該文通過對濕式制動器密封方案的工況適應(yīng)性、密封可靠性以及密封壽命等重要技術(shù)特性的分析研究，歸納總結(jié)了濕式制動器所采用的四種類型的密封產(chǎn)品O形圈、Y形圈、Y+O形圈和同軸組合密封圈的優(yōu)缺點，為不同工況條件下的濕式制動器提供了適配的密封技術(shù)解決方案。

　　濕式制動器最早出現(xiàn)在美國，與干式制動器比較，濕式制動器以其高效長久的制動性能被機械工業(yè)廣泛采用，如工程機械、礦山機械等。由于濕式制動器具有制動力矩大，使用壽命長，抗熱衰退、抗污染能力強以及免維護等特點，也是某些機械式壓力機的主傳動部件，如汽車覆蓋件專門壓力機械采用的制動器。國內(nèi)對濕式制動器的研究，主要集中在摩擦磨損、非穩(wěn)態(tài)散熱、溫度場與應(yīng)力場、振動與噪聲、結(jié)構(gòu)設(shè)計與產(chǎn)品制造工藝等方面，對于濕式制動器所采用的密封方案與技術(shù)，國內(nèi)涉足較少，也不全面。文獻介紹的是WCQ-3C 型防爆無軌膠輪車驅(qū)動橋制動器的密封改造，將O形圈改為Y形圈，并得到了較好的工程結(jié)果，該文獻的制動器密封形式比較典型，也比較成功，文獻是對Y形圈用于濕式制動器的一種實驗驗證研究。文獻是對一種濕式制動器中所應(yīng)用的矩形密封圈密封機理的研究，并指導(dǎo)實際的密封與密封溝槽設(shè)計，該制動濕式制動器多用于摩托車和小轎車中，并不屬于濕式制動器。本文主要分析濕式制動器的常用密封方案，概括而言，包括下述幾種結(jié)構(gòu)。

1、O形圈密封方案

　　O形圈作為密封產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、密封性能優(yōu)良、密封結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便。早期的濕式制動器所采用的密封圈，主要以O(shè)形圈為主。其典型的密封安裝形式如圖1所示，圖中1、2、3、4所采用的密封圈均為O形圈。

圖1 O 形圈為主要密封形似的濕式制動器結(jié)構(gòu)示意圖

　　采用O形圈作為濕式制動器的密封圈，文獻歸納其主要缺點包括：制動器啟動摩擦阻尼較大，O形圈在使用過程中存在“爬行”現(xiàn)象，從而使制動器響應(yīng)時間長，與之相對應(yīng)的是，制動器的動、靜摩擦片脫開滯后并影響制動效果，并伴有系統(tǒng)過熱，影響制動器本身的使用壽命。

　　其實，用O形圈做濕式制動器的動密封，由于橡膠的焦耳效應(yīng)，制動器工作時的熱效應(yīng)會使O形圈箍緊往復(fù)運動活塞桿，如圖1右側(cè)密封圈3，造成密封圈O形圈的早期老化，引起O形圈的磨損以至于密封失效。

　　從O形圈的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面分析，O形圈屬于典型的“對稱式結(jié)構(gòu)”密封圈，根據(jù)橡膠彈性體與滑動面之間液膜的反向流體動力學(xué)理論，它在進行桿往復(fù)運動密封時，活塞桿的入行程并不能將活塞桿的出行程的液膜全部帶回，即，用O形圈進行活塞桿的往復(fù)動密封，外露活塞桿上會積累油液，宏觀表現(xiàn)為密封不良。對于制動器而言，O形圈用于往復(fù)動密封時，制動器中的液壓油會被桿的往復(fù)運動帶入制動液中，對制動液造成污染，影響制動器摩擦片的摩擦性能，從而影響制動器的制動性能，甚至造成制動失效。正因如此，在濕式制動器的動密封中，很多制動器制造公司會選擇線徑較大的O形圈，如線徑為7mm，或者直接用Y形圈代替O形圈。

