本公开内容涉及一种密封装置，如用于对各种部件中的加压流体腔进行密封。
背景技术：
各种类型的作业车辆(例如农业拖拉机、装载机等)可具有驱动轴，驱动轴具有可通过液压流体致动的内部部件(例如，制动器组件)。例如，将加压液压流体施加到制动器活塞可驱动制动器阻止或停止驱动轴的旋转。液压压力可通过密封的腔体施加到活塞上。活塞腔的动态密封必须足够强健(例如，足够的耐挤压和耐磨)以在致动活塞所需的活塞腔的加压期间提供合适的密封。在未被加压时充分地密封活塞腔也是有益的，以避免可能引起制动动作的响应减慢的流体从所述腔的被动泄漏。在这些应用中常见的高操作压力和温度可使得传统的滑移密封无效，或需要更昂贵的特殊材料的密封装置，这种更昂贵的特殊材料的密封装置甚至也可能被证明为不足以提供密封。
技术实现要素：
本公开内容提供一种自紧密封(energizedseal)装置，如可被用于在各种驱动部件中对加压流体腔进行密封。
在一个方面中，本公开内容提供了一种环形自紧器和密封装置。密封件绕中心轴线布置，并具有沿径向方向延伸的第一密封表面、沿轴向方向延伸的第二密封表面，以及与第一密封表面和第二密封表面中的至少一个相反的背面。可由弹性可压缩材料制成的环形自紧器被构造成接合所述密封件的背面。密封件和环形自紧器被设置成关于中心轴线同心，并且环形自紧器相对于延伸通过密封件的轴向中心的径向平面非对称地接合所述环形密封件，以施加偏压力到所述密封件，由此沿第一径向方向偏压第一密封表面并且沿第一轴向方向偏压第二密封表面。
在另一方面中，本公开内容提供一种致动器装置，该致动器装置包括活塞板和能够相对于活塞板沿着冲程轴线移动的致动器活塞。所述活塞板和所述致动器活塞形成由相互配合的环状圈和通道构成的配置，由相互配合的环状圈和通道构成的该配置围绕冲程轴线布置并且相对于冲程轴线能够相对地移动。密封装置可包括环形密封件，所述环形密封件位于形成在所述环状圈或所述通道中的环形槽中。所述密封件具有与所述槽的壁接合的第一密封表面、与所述通道的壁接合的第二密封表面，以及与第一密封表面和第二密封表面中的至少一个相反的背面。可由弹性可压缩材料制成的环形自紧器被构造成接合所述密封件的背面。所述环形密封件和所述环形自紧器被设置成关于冲程轴线同心，并且环形自紧器相对于延伸通过密封件的轴向中心的径向平面非对称地接合所述环形密封件，以施加偏压力到所述密封件，由此将第一密封表面径向地朝向所述通道的壁偏压并且将第二密封表面轴向地朝向所述槽的壁偏压。
在又一个方面中，本公开内容提供了一种致动器装置，所述致动器装置可包括限定出环形通道的活塞板和致动器活塞，致动器活塞包括在活塞板的通道中沿着冲程轴线能够移动的环状圈。密封装置包括位于形成在所述环状圈或所述通道中的环形槽中的环形密封件，所述密封件具有与所述槽的壁接合的第一密封表面、与所述通道的壁接合的第二密封表面、以及与第一密封表面和第二密封表面中的至少一个相反的背面。可以由弹性可压缩材料制成的环形自紧器被构造成接合所述密封件的背面。环形密封件和环形自紧器被设置成关于冲程轴线同心，并且环形自紧器相对于延伸通过密封件的轴向中心的径向平面非对称地接合所述环形密封件，以施加偏压力到所述密封件，将第一密封表面径向地朝向所述通道的壁偏压并且将第二密封表面轴向地朝向所述槽的壁偏压。密封件的背面和自紧器中的至少一个可具有相对于所述径向平面非对称地布置的至少一个偏压表面。
附图说明
一个或更多实施方式或实施例的细节在附图和下面的说明书中被描述。其他的特征和优点将从说明书、附图和权利要求书中变得显而易见。
图1为农业拖拉机形式的示例性作业车辆的侧视图，所公开的非对称自紧密封装置在其中被实施；
图2为示出用于图1的作业车辆的轴组件的简化的局部立体剖视图；
图3为与图2的轴组件相关联的活塞致动器装置的立体剖视图，其包括根据本公开内容的示例性的非对称自紧密封装置；
图4为图3的4-4区域的放大详细视图；
