铁路货车制动管系法兰用密封圈

摘要

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，包括环形基体，环形基体的内侧面上设有环形的且与其一体成型的上、下密封唇，环形基体内设有与环形基体一体成型的金属骨架，环形基体的内表面还设有多个与其一体成型的定位凸台，定位凸台位于上、下密封唇之间且沿周向间隔分布，多个定位凸台的内表面均位于一个虚拟的圆柱面上，虚拟的圆柱面的直径大于上、下密封唇的内径。本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，通过金属骨架和定位凸台，使其密封性能更好、抗变形且可适用于‑60℃的严寒环境，解决了现有技术中存在的密封失效或气体泄漏问题，有效地保障了车辆的安全运行，对国民经济的稳定运行起到重要的运输保障作用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种密封圈，特别涉及一种铁路货车制动管系法兰用密封圈。

背景技术

铁路货车制动管系的法兰与法兰连接部位都是采用密封圈来实现对气体密封作用，以保证车辆在利用气体压力制动时，气体压力降符合标准要求。密封圈是行车制动系统的关键产品，用于防止制动管系的压力空气从各管路结合处漏泄，对铁路货车的制动起到至关重要的作用，如果密封圈产生问题，轻则导致管路密封不良、漏风严重，重则导致制动失灵，严重影响行车安全。目前铁路货车制动管系采用的法兰用密封圈主要是E形密封圈，如图4所示，E形密封圈9包括：密封圈主体90、上、下密封唇91，91’、导气槽93和上、下充气密封槽92，92’。如图5所示，安装时，首先将E形密封圈9套在下法兰芯81的端面芯轴810上，因为E形密封圈的内径小于端面芯轴810的外径，因此通过橡胶的弹性作用，E形密封圈9与端面芯轴810形成一个紧密配合；然后，将上法兰芯84与下法兰芯81的端面配合，通过螺栓将位于上法兰芯84外侧的上法兰85和位于下法兰芯81外侧的下法兰83通过螺栓锁紧，此时E形密封圈被上法兰芯84和下法兰芯84的端面压紧，使得上、下法兰芯的内腔形成密封空间。工作时，在理论上，当对上、下法兰芯的内腔内充气后，在气压的作用下，气体应该可以通过导气槽93进入上、下充气密封槽92，92’，上、下密封唇91，91’在气压的作用下，分别向上、向下挤压，以此增加E形密封圈9的上、下密封唇91与上、下法兰芯端面的接触力，以便进一步增强密封效果。

但在实际使用过程中，尽管E形密封圈材质和尺寸均符合行业标准中的物理性能指标和图纸结构尺寸要求，依然出现泄漏现象，尤其是冬季的东北严寒地区。在现场检修时，发现如下问题：E形密封圈的整体结构出现了较大的扭曲变形，上密封唇91的上表面不能保持在同一个水平面上，下密封唇91’的下表面也不能保持在同一个水平面上，这使得上、下密封唇91，91’不能与法兰芯的端面紧密接触形成良好的密封；有些上、下密封唇91，91’与密封圈主体90牢牢的粘附在一起，使得充气上、下密封槽92，92’被完全封闭，密封圈的通气道被完全封闭，在工作时，上、下密封唇91，91’不能在气体的作用下分别分别向上、向下挤压，不能起到加强密封的作用。

导致以上问题产生的主要原因是：E形密封圈是由橡胶材料制成的，在使用一段时间后，尤其零下50摄氏度温度的严寒环境下，环境温度接近橡胶的玻璃化转变温度，橡胶受挤压后的弹性变形不能恢复，从而产生了永久变形，导致E形圈与法兰芯的端面接触不紧密而出现泄漏问题；另外就是装配时，由于E形密封圈是通过紧配合套在下法兰芯81的端面芯轴810上，导气槽93受到挤压而产生拉伸变形，在持久的法兰装配压力作用下，E形密封圈的上、下密封唇91，91’就会与橡胶主体牢牢的粘附在一起，使得气体在工作时不能通过导气槽93进入充气密封槽92，无法起到进一步加强密封的作用。

