液压系统中的密封失效原因和现象--龚晓群

｝　妖阵　液压系统中的密封失效原因和现象　Ｗｅ、Ｓｓ　Ｊ卜｛　／Ｈｅｌｍｕｔ　Ｗｅｉ　ＳＳ著　（２０００３０）　上海宝色霞板服务中心　

Ｉ＼摘要每一个设计者的目的是要使他的机　器和系统达到尽可能高的工作可靠性。在设计　准则、材料选择、功能、影响工作的因素、以　及系统的工作和维护等之间的相互影响，可很　清楚地看出有很多因素是必须在事先加以考虑　的。　尽管有专门知识，失效仍然在日常操作中　经常出现。产生这种情况的原因是复杂的，而　且经常并不是一下就能加以辩认的。这篇论文　论述了一开始就由功能链中最薄弱的环节密封　失效所引起的液压系统故障问题。　专家可从密封件和周围的作用表面所呈现　的损坏迹象，得出密封产生失效原因的分析，　就可找出具体的改进措施。　这篇论文试图在正常工作时间内得以判明　产生问题的范围。　弓ｌ言　在很多情况下，液压系统的故障是由于密　封的损坏或其效能的减弱而引起的。虽然通常　星墓量量主量量量量量主蚕量量要重量量蚕蓦　１）测量块球面圆弧半径ＳＲ对测量的影　响很小，可不计。　２）零件斜面角度１。３６　的误差对测量Ｌ　值几乎没有影响。　３）可认为Ｈ圭ＨＩ，即可使用测量块Ｈ　的值来求得Ｌ值。　三、结束语　该测量方法具有制造简单、使用方便、测　量精度高等优点，目前已在我厂推广使用。　·５０·　译．１＿　，　—、　Ｉ　ｎ　Ｉ］，　把密封看作是易损件，但这并不意味着它是产　生故障的主要原因。　实践经验表明，液压系统故障的７Ｏ％到　８Ｏ％是由于液压油液的工况不良所引起的。这一　论点是早在１９７０年由麻省理工学院进行的调查　而得出的，而后被英国流体力学研究协会的大　量研究所证实。这一和国家工程实验室一起进　行的研究工作，调查了１００种液压系统产生故　障的原因，结果表明颗粒污染约占故障的５Ｏ％。　这篇文章就侧重于讨论故障的这种原因。　此外，空气和水对系统也会产生危害，这　在后面我们会看到。　设计准则的确定、材料的选择、设计规则　的遵守、元件功能以及对影响其工作因素的　了解、正确的安装、启动和操作，就能在设计　阶段消除一些可能产生故障的原因。　实际上，在闭式系统中产生的故障是不会　很早被发现的。为了能确定产生故障的真实原　因，通常就需要分析损坏的密封元件及其周围　的元件，以发现损坏的最初原因，从而得出结　论。在作出具体的改进之前，必须对故障原因　有确切的了解。　

二、失效原因一览　正如前述，损坏和失效的原因范围极广，　它们将会超出本文讨论的范围。　表１示出了产生损坏的可能原因及其后　果，指出了失效会在何处及在哪一个点上发　生，也指出了采用密封制造商的技术，失效便　可得以避免。下述方面是主要的ｔ　设计　密封件的选择　安装和启动　

维普资讯 http://www.cqvip.com 系统的工作和监视　现代。约密封、防尘圈和支承环，如今是作　为高性能的机械元件而发展的。只要正确的　选择和安’　，它们就能！　期而无故障地工　作。　

表１　液压系统密封中的失效原因一览　起　因　失　效　原　因　后　果　缝隙太大　挤入缝隙　压力释放过快，且带有空气　猛烈的释压　安装尺寸、公差不正确　摩擦过大，预压过小，泄漏　流速太快　腐蚀磨损，气蚀　设　计　接触压力过高　粘着磨损　表面太粗糙　密封件磨损　存在背压　密封件过载　密封槽太紧　无压启动，泄漏　密封槽太大　喷流磨损　

热过载　橡胶脆性，塑胶溶化或结疤　化学过载　胀大，收缩，变硬　密封件的选择　挤入缝隙，塑胶变形　密封件太软　

材料或密封型式不合适　爬行，噪声大　

Ｏ形圈扭转　由于螺旋形断裂而泄漏　由于安装或　由于行程太长　安装和启动　无引入的倒校　密封件被切掉　系统未排气　狄塞尔效应，密封件烧焦　密封边折叠　启动时泄漏　安装工具不合适　过早发生失效　

由于脏物颗粒或表面裂纹引起的　密封件磨损引起的泄漏，尘埃通　活塞杆拉伤　过刮环密封进入导引件磨损引起　系统中的污物　功能损害　缸筒内表面拉伤　密封件过早发生失效　油中有水　水解，例如聚氨酯　系统中的固体颗粒　研磨磨损　

三、设计　系统的可靠工作，在很大程度上取决于密　封系统的精心设计　选择和密封材料的选择。　从大量与设计有关的可能过错中，本文　应着重指出在液压系统中产生失效的主要原因　是：　

·５１·　

维普资讯 http://www.cqvip.com １、表面不合适　配合表面的材料和工作条件、使用场合和　密封材料不相匹配，表面过于粗糙或硬度不　够，都会使密封件和接触表面产生因研磨和粘　着磨损而引起的过早磨损。　２、挤入缝隙　橡胶或热塑基密封材料在压力作用下会产　生流动。　与压力不相应的过大缝隙会使密封材料挤　入到缝隙中去。图１示出了旋转密封件被挤　入的唇边。材料的减少导致了Ｏ形圈预压的减　弱，因而就产生泄漏。这种应用于转动连接的　密封，某些可能的缺陷会是产生失效的原因：　缝隙过大，槽过宽，在副腔中的滑脂密封建立　起压力或由于无油运转而引起的过热。　