图5为图4的5-5区域的放大详细视图；以及
图6为图3示出的致动器活塞和非对称自紧密封装置的分解图；
在不同的附图中，类似的附图标记表示类似的元件。
具体实施方式
下面描述了所公开的自紧密封装置的一个或多个示例性的实施例，如上面简要描述的附图所示出的那样。本领域技术人员也可设想到对示例性的实施例的各种变形。
由上面所看到的那样，活塞腔的动态密封应当足够强健以承受与该作业环境相关的高温度和高压力操作条件。进一步地，期望在活塞腔未被加压时将活塞腔密封，以抑制或避免流体从活塞腔的被动泄漏。传统的密封件在与活塞腔的操作条件相关的高温下(例如大约350华氏温度)和高压下(例如大约1000磅每平方英寸(psi))可磨损。进一步地，传统的密封件在活塞腔未被加压时不能充分地密封，因此潜在地削弱了活塞的性能。
所公开的非对称自紧密封装置的使用可解决这些和其它各种问题。例如，非对称密封装置可包括环形自紧器，其沿多个方向激发或施加偏压力到环形密封件上，所述多个方向主要包括轴向方向和径向方向。通过在这两个方向上偏压环形密封件，在当致动器装置正在操作的时间段内以及在未被加压的时间段内，环形密封件可保持入位或固定并且保持密封。进一步地，非对称密封装置可由禁得起与致动器装置相关联的高温和高压的操作条件的材料制成，以使得由环形自紧器施加的独特的偏压力随着时间的过去保持基本相同。所述非对称自紧密封装置还可包括在致动器组件的致动器活塞中限定的键部件，其有利于相对于环形密封件偏压环形自紧器。所公开的非对称密封装置的环形自紧器还可由相对低硬度的材料制成，这使得非对称自紧密封装置的组装变得容易而又在操作中提供对环形自紧器的额外的压缩，以承受各种操作条件。
如本文中所使用的，术语“轴向”指的是大体与旋转轴线、对称轴线或一个或更多部件的中心线平行的方向。例如，在具有中心线和相反的、大体圆形的端部或面的圆柱体或圆盘中，“轴向”方向可表示大体在两相反端部或端面之间平行于中心线延伸的方向。在某些示例中，术语“轴向”可被用于不是圆柱形(或其他径向对称)的组件。例如，包含旋转轴的矩形壳体的“轴向”方向可被视为大体平行于旋转轴的旋转轴线的方向。进一步地，如本文中使用的术语“径向”可表示部件相对于从共有的中心线、轴线或类似参照向外延伸的线的方向或关系。例如，在圆柱体或圆盘的平面中为垂直于中心线或轴线。在某些例子中，即使部件中的一个或两个可能不是圆柱形(或其他径向对称)，这些部件也可被视为“径向”对齐。进一步地，术语“轴向”和“径向”(以及任何派生物)可包括不是精确地与真正的轴向和径向尺寸对齐(例如倾斜于)的方向关系，只要该关系主要地在相应的标称轴向或径向方向上。
现在参照图1，非对称自紧密封装置可关于包括例如作业车辆10的多种车辆(或其他平台)而被实施。作业车辆10，在该处作为拖拉机描述，可包括动力传动部件12，其可以包括发动机(或其他动力源)、变速器、多种控制系统(包括例如多种计算装置，诸如动力传递系统控制模块)等。作业车辆10可被构造成驱动或牵引各种器具(例如，收割机、割草调制机、播种机等)并且在某些实施例中可被构造成经由动力输出轴(未示出)或各种其他动力传递连接件提供动力到外部器具。
现在参照图2，并也如上面所讨论的那样，动力传动部件12可包括动力源(例如内燃(“ic”)机(未示出))、变速器(未示出)和驱动轴，例如驱动轴14。驱动轴14可将动力从变速器传递到轴组件16。轴组件16包括差速器18和安装地面接合轮32(图1)的驱动轴20、22。差速器18可包括适当的传动装置，其将动力从驱动轴14分别传递到驱动轴20、22，以驱动轮32的旋转。在一个示例中，致动器装置24连接到每一个驱动轴20、22。在该示例中，致动器装置24可为制动装置34的一部分以施加力从而阻碍或停止相应的驱动轴20和驱动轴22的转动。致动器装置24可响应于流体压力，如液压流体压力，以移动或驱动制动器(未示出)。在一个示例中，致动器装置24包括活塞板26、致动器活塞28和密封装置30。由于致动器装置24相对于轴组件16的中心轴线a基本对称，在理解与驱动轴20相关联的致动器装置24可为相同的或基本类似的情况下，为了清楚起见，本文仅对与驱动轴22相关联的致动器装置24进行描述。
