)械式的旋轉(zhuǎn)密封或旋轉(zhuǎn)接頭的軸承，擺動(dòng)都是很有害的。對(duì)復(fù)合材料的旋轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)，周期變化的徑向力使其發(fā)生徑向滑動(dòng)，密封的端面會(huì)被磨損，密封與旋轉(zhuǎn)接頭外殼之間的動(dòng)態(tài)油膜不容易建立同樣使密封易于磨損。對(duì)機(jī)械式旋轉(zhuǎn)密封來(lái)說(shuō)，徑向擺動(dòng)會(huì)破壞靜壓油膜的平衡點(diǎn)，還可能使機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封的動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間產(chǎn)生徑向接觸，使金屬環(huán)磨損。

  旋轉(zhuǎn)接頭外殼的固定是為了使其不跟隨心軸同步旋轉(zhuǎn)，因此只要能阻止其作圓周轉(zhuǎn)動(dòng)即可。不要使用更多的約束，徑向或軸向的力作用在外殼上會(huì)通過(guò)外殼傳遞給液壓旋轉(zhuǎn)接頭的軸承和內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)密封，迫使軸承或密封磨損或損壞。

  安裝油管的時(shí)候，保持油口的清潔是非常重要的，也是容易被忽略的。安裝的時(shí)候是非常容易將污染物帶入油口的。顆�？偸鞘拱l(fā)生滑動(dòng)磨擦零件易于磨損。由于機(jī)械式旋轉(zhuǎn)密封的油膜間隙很小，污染物會(huì)劃傷滑動(dòng)面甚至將機(jī)械式旋轉(zhuǎn)密封卡死，因此保持清潔對(duì)機(jī)械式旋轉(zhuǎn)密封更為重要。

  旋轉(zhuǎn)接頭的油封是用來(lái)密封轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸的，使旋轉(zhuǎn)密封的泄漏油從泄漏油管排回油箱。油封的耐壓通常不超過(guò)3bar，因此必須使泄漏油管順暢回油。在安裝時(shí)，決不能將旋轉(zhuǎn)接頭的泄漏油口堵死，如果泄漏油管上有閥門(mén)一定要在通入介質(zhì)前確保開(kāi)啟，否則油封必然被擠出。也不能將泄漏油管并入回油管，因?yàn)榛赜凸艿膲毫νǔ��?huì)超過(guò)3bar。也不要在泄漏油管上安裝過(guò)濾器。

   使用　

  旋轉(zhuǎn)接頭通常有泄漏，所以一般不能用于要求保壓的場(chǎng)合，機(jī)械密封的旋轉(zhuǎn)接頭泄漏量更大。在要求控制液壓缸的行程的時(shí)候可以考慮伺服控制，以便對(duì)泄漏量進(jìn)行補(bǔ)償。在液壓缸沒(méi)有中間定位的時(shí)候問(wèn)題會(huì)簡(jiǎn)單一些，只要在液壓缸運(yùn)動(dòng)到極限位置后持續(xù)供入介質(zhì)即可。

   旋轉(zhuǎn)接頭一般是要用介質(zhì)來(lái)潤(rùn)滑和冷卻的，所以不能在未通入介質(zhì)的情況下試車(chē)或開(kāi)車(chē)。

   在對(duì)旋轉(zhuǎn)接頭或相關(guān)設(shè)備作檢修之后要確保開(kāi)啟泄漏油管。

   可以通過(guò)對(duì)泄漏量的測(cè)量來(lái)估計(jì)液壓旋轉(zhuǎn)接頭的磨損或損壞情況。應(yīng)當(dāng)定期對(duì)旋轉(zhuǎn)接頭的泄漏量進(jìn)行檢測(cè)跟蹤，以監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)接頭的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。

   結(jié)論

   本文探討了液壓旋轉(zhuǎn)接頭的用途、原理及結(jié)構(gòu)，以及有關(guān)液壓旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)及制造方面的問(wèn)題。探討安裝液壓旋轉(zhuǎn)接頭過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題、使用液壓旋轉(zhuǎn)接頭的要點(diǎn)。