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   一、氮?dú)鈴椈杉捌溲芯侩y點(diǎn)

氮?dú)鈴椈煽煞Q為氮?dú)飧谆虻獨(dú)飧讖棄貉b置。它是利用氮?dú)獾目蓧嚎s性來行使彈簧功能的不見，它由柱塞（活塞）、缸體、靜動(dòng)密封部分、導(dǎo)向部分、充氣結(jié)構(gòu)組件、潤(rùn)滑系統(tǒng)等九大部分組成。氮?dú)馐且环N惰性氣體，工作性能穩(wěn)定、五毒、無腐蝕、不燃燒，工作安全可靠。它具有如下特點(diǎn)：在較小的空間中可以產(chǎn)生較大的初始彈壓力而不需預(yù)緊；彈壓力在整個(gè)工作行程中，可以基本保持恒定；安裝靈活、調(diào)節(jié)容易；使用壽命長(zhǎng)；工作不需外加動(dòng)力源。

在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，氮?dú)鈴椈梢殉蔀槟＞叩闹饕浼〈Ｒ?guī)彈性元件。目前，我國(guó)進(jìn)口大量模具重都采用氮?dú)鈴椈杉夹g(shù)，我國(guó)應(yīng)對(duì)引進(jìn)模具的氮?dú)鈴椈杉夹g(shù)進(jìn)行消化吸收，并根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、制造和使用氮?dú)鈴椈?。在研究和開發(fā)氮?dú)鈴椈傻墓ぷ髦?，高壓氣體的密封可靠性是氮?dú)鈴椈沙蓴〉年P(guān)鍵，同時(shí)也是研究的難點(diǎn)問題。如果氮?dú)鈴椈梢淮纬錃鈮勖陀?0-100km，氮?dú)鈴椈删褪チ藢?shí)用意義。要提高氮?dú)鈴椈蓧勖笜?biāo)的關(guān)鍵也就是解決高壓氣體的動(dòng)、靜密封問題。

二、氮?dú)鈴椈傻拿芊馓攸c(diǎn)

氮?dú)鈴椈傻拿芊夥譃閯?dòng)密封和靜密封。靜密封的實(shí)質(zhì)是依靠密封材料的彈性變形，將密封面上的微小不平處填滿，從而達(dá)到密封目的。動(dòng)密封則是在運(yùn)動(dòng)副之間充填彈性材料，以堵住間隙，達(dá)到密封目的。

如圖1、如圖2所示是氮?dú)鈴椈沙Ｒ?guī)的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)形式，密封材料通常安放在密封槽內(nèi)。如柱塞式氮?dú)鈴椈?，密封槽一般設(shè)計(jì)在密封套上；而活塞式氮?dú)鈴椈蓜t設(shè)計(jì)在活塞上。不論采用單層密封或多層密封，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都應(yīng)該考慮所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式便于加工、裝配和控制尺寸精度。如果把常見低壓密封的O形、Y形和矩形密封結(jié)構(gòu)運(yùn)用在氮?dú)鈴椈傻母邏簹怏w密封中，就必須提高這些密封件的技術(shù)要求。如密封材料的選擇、密封件及相關(guān)構(gòu)件制造精度和表面粗糙度等方面都相應(yīng)地提高技術(shù)質(zhì)量要求，以適應(yīng)氣體密封。并且所設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)應(yīng)由幾層密封復(fù)合而成，以增加密封的可靠性。

如圖3所示精密封，它是指與缸體連接，組成氣腔的結(jié)合面處的密封，它是對(duì)氮?dú)鈴椈晒ぷ鲿r(shí)不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位進(jìn)行密封。但對(duì)于氮?dú)鈴椈蓙碇v，因?yàn)楦變?nèi)是高壓氣體，即使氮?dú)鈴椈刹还ぷ鲿r(shí)也應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位進(jìn)行密封。但對(duì)于氮?dú)鈴椈蓙碇v，因?yàn)楦變?nèi)是高壓氣體，即使氮?dú)鈴椈刹还ぷ鲿r(shí)也應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行靜密封，即在其端部設(shè)計(jì)靜密封裝置，以防止氣體的泄露。靜密封技術(shù)相對(duì)于動(dòng)密封技術(shù)比較成熟可靠，可以采用三角形密封形式和端面加壓密封形式來解決。

三、一種新的動(dòng)密封方法

筆者探討今年來發(fā)展的一門新型的密封技術(shù)，磁性流體與密封，由于磁性流體與密封介質(zhì)問題等，使得磁性流體密封最適合于將氣體介質(zhì)密封。目前，美國(guó)、日本、俄羅斯、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，磁性流體密封已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它具有傳統(tǒng)密封方式所不能比擬的有點(diǎn)：基本不泄露；無磨損、壽命長(zhǎng)；在高低轉(zhuǎn)速下都具有密封能力；對(duì)特殊環(huán)境沒有特殊要求；磁性流體具有潤(rùn)滑作用，可以將密封于潤(rùn)滑結(jié)合為一體（這正是氮?dú)鈴椈伤枰模?。磁性流體密封適用范圍廣，可靠性高，具有廣闊的發(fā)展前景。