进一步地，应当理解，图2中的各部件的定位和相互连接仅作为示例性的构造的一部分示出并且各种其他构造也是可能的。例如，各种致动器装置24可实体上不包括在轴组件16中，尽管致动器装置可与轴组件16的部分例如驱动轴20、驱动轴22协作。类似地，轴组件16可设置成多种构造并且在某些实施例中，可代表与作业车辆10相关的多个轴组件中的仅一个。在某些实施例中，作业车辆10可包括多个其他作业(或非作业)车辆。应当理解，本公开内容的各方面也可有益地关于需要密封的非车辆致动器装置被实施。
参照图3，活塞板26基本为环形，并且包括第一侧32和第二侧34。通孔36被限定为穿过第一侧32和第二侧34以使得相应的驱动轴20和驱动轴22能够被连接到差速器18。活塞板26的第二侧34基本为平面的，然而，第二侧34可具有任何期望的形状。第一侧32可具有埋头孔38、表面40和槽42。埋头孔38基本被限定为穿过第一侧32到表面40并且可包括一个或多个特征部，如引导致动器活塞28相对于活塞板26的运动的斜坡44。应当注意，使用斜坡44来引导致动器活塞28的运动只是作为一个示例，因为活塞板26可限定任何期望的特征部或表面以引导致动器活塞28相对于活塞板26的运动。埋头孔38基本围绕活塞板26的周边或圆周延伸以限定用于致动器活塞28的路径。
表面40基本在槽42和埋头孔38的壁38a之间延伸。所述表面40限定出环形通道46。环形通道46被限定为环绕表面40的周边或圆周穿过表面40，使得环形通道46大致环绕活塞板26的全部延伸。在一个示例中，参照图4，环形通道46具有基本平行的侧壁48和侧壁49，然而，环形通道46可具有任何期望的形状。侧壁48、49中的一个或多个可包括导入倒角48a，其有助于将致动器活塞28的一部分容纳在环形通道46中。应当注意，尽管在本文中单个侧壁48被示出为包括导入倒角，但侧壁48和侧壁49两者都可包括导入倒角。环形通道46可与被限定为穿过活塞板26的一个或更多个端口26a连通，以接收包括但不限于液压流体的流体。
参照图2和图3，致动器活塞28可沿着冲程轴线sa相对于活塞板26运动，冲程轴线sa与轴组件16(图2)的纵向轴线l基本平行。参照图3，活塞板26包括头部50和底部52。头部50面对活塞板26的表面40，底部52基本上与头部50相反。在该示例中，底部52基本为平面的。头部50包括环状圈54。环状圈54从头部50的表面50a向外延伸并且尺寸形成为至少部分被接收到活塞板26的环形通道46内。在一个示例中，环状圈54配合在环形通道46中，并且二者之间具有间隙，例如大约150到大约200微米(μm)的间隙。环状圈54基本环绕表面50a的周边或外周延伸，使得环状圈54基本绕头部50的全部延伸。
参照图4，环状圈54包括第一表面56和第二表面58，第一表面56和第二表面58从环状圈54的基部54a延伸到尖部54b。第一表面56沿着环状圈54的直径与第二表面58间隔开。当环状圈54被容纳在环形通道46中时，第一表面邻近于环形通道46的侧壁49定位并且第二表面58邻近于环形通道46的侧壁48定位。在一个实施例中，第一表面56限定出第一环形凹部60。第一环形凹部60与环形通道46的侧壁49协作以限定出大体被标记为62的第一环形槽，以接收密封装置30。第一环形凹部60包括与第二壁66间隔开的第一壁64，第一壁64与第二壁66通过表面67连接到一起。第一壁64包括邻近于表面67的倒角表面64a。第一壁64和倒角表面64a接触密封装置30的一部分以将密封装置30定向在第一环形凹部60中。大体上，倒角表面64a具有相对于径向平面r倾斜地延伸的倾斜表面，径向平面r被限定为通过环形密封件102(图5)的轴向中心ac。