2019年中国全路货车保有数量已经超过80万辆，对国民经济的稳定运行起到重要的运输保障作用，E形密封圈使用频率非常高,目前在用的数量巨大，高达300万个。因此,对目前使用的E形密封圈进行优化改进以克服以上存在的问题，对车辆的安全运行将起到重要的保障作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种密封性能更好、抗变形且可适用于-60℃严寒环境的铁路货车制动管系法兰用密封圈。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，包括环形基体，所述环形基体的内侧面上设有环形的且与其一体成型的上、下密封唇，所述环形基体内设有与环形基体一体成型的金属骨架，所述环形基体的内表面还设有多个与其一体成型的定位凸台，所述定位凸台位于上、下密封唇之间且沿周向间隔分布，多个所述定位凸台的内表面均位于一个虚拟的圆柱面上，所述虚拟的圆柱面的直径大于上、下密封唇的内径。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，其中所述上密封唇从环形基体的内表面向内且向上凸出，所述下密封唇从环形基体的内表面向内且向下凸出。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，其中所述环形基体的上、下端面上分别设有环形的且其一体成型的上、下副唇，所述上、下副唇凸出于环形基体的上、下端面的高度分别小于上、下密封唇凸出于环形基体的上、下端面的高度。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，其中所述上、下密封唇与水平面的夹角均大于等于35°且小于等于55°。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，其中所述上、下密封唇的厚度均大于等于1.5mm且小于等于4.5mm。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，其中所述上、下密封唇与水平面的夹角均为45°。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，其中所述上、下密封唇的厚度均为3mm。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，其中所述金属骨架为环形体。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，其中所述定位凸台为四个，且沿周向等间距分布。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，通过在环形基体内设置与其一体成型的金属骨架，增加了密封圈的整体强度，使得密封圈在整体上具有明显的抗变形、抗破坏能力，弹性橡胶与刚性金属骨架的复合结构，在保证弹性部分起到密封性能的同时，钢性金属骨架部分有效减小了整体密封圈结构的压缩永久变形对密封效果产生的不利影响，从而使得密封圈在装配和使用时不易产生变形，尤其是在严寒的天气下，可防止密封圈变形较大而产生的密封失效问题，增加了密封圈的使用寿命，同时也有效降低了对材料压缩耐寒性能的要求，能够有效降低生产成本；通过间隔分布的定位凸台，保证了密封圈在各种角度安装时，都能够实现同轴对中安装的效果，同时可确保密封圈内存在有效的充气通道，使得管路中的气体可以顺畅流入密封圈通道内，上、下密封唇在气体的作用分别向上、下挤压，与上、下法兰芯端面紧密配合，从而起到主动密封的作用，进一步增强了密封效果。本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈的密封性能更好、抗变形且可在-60℃的严寒环境下使用，解决了现有技术中存在的密封失效或气体泄漏问题，有效保障了车辆的安全运行，对国民经济的稳定运行起到重要的运输保障作用。

下面结合附图对本发明的铁路货车制动管系法兰用密封圈作进一步说明。

附图说明

图1为本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈的俯视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈的使用状态图；

图4为现有E形密封圈的主视图；

图5为现有E形密封圈的使用状态图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈包括环形基体1和金属骨架2。金属骨架2位于环形基体1内部，与环形基体1通过粘合剂一体硫化成型。金属骨架2为环形体，其横截面为矩形。金属骨架2增加了密封圈的整体强度，使得密封圈在整体上具有明显的抗变形、抗破坏能力；弹性橡胶与刚性骨架的复合结构，在保证弹性部分起到密封性能的同时，钢性骨架部分有效减小了整体密封圈结构的压缩永久变形对密封效果产生的不利影响。因此，在密封圈内设置金属骨架2，使得密封圈在装配和使用时不易产生变形，尤其是在严寒的天气下，可防止密封圈变形较大而产生的密封失效问题，增加了密封圈的使用寿命，同时也有效降低了对材料压缩耐寒性能的要求，能够有效降低生产成本。环形基体1的内表面设有环形的上密封唇11和下密封唇11’，上、下密封唇11，11’分别位于环形基体1内表面的上端和下端，上密封唇11从环形基体1的内表面向内且向上凸出，下密封唇11’从环形基体1的内表面向内且向下凸出。上、下密封唇11，11’与水平面的夹角范围根据具体设计和现场使用环境确定，其优选范围为：大于等于35°且小于等于55°，在本实施例中，上、下密封唇11，11’与水平面的夹角均为45°。上、下密封唇11，11’的厚度同样根据具体设计和现场使用环境确定，其优选范围为：大于等于1.5mm且小于等于4.5mm，本实施例中上、下密封唇11，11’的厚度均为3mm。上、下密封唇11，11’加厚唇口的结构，不仅加强了在压缩状态下唇口与法兰接处面产生的预紧力，增强了密封效果的可靠性，而且有利于唇口在长期使用中保持密封结构稳定。