由圖4可知磁流體密封原理：永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，經(jīng)過永磁體兩側(cè)在磁極形成的磁場(chǎng)作用于磁流體，使磁流體“O”型環(huán)，磁流體把間隙堵住，以達(dá)到密封目的。磁流體在外磁場(chǎng)的作用下成為塑性流體保持不動(dòng)，只有當(dāng)作用在流體上的剪切力超過屈服力時(shí)，它達(dá)到最大承壓能力。永磁體在設(shè)計(jì)時(shí)有兩條基本要求：一是要保證密封工作間隙中磁場(chǎng)強(qiáng)度適中，達(dá)到密封效果；二是磁鐵尺寸設(shè)計(jì)要和磁感應(yīng)強(qiáng)度工作時(shí)達(dá)到材料的最大磁能積，以便最有效地利用磁鐵內(nèi)部的磁能，針對(duì)氮?dú)馑秘浢芊鈮翰钶^大、工作溫度不高的條件，可選用磁性強(qiáng)的釹鐵硼稀土永磁材料。磁流體密封的壽命取決于磁流體的蒸發(fā)速度。蒸發(fā)速度除與基液種類有關(guān)外，還主要與溫度有關(guān)，而工作溫度又與活塞（柱塞）往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的高低對(duì)磁流體的形狀、膜，接觸點(diǎn)的多少以及泄精率有很大的影響，隨速度增加，液體的變形逐漸增加，膜與活塞的接觸范圍變大，泄漏率增加。而用于模具的氨氣彈簧其工作速度相對(duì)較低，磁流體工作溫度不高，基本卜不會(huì)因溫度升高而帶來泄漏同題．另外，由于磁流體密封環(huán)是液體的，它不會(huì)造成活塞(柱塞)的磨損，相反還可以利用液體特性對(duì)活塞(柱塞)進(jìn)行潤(rùn)滑。通過分析，筆者認(rèn)為磁流體密封可以用于氮?dú)鈴椈傻拿芊?，只是結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)密封復(fù)雜一些，但可靠性高，壽命長(zhǎng)。因此，可以在彈簧尺寸較大的結(jié)構(gòu)中采用。磁性流體單極密封能力較低，要實(shí)現(xiàn)氮?dú)鈴椈傻母邏好芊獗仨毑捎枚鄻O一多級(jí)密封方式。其密封原理如圖5所示，將若干個(gè)兩極密封組合起來，構(gòu)成多段密封。沿活塞軸向分布多個(gè)磁極，每個(gè)極都呈齒槽結(jié)構(gòu)(兩齒以上稱為多級(jí))，相鄰磁極間存在一定空問為磁流體的充注提供空問保證。磁性流體充入后，一部分進(jìn)入各齒下，多余部分則保留在極間的空間內(nèi)，當(dāng)磁性流體被氣壓吹破時(shí)能得到及時(shí)補(bǔ)充，而不致于恢復(fù)密封狀態(tài)后密封壓差減小。多極一多級(jí)密封所承受的密封壓差為各級(jí)所承受的密封壓羞之和。而多極一多級(jí)封密能力高的重要原因是，外加壓差沿各磁極自動(dòng)分配．自然形成梯級(jí)密封壓差。

如圖6所示，總壓差與各級(jí)密封壓差之和相平衡，

形成梯度密封壓差的過程為：當(dāng)外加壓差超過第一級(jí)的極限密封壓差時(shí)．第一級(jí)下的磁性流體被吹破，氣體穿過第一級(jí)的密封間隙，第二二級(jí)的壓強(qiáng)開始增加，第一級(jí)的外加壓差△P，=P，一p：減小，第二級(jí)的外加壓差△p：增加，當(dāng)?shù)谝患?jí)的外加壓差減小至其恢復(fù)密封壓差時(shí)，第一級(jí)恢復(fù)密封狀態(tài)，第一級(jí)的外加壓差△p、重新增加，這一過程重復(fù)進(jìn)行。第一級(jí)前的壓強(qiáng)P，波動(dòng)上升，第二級(jí)前的壓強(qiáng)P．階躍上升，“此類推其它各級(jí)的情況，通過這一過程就形成了梯度密封壓多極一多級(jí)密封結(jié)構(gòu)．不但能提高總的密封能勾，同時(shí)，還能解決因溫度升高而造成的磁流體蒸發(fā)，相應(yīng)提高了密封的壽命和可靠性。扶理論上說．實(shí)現(xiàn)氣體高壓密封是行得通的。但是，對(duì)于回轉(zhuǎn)軸的磁流體密封技術(shù)相對(duì)用得較多，而對(duì)往復(fù)軸的密封是一個(gè)全新的動(dòng)密封技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起來還有一些相關(guān)問題需要解決，有一定難度。因此．實(shí)現(xiàn)氮?dú)鈴椈傻母邏好芊庾詈玫姆绞绞莻鹘y(tǒng)的密封方式和磁性流津密封方式相結(jié)合，這樣就可以實(shí)現(xiàn)我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造氨氣彈簧。