2、Y形圈密封方案

　　Y形圈作為一種優(yōu)質(zhì)的唇形密封圈，其優(yōu)質(zhì)高效的密封效果得到了密封行業(yè)的一致認可，目前在濕式制動器中被廣泛應(yīng)用，如汽車覆蓋件自動沖壓生產(chǎn)線中的機械壓力機(文獻)。隨著國內(nèi)汽車行業(yè)近幾年的快速發(fā)展，汽車覆蓋件自動沖壓生產(chǎn)線中的機械壓力機的制動器與離合器所采用的Y形圈呈現(xiàn)出標準化的趨勢，國內(nèi)企業(yè)正開始著手這方面的工作，如廣州機械科學(xué)研究院有限公司與濟南二機床集團有限公司所進行的相關(guān)工作。圖2為采用Y形圈密封方案的濕式制動器及密封溝槽結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1和2即為Y形密封圈的安裝溝槽圖。

圖2 機械壓力機制動器及密封溝槽結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖2所示的制動器的密封方案，密封產(chǎn)品為Y形圈，工作介質(zhì)為壓縮氣體或油氣混合物，工作壓力為0.7MPa。由于該制動器的工作介質(zhì)為含油壓縮空氣，工作壓力只有0.7MPa，Y形圈因所采用的材質(zhì)不同，結(jié)構(gòu)也有所不同。根據(jù)廣州機械科學(xué)研究院有限公司與濟南二機床的相關(guān)工作，Y形圈分為兩種結(jié)構(gòu)類型，如圖3和圖4所示。其中，圖3所示結(jié)構(gòu)適合采用聚氨酯材料，硬度為邵氏A93，圖4所示結(jié)構(gòu)適合采用丁腈橡膠材料，硬度為邵氏A85。結(jié)合有限元分析(FEA)，結(jié)構(gòu)a能更好地隨著介質(zhì)壓力的變化而調(diào)整唇口的接觸壓力，較結(jié)構(gòu)b具有更好的密封適應(yīng)性。實踐證明，制動器采用這兩種結(jié)構(gòu)的Y形圈，密封效果與密封壽命均比較優(yōu)秀。

　　文獻和文獻對Y形圈用于工作介質(zhì)為液壓油的制動器的密封可靠性也提供了實驗驗證。

圖3 Y 形圈結(jié)構(gòu)a    圖4 Y 形圈結(jié)構(gòu)b

3、Y+O形圈密封結(jié)構(gòu)

　　圖2所示的制動器采用Y形圈作為主密封，滿足了氣動摩擦制動器所要求的動作靈敏、反應(yīng)快速與工作可靠的性能要求，實際工程中，汽車自動沖壓生產(chǎn)線所配備的空氣壓縮包中的空氣壓力是需要保持在一定范圍內(nèi)的，一般依靠空氣壓縮機來進行氣壓補充，也就是說，機械壓力機在實際使用中有一定的壓力損失�；蛘哒f，在0.7MPa以下的氣壓狀態(tài)下，Y形圈并不能提供零泄漏的密封效果。Y形圈的這一密封特性，不僅適用密封氣體，也適用于密封液體，一般認為，在流體壓力低于7MPa時，這一結(jié)論都是適用的。為了克服Y形圈的這一缺點，采用液壓油的制動器，技術(shù)人員一般選擇Y+O 形式的密封結(jié)構(gòu)，以提高Y 形圈的低壓密封性能。圖5和圖6為采用Y+O形密封圈的制動器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖5活塞結(jié)構(gòu)為階梯結(jié)構(gòu)，圖6密封溝槽為單槽結(jié)構(gòu)，密封圈的安裝形式如圖5、圖6所示。

圖5 Y+O 形圈為主要密封形似的濕式制動器結(jié)構(gòu)示意圖(階梯活塞結(jié)構(gòu))

圖6 Y+O 形圈為主要密封形似的濕式制動器結(jié)構(gòu)示意圖(單槽結(jié)構(gòu))