在某些实施例中，第二壁66可包括键部件66a以及搁板或凸起部66b。第二壁66、键部件66a以及凸起部66b接触密封装置30的一部分以将密封装置30定向在第一环形凹部60中。表面67形成第一环形凹部60的底表面。应当注意，倒角表面64a、键部件66a和凸起部66b中的一个或多个可被取消或在第一环形凹部60中不同地成形，以有助于在第一环形凹部60中定向密封装置30。
第二表面58限定第二环形凹部68。第二环形凹部68大体地被限定为从第一环形凹部60沿着环状圈54的纵向轴线lr偏移。第一环形凹部60和第二环形凹部68之间的偏移使得每次单个密封装置30进入环形通道46，这可降低对于密封装置30的磨损或损坏并且减小将致动器活塞28组装到活塞板26所需的力。第二环形凹部68与环形通道46的侧壁48协作以限定通常被标记为70的第二环形槽，以接收密封装置30。第二环形凹部68包括与第二壁74间隔开的第一壁72，第一壁72和第二壁74通过表面76连接到一起。第二壁72包括邻近于表面76的倒角表面72a。第一壁72和倒角表面72a接触密封装置30的一部分以将密封装置30定向在第二环形凹部68中。通常，倒角表面72具有相对于径向平面r倾斜地延伸的倾斜表面。
在某些实施例中，第二壁74可包括键部件74a以及凸起部74b。键部件74a以及凸起部74b接触密封装置30的一部分以将密封装置30定向在第二环形凹部68中。表面76形成第二环形凹部68的底表面。应当注意，倒角表面72a、键部件74a和凸起部74b的一个或多个可被取消或在第二环形凹部68中不同地成形，以有助于在第二环形凹部68中定向密封装置30。
环状圈54的基部54a邻近于并且连接到头部50的表面50a。尖部54b形成环状圈54的最远端端部。通常，第一环形凹部60被限定为沿着环状圈54的轴向长度比第二环形凹部68更接近尖部54b。在一个示例中，环状圈54在基部54a具有第一宽度w1并且在尖部54b具有第二宽度w2。第一宽度w1可与第二宽度w2不同，并且在一个实施例中，第一宽度w1比第二宽度w2大，以有助于环状圈54在环形通道46中的运动。
密封装置被接纳在第一环形槽62和第二环形槽70中的每一个中。在该点上，致动器装置24通常包括两个密封装置30，第一密封装置30a被接纳在第一环形槽62中并且第二密封装置30b被接纳在第二环形槽70中。第一密封装置30a和第二密封装置30b大体上相对于环状圈54的纵向轴线lp对称。第一密封装置30a和第二密封装置30b中的每一个包括环形自紧器100以及环形密封件102。参照图3，第一密封装置30a和第二密封装置30b中的每一个的环形自紧器100和环形密封件102关于或围绕冲程轴线sa被同心地布置。由于第一密封装置30a可与第二密封装置30b相同或大体上相似，仅第一密封装置30a将在下面被详细地讨论。
环形自紧器100提供抵靠环形密封件102的偏压力，以自紧所述环形密封件102。通常，参照图5，环形自紧器100保持抵靠环形密封件102的径向力fr和轴向力fa，以在与致动器装置24相关联的各种操作条件下沿着环形通道46进行密封。环形自紧器100的使用也降低或避免了当流体压力降低时环状圈54周围的被动泄漏。
在一个示例中，环形自紧器100由弹性可压缩材料制成，如
环形自紧器100被接纳在第一环形槽62中，从而环形自紧器100接触第一壁64、倒角表面64a和表面67。倒角表面64a有助于将环形自紧器100抵靠环形密封件102偏压，并且键部件66a将环形自紧器100的中心c定位到径向平面r的相反侧。在该点上，由于键部件66a被定位到径向平面r的第一轴向侧r1，键部件66a将环形自紧器100的中心c定位到径向平面r的相反的第二轴向侧r2。倒角表面64a作为用于将环形自紧器100朝向径向平面r的第二轴向侧r2偏压的偏压表面起作用。