刮　

图１　旋转密封件挤入缝隙　３、背压　液压缸行程太长会在窄缝中产生背压。若　被曳引出的工作介质被一很窄的缝隙（如一副　密封的缝隙或一刮环的缝隙）进　步节流时，　由于油液过剩，就会建立起压力来。这一压　力的值可能超过系统的压力，因而引起密封　招叠或从其座上压出。图２示出了一密封件由　于建立的背压过高，发生扭转而引起磨损的例　子。过高的压力使刮环从它的座上推出。　由曳引压力公式　

ＰＤ＝ＰＮ＋　

·５２·　６　ＶＬｓ　Ｔ１　

Ｓ　

长行程　图２　由曳引压力引起的挤出　可见：速度Ｖ、缝隙长度Ｌ　ｓ、粘度ｑ特别是缝　隙大小Ｓ，对压力的增大有影响。　依各种实际情况的不同，曳引压力ＰＤ　压力增大值可以达到公称（工作）压力ＰＮ的　２～５倍。　曳引压力的形成可用设计的措施和选择合　适的密封件，例如利用流体动力的泵回效应来　加以防止。　４、安装和启动　在安装后，一般不可能再检查密封的部位　和状态是否正确了。因而安装应特别小心，且　应遵守关于密封安装的设计规则，必要时可使　用安装工具。　此外，在启动时或在经过一段时期工作之　后出现了泄漏，才会对密封件是否被切断或受　损引起注意，尽管在此阶段泄漏的原因并不完　全相同。　：　图３示出预压的橡胶活塞密封。它的Ｏ形　圈由于挤入缝隙而发生了轻微的切掉。发生这　种损坏的原因是由于在活塞上没有引入的倒　棱，密封环的内径面被剪切，于是Ｏ形圈在压　力每发生一次变化时，就被挤入到环和槽侧面　问的缝隙中去而产生损坏。　Ｏ形圈在安装时有时会发生扭转，因而在　压力变化时就产生螺旋状切断。　

四、气体污染　空气和气体是引起液压系统故障的重要因　

维普资讯 http://www.cqvip.com 棱　图３　挤入缝隙和微切效应　素。在大气压下，油液中约可溶解９％的空　气。在高压下，油液中可溶解更多的空气或　气体；而当压力下降时，它们就被逸出。　液压系统在启动之前就应仔细地放掉空　气。任何遗留在系统中的空气或气体随后将会　导致严重的故障。　１、气蚀　所谓气蚀就是系统中气泡的爆炸。未溶在　油液中的空气泡，当其经过密封缝隙时将以相　当的能量在低压侧发生膨胀（喷流效应）。　表面粗糙度加剧了这一过程，它不仅仅在　密封件上产生划伤，而且可对邻近的槽和缸孔　的金属表面也产生影响。　旦密封表面产生凹点和气孔凹坑而损坏　时，液压油液就以很高的速度和极大的加速度　流经纵向伤痕而产生磨损。在分析表面产生这　种伤痕时，初看起来，似乎是由于受到了研磨　磨损的缘故。　这种过程可由振动液流、高压和高真空所　激起。　２、狄塞尔效应　液压油液中空气泡的另一个后果就是“狄　塞尔”效应。如系统的压力在极短的时间间隔　内急尉地升高时，气泡就加热到使气泡中的空　气／气体混合物产生自燃的程度。　例如一个２５ＩＴ１　ＩＴ１直径的空气泡，在几毫秒　内从大气压压缩到５０ＭＰａ，在气泡的中心将　产生２５００℃的温度。　如这种效应发生在密封或支承环的附近，　则密封和支承环将被烧焦。除了元件产生直接　失效外，环或密封坚硬的碎颗粒将引起系统的　故障。为此，对材料的使用必须给予特别的注　意，这些材料应在此使用场合下不会留下有害　的燃烧残渣。　五、系统中的颗粒污染　当谈到液压系统中的颗粒污染时，首先主　要想到的是泵、阀、缸和其他元件的污物，以　及它们的磨损情况。　然而密封件本身将受到污染工作介质的极　大的侵害，因而也裔特别加以注意。毕竟它们　的主要任务是在很高压力和重载工况下保证把　液压油液留在液压系统中。　这种污染的损害通常来自固体颗粒的研磨　效应。这种颗粒是元件和密封引起磨损的原　因。即使使用了合理的过滤技术，系统的操作　者还是经常采用工作介质的允许污染度。然而　这一污染度仅在启动祀试车阶段后常常就达到　了，也就是说初始的污染度已比较高了。　从油桶中或油槽中抽出的“新油”，它的　颗粒污染度的级另ｑ可以比系统所允许的级别高　出２ｏ￣，ｊ５０倍。　即使在液压缸启动阶段，也可经常观察到　活塞杆的轻微擦痕，从而引起了操作者严重的　疑虑。原因是诸如磨粒、型砂、锈皮、焊粒等　粗硬颗粒，当在制造各个元件和元件进行装配　时已经侵入到系统中了。　图４示一液压系统图，并指出了它的可能　的薄弱部位。滤油器在系统中的可能位置也示　出了。整个系统可单独也可联合进行：工作。　然而，即使使用了极精细的滤油器网格尺寸，　也不可能从系统中除去所有的颗粒ｊ一一尤其　是因为系统中的机械元件磨损将不断地产生　

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