在环形基体1的内表面上设有向内凸出的四个定位凸台12，定位凸台12位于上密封唇11和下密封唇11’之间，四个定位凸台12沿周向等间距分布。四个定位凸台12的内表面均位于一个虚拟的圆柱面上，此虚拟的圆柱面的直径小于上密封唇11和下密封唇11’的最小内径，如图3所示，这样可以保证在将本发明密封圈套在法兰芯21的端面芯轴210时(见图3)，四个定位凸台12可与端面芯轴210紧密接触起到有效定位对中作用，同时上密封唇11和下密封唇11’均不与端面芯轴210接触。定位凸台12的数量可根据密封圈的尺寸和实际使用环境，进行相应的调整，例如可以为3个，5个，6个等。另外，环形基1的上端面上设有向上凸出的环形的上副唇13，上副唇13凸出于环形基体1的上端面的高度小于上密封唇11凸出于环形基体1的上端面的高度；环形基1的下端面上设有向下凸出的环形的下副唇13’，下副唇13’凸出于环形基体1的上端面的高度小于下密封唇11’凸出于环形基体1的下端面的高度。环形基体1为橡胶材质，上、下密封唇11，11’、定位凸台12和上、下副唇13，13’均为橡胶材质，且均与与环形基体1一体成型。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈在使用时，如图3所示，先将密封圈套在下法兰23的下法兰芯21的端面芯轴210上，定位凸台12的内表面与端面芯轴210形成过盈配合，使密封圈固定位在端面芯轴210上，保证密封圈在各种角度安装时，都能够实现同轴对中安装的效果。此时，上、下密封唇11，11’均不与端面芯轴210接触，可以有效避免在装配时对上、下密封唇11，11’造成夹伤等损坏情况，同时定位凸台12间隔分布，保证密封圈内存在有效的充气通道，使得管路中的气体可以顺畅流入密封圈通道内。然后将上法兰25与下法兰23通过螺栓预紧连接，此时上法兰芯24的端面压在下法兰芯21的端面以及密封圈的上密封唇11和上副唇13上，在螺栓预紧力的作用下，上法兰芯24的端面与上密封唇11形成紧密的配合，下法兰芯21的端面与下密封唇11’形成紧密配合，从而形成一个封闭的密封空间。上、下密封唇11，11’通过强有力的形变能够有效的弥补填充法兰接触面的粗糙不平处，从而实现密封作用。工作时，气体从法兰芯腔内进入密封圈的上、下密封唇11，11’形成的空腔内，使得上、下密封唇11，11’在气体压力下分别向上、下挤压上、下法兰芯24，21的端面，从而起到主动密封的作用，进一步增强了密封效果。本发明密封圈的上、下密封唇11，11’和定位凸台的12的设计，有效保障了密封圈内的风道保持通畅，不会出现上、下密封唇与环形基体粘连而堵塞风道的现象。密封圈内的金属骨架2有效增加了密封圈的强度，使其结构形态更加稳定，避免了密封圈在装配或使用过程中出现的扭转、整体局部变形和翻唇等现象，保证了密封圈使用时的稳定性，尤其是在严寒的天气下，可防止密封圈变形较大而产生的密封失效问题，增加了密封圈的使用寿命；同时也有效降低了对材料压缩耐寒性能的要求，能够有效降低生产成本；金属骨架2与上、下密封唇11，11’为一体成型，在密封圈安装到位后，因为金属骨架2的支撑作用，使得上、下密封唇11，11’与上、下法兰芯24，21的端面接触的预紧力比现有技术的E形密封圈更大，从而进一步提高了密封性能。上、下副唇13，13’作为密封圈的辅助密封结构，即能对密封圈的预压装配起到整体结构稳定的作用，又可在上、下密封唇11，11’密封失效时，起到密封补偿作用。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈在中国铁路哈尔滨局集团有限公司质量技术监督所低温试验站，根据TB/T 2206-2018《铁路货车制动系统用橡胶件》和Q/CR 706-2019《铁路货车制动管系法兰用E型密封圈》进行了试验，其试验项目和试验结果如下图所示：

由以上实验数据可知，本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈的各项技术性能都符合行业标准要求。

本发明铁路货车制动管系法兰用密封圈，降低了生产成本，密封性能更好、抗变形且可适用于-60℃的严寒环境，解决了现有技术中存在的密封失效或气体泄漏问题，有效地保障了车辆的安全运行，对国民经济的稳定运行起到重要的运输保障作用，

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。