通常，环形自紧器100具有基本环形的或o形的径向横截面，例如o型环。然而，应当理解，环形自紧器100可具有任何合适的径向横截面以施加压缩力到环形密封件102。例如，环形自紧器100可具有类似于方形密封圈的x-形径向横截面，或环形自紧器100的横截面可包括一个或更多平坦表面以利于环形自紧器100在第一环形槽62中的组装。作为进一步的示例，环形自紧器100可包括一个或更多个倾斜表面，该倾斜表面被设置为相对于被限定为通过环形密封件102的轴向中心ac的径向平面r倾斜。环形自紧器100被形成和构造成被接纳在第一环形槽62中，从而绕环状圈54的全部延伸，如图6所示。
参照图5，环形密封件102对环形通道46进行密封。通常，环形密封件102被接收在第一环形槽62中并连接至环形自紧器100，以接收来自环形自紧器100的偏压力。在各种实施例中，环形密封件102可由聚合材料组成，包括但是不限于氢化丁腈橡胶(hnbr)。环形密封件102大体上关于被限定为通过环形密封件102的轴向中心ac(参见附图6)的径向平面r非对称。环形密封件102的非对称形状使得环形自紧器100相对于径向平面r非对称地接合环形密封件102，以在两个方向上，即在径向方向和轴向方向上，对环形密封件102施加偏压力。在一个示例中，环形密封件102包括第一密封表面104、第二密封表面106和第三表面或背面108。环形密封件102围绕中心轴线或中心线cl(参见图6)布置。
参照图5，当第一密封装置30a被连接到第一环形槽62时，第一密封表面104被连接到第一环形凹部60的第二壁66或接合第一环形凹部60的第二壁66。在一个示例中，第一密封表面104基本为平面的或平坦的，使得第一密封表面104完全接触第二壁66以提供面对面的接触。第一密封平面104相对于环形密封件102的中心轴线或中心轴cl沿着径向方向延伸。第一密封表面104通过倒角表面110连接到第二密封表面106。
当第一密封装置30a被连接到第一环形槽62时，第二密封表面106被连接到环形通道46的侧壁49或接合环形通道46的侧壁49。在一个示例中，第二密封表面106基本为平面的或平坦的，从而第二密封表面106完全与侧壁49接触以提供面对面的接触。第二密封表面106相对于环形密封件102的中心轴线或中心线cl沿着轴向方向延伸。第二密封表面106通过第一倾斜表面112和平面表面114连接到背面108。
背面108包括第一表面116、偏压或第二表面118和第三表面120。背面108与第一密封表面104和第二密封表面106的至少一个大体上相反。第一表面116被连接到平面表面114和第二表面118。第一表面116基本平行于第二密封表面106延伸。第一表面116延伸的长度小于第二密封表面106的长度。通常地，第一表面116包括邻近于第二表面118的轴向表面，该轴向表面处于比第二表面118距离中心轴线或中心线cl更远的径向距离。
第二表面118是倾斜的或成角度的并且被连接在第一表面116和第三表面120之间。在一个示例中，第二表面118延伸以相对于径向平面ra为倾斜的。第二表面118还大体上沿着横向于径向平面ra的轴线ta延伸。第二表面118延伸使得沿着第二表面118限定的轴线ta横向于沿着第一表面116限定的轴线和沿着第三表面120限定的轴线。第二表面118还相对于径向平面ra大体上为非对称的。第二表面118连接到环形自紧器100或与环形自紧器100接合以接受偏压力。由于第二表面118为倾斜的，从环形自紧器100接受的偏压力沿轴向方向和径向方向二者分布，使得第一密封表面104被偏压以密封在第一环形槽62的第二壁66上并且第二密封表面106被偏压以密封在环形通道46的侧壁49上。