　　上述圖5和圖6所示的制動器，推動制動盤的工作介質(zhì)一般為液壓油，工作壓力一般不高于16MPa，7MPa左右的工作壓力占較大比例。

　　采用Y+O的密封結(jié)構(gòu)形式，如圖7所示，與Y形圈相比較，該結(jié)構(gòu)的密封圈由于在Y形圈的凹槽內(nèi)增加了儲能環(huán)O形圈，提高了密封唇與金屬滑動面的接觸壓力，使接觸壓力曲線更加陡峭，即接觸壓力曲線坡度更大，根據(jù)橡膠彈性體密封界面的反向流體動力學(xué)理論，密封圈的低壓密封性能得到較大提高。實踐證明，當(dāng)Y形圈的材質(zhì)選邵氏A90的橡膠，O形圈的材質(zhì)選邵氏A70或邵氏A75的橡膠時，在介質(zhì)壓力小于16MPa的工況條件下，Y+O密封圈可以達到零泄漏的密封效果，在介質(zhì)與密封圈相容性良好、工作溫度在密封圈材質(zhì)可承受范圍的條件下，Y+O密封圈可有效運行超過兩年。因此，Y+O形結(jié)構(gòu)密封圈被很多制動器制造企業(yè)廣泛使用。國內(nèi)制動器制造企業(yè)應(yīng)根據(jù)制動器的制動熱效應(yīng)所產(chǎn)生的溫升以及工作介質(zhì)類型，選擇合適的橡膠材料，如氟橡膠或丁腈橡膠，避免因材料不適配而造成的密封失效。

圖7 Y+O 密封結(jié)構(gòu)形式圖

4、同軸組合密封結(jié)構(gòu)

　　近幾年，部分國外濕式制動器采用同軸組合密封圈的密封類型，如圖8中所示，此制動器的組合密封產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖9所示。如前所述，濕式制動器的工作壓力一般小于7MPa，在該工作壓力下，同軸組合密封圈的密封滑環(huán)如果采用聚四氟乙烯或增強型聚四氟乙烯，由于密封面與滑動面之間無法貼合緊密，存在一定的低壓泄液現(xiàn)象，從而造成制動液被污染，影響制動效果。為了克服同軸組合密封的這一缺點，本文推薦的同軸組合密封圈的密封滑環(huán)(圖9中的零件1)不采用聚四氟乙烯材料而用聚酯材料，彈性體則采用優(yōu)質(zhì)的“兩高一低”的橡膠材料，密封材料經(jīng)過如此調(diào)整，本同軸組合密封可達到零泄漏的狀態(tài)，密封優(yōu)良。密封滑環(huán)所采用的高分子聚酯材料可在120℃一下長期工作，滿足制動器制動熱影響的要求。

　　不過，由于本同軸組合密封圈的密封滑環(huán)采用的是聚酯材料，產(chǎn)品工作時，密封面的摩擦阻尼較大，制動器活塞回位靈活性降低，解決這一缺點的方法是：增加復(fù)位彈簧的彈性模量或增加復(fù)位彈簧的數(shù)量。一般而言，對于濕式制動器，復(fù)位彈簧的復(fù)位力應(yīng)參考制動力進行設(shè)計。實踐證明，對于濕式制動器，復(fù)位彈簧的復(fù)位力大于或等于制動力的10%是合適的。

圖8 同軸組合密封為主密封1-密封滑環(huán)2-彈性體的制動器結(jié)構(gòu)示意圖   圖9 同軸組合密封結(jié)構(gòu)示意圖

5、小結(jié)

　　目前國內(nèi)的濕式制動器的密封方案，綜合而言有上述四種典型結(jié)構(gòu)。

　　第1種密封方案成本低廉，目前仍被廣泛應(yīng)用。

　　第2種密封方案主要用于機械壓力機，特別是汽車覆蓋件自動沖壓設(shè)備，可滿足高速制動與快速復(fù)位的要求，密封可靠性高，壽命長。

　　第3種方案則用于大型行走式工程機械，如礦卡、載重貨車、大型牽引車等，恰當(dāng)?shù)拿芊獠牧线x擇，可提供較長的使用壽命，有取代第1種密封方案的趨勢。

　　第4種密封方案為新型密封結(jié)構(gòu)，目前在國內(nèi)尚處于測試驗證階段，其密封可靠性非常優(yōu)異，但制動器的彈簧復(fù)位力要求較大。

　　對于制動器彈簧復(fù)位力的大小，根據(jù)部分制動器制造企業(yè)的測算，這四種密封方案，制動器彈簧復(fù)位力為制動力的10%都是可靠的。