当环形密封件102被接纳在第一环形槽62中时，第三表面120被连接到第二壁66的凸起部66b或接触第二壁66的凸起部66b。第三表面120基本上平行于凸起部66b延伸以在第三表面120和凸起部66b之间提供面对面的接触。第三表面120基本为平面的或平坦的。
为了将致动器活塞28组装到活塞板26上，在一个示例中，第一密封装置30a的环形自紧器100被定位在第一环形凹部60中，使得环形自紧器100接触倒角表面64a。键部件66a将环形自紧器100的中心定位到径向平面ra的相反的第二轴向侧面上。环形密封件102定位在第一环形凹部60中，位于环形自紧器100的上方，使得第一密封表面104接触第一环形凹部60的第二壁66并且背面108的第三表面120接触凸起部66b。参照图4，第二密封装置30b的环形自紧器100被定位在第二环形凹部68中，使得环形自紧器100接触倒角平面72a。环形密封件102定位在第二环形凹部68中，位于环形自紧器100的上方，使得第一密封表面104接触第二环形凹部68的第二壁74并且背面108接触凸起部74b。
在第一密封装置30a和第二密封装置30b连接到致动器活塞28的环形通道46的情况下，致动器活塞28可被连接到活塞板26。致动器活塞28连接到活塞板26，使得环状圈54安装在环形通道46中。环状圈54在环形通道46中的定位对环形自紧器100进行压缩。环形自紧器100的压缩产生偏压力。参照图5，由于背面108的倾斜的第二表面118，来自环形自紧器100的偏压力沿径向方向指向(径向力fr)，以抵靠环形通道46的侧壁49密封第二密封表面106，并沿轴向方向指向(轴向力fa)以抵靠环形通道46的第二壁66密封第一密封表面104。径向力fr的径向方向是从中心轴线cl径向向外。类似地，与第二密封装置30b相关联的环形自紧器100的偏压力沿着径向方向指向以抵靠环形通道46的侧壁48密封第二密封表面106，并沿着轴向方向指向以抵靠环形通道46的第二壁74密封第一密封表面104。因此，密封装置30a、30b密封环形通道46以及环状圈54两者并且在不施加流体压力的情况下保持自紧以避免或消除被动泄漏。当通过液压流体加压时，液压流体作用以抵靠环形通道46以及第一环形槽62和第二环形槽70中相应的一个安装密封装置30a和密封装置30b。在该点上，参照图4，液压流体可通过端口26a进入并且施加流体力ff到密封装置30a和密封装置30b，由此沿着流体力ff的方向偏压密封装置30a和密封装置30b中的每一个中的环形密封件102抵靠环形通道46以及第一环形槽62和第二环形槽70中的相应的一个。
如本文所用，除非另外限制或改变，具有由连词(例如，“和”)分开的并且还由短语“一个或多个”或“至少一个”在前的元件的列表指示潜在地包括列表的单独元件或其任何组合的构造或装置。例如，“a、b和c中的至少一个”或“a、b和c中的一个或多个”表示仅a、仅b、仅c或a、b和c中的两个或多个的任何组合(例如，a和b；b和c；a和c；或a、b和c)的可能性。
本文中使用的术语仅为了描述特定的实施例并且不旨在限制本发明。如本文所用，单数形式“a”，“an”和“the”旨在还包括多个形式，除非上下文以其他方式清楚地指示。将进一步理解，在本说明书中，术语“包括”和/或“包含”的任何使用表示规定的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
已经出于图示和描述的目的来呈现本发明的描述，但是该描述不旨在详尽规定或受限于公开形式的本发明。在没有脱离本发明的精神和范围的情况下，许多修改和变化将对于本领域的技术人员是显而易见的。本文中明确地引用的实施例被选择和描述，以最佳地解释本发明的原理和它们的实际应用，并且能使在本领域具有普通技能的其他人员理解本发明和认识到许多在描述的一个或多个示例之上的供选方案、修改和变化。相应地，除了那些明确地描述的实现方式外的各种实现方式在权利要求的范围中。