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                液壓系統泄漏原因及解決方法

                  來源:安全管理網 
                評論:  更新日期:2019年06月30日

                液壓系統中,泄漏影響產品的質量,是必須要考慮的問題。例如液壓缸,嚴重的泄漏不僅會使設備周圍的環境受到污染,還會導致液壓缸工作腔的壓力降低,使液壓缸無法正常工作。采取比較先進的方法,有效地防止泄漏,使液壓系統實現“零泄漏”是液壓行業多年來始終追求的目標。另外,準確地分析液壓系統泄漏產生的最初原因,可以幫助我們及時排除液壓系統的泄漏故障。作為機械專業的學生,我們通過對《液壓與氣壓傳動》課程的學習以及查閱相關資料,結合自己專業實習、工程訓練和日常生活中的所見和所想,就常見泄漏故障問題,分析了液壓傳動的泄漏形式及原因,提出控制泄漏的措施。

                相對于機械傳動,液壓傳動是一門新的技術,起源于1654年帕斯卡提出的靜壓傳動原理。它是以液體為工作介質,通過能量轉換裝置來進行能量傳遞的一種傳動形式。液壓傳動具有如下優點:①工作液體可以用管道輸送到任何位置;②執行元件的布置不受方位限制,借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構;③液壓傳動能將原動機的旋轉運動變為直線運動;④可以方便地實現無級調速;⑤載荷控制、速度控制以及方向控制容易實現,也容易進行集中控制、搖控和自動控制;⑥液壓傳動平穩無振動;⑦具有良好的潤滑條件可提高液壓元件工作的可靠性和使用壽命;⑧液壓元件有利于實現標準化、系列化和通用化。因此,液壓傳動在國民經濟各部門中得到了廣泛的應用。

                但液壓傳動也存在著一些缺點:①存在液體流動的阻力損失、油液的泄漏以及機械摩擦,故效率較低;②對控制工作溫度要求較高;③由于工作液體的泄漏和可壓縮性,液壓系統的剛性較差使液壓系統無法保證嚴格的傳動比;④對工作液體的使用維護要求十分嚴格;⑤液壓元件成本較高;⑥液壓系統的故障判斷和處理較難,要求工作人員技術水平和專業知識較高。其中工作液體的泄漏一直是不可避免的問題,其解決方法也是各行各業研究的重點之一。

                泄漏形式

                泄漏按流向可分為內泄漏和外泄漏。外泄漏主要是指液壓油從系統泄漏到環境中,產生在液壓系統的液壓管路、液壓閥、液壓缸和液壓泵(液壓馬達)的外部;內泄漏是指由于高低壓側的壓力差的存在以及密封件失效等原因,使液壓油在系統內部由高壓側流向低壓側,如液壓傳動中油液從高壓腔向低壓腔的泄漏;從換向閥內壓力通道向回油通道的泄漏等。泄漏的主要形式有縫隙泄漏、多孔隙泄漏、粘附泄漏和動力泄漏等。

                1.縫隙泄漏

                工程機械液壓系統的縫隙泄漏主要有兩種,固定密封處(靜接合面)泄漏和運動密封處(動結合面)泄漏。固定密封處泄漏的部位主要包括液壓缸缸蓋與缸筒的接合處等;運動密封處主要包括液壓缸活塞與缸筒內壁、活塞桿與缸蓋導向套之間。縫隙泄漏量的大小與壓力差、間隙等因素有關。

                2.多孔隙泄漏

                液壓元件中的各種蓋板,由于表面粗糙度的影響,兩表面之間不可能完全接觸,在兩表面不接觸的微觀凹陷處,形成許多截面形狀多樣、大小不等的空隙,空隙的截面尺寸與表面粗糙度有關。多空隙泄漏,液體需流經彎曲的眾多空隙,在做密封性能試驗時,需經一定的保壓時間,泄漏才能顯露出來。

                3.粘附泄漏

                粘性液體與固體臂之間有一定的粘附作用,二者接觸后,在固體表面上粘附上薄薄的一層液體,若固體表面上的膜較厚時,油膜會因相互運動而被密封圈刮落產生粘附泄漏。防止粘附泄漏的基本辦法是控制液體粘附層的厚度。

                4.動力泄漏

                在旋轉軸的密封表面上,若留有螺旋加工的痕跡,當軸轉動時,液體在轉軸回轉力的作用下沿螺旋痕跡的凹槽流動。若螺旋痕跡的方向與軸的轉動方向一致時,由于螺旋痕跡的“泵油”作用,就會產生動力泄漏。動力泄漏的特點是軸的轉速越高,泄漏量越大。防止動力泄漏,應避免在轉軸的密封表面和密封圈的唇邊上存在"泵油"作用的加工痕跡或利用動力泄漏的原理,利用螺旋痕跡的泵油作用,將泄漏油泵回,阻止泄漏。

                泄漏的原因

                液壓系統產生泄漏的原因多而復雜,本文主要從密封件泄漏、工作油液污染、元件制造裝配精度超差、油液溫升發熱以及液壓系統壓力沖擊等方面歸納分析。

                (1)密封件方面:在液壓缸中,一提及泄漏就會首先考慮到密封件,因為密封件是液壓缸中最主要的防止泄漏的元件。它主要有YX型密封圈、組合密封圈、U型密封圈、V型密封圈、O形圈、格來圈、斯特封等。其中YX型密封圈、組合密封圈、U型密封圈主要靠在壓力油的壓力作用下產生張力,使內、外唇邊張開來實現密封的,對內、外唇邊線性質量要求很高;V型密封圈、O形圈、格來圈、斯特封主要靠壓縮量來密封。密封件的物化性能等方面的質量直接影響液壓缸產品的質量。密封件泄漏的原因主要有以下幾方面:①密封件質量有問題。密封件材質為劣質,且制造工藝和精度都達不到要求,以及模具和修邊均有缺陷等。②密封件選用不合理。選用的密封件不能滿足工作壓力、工作速度和溫度等方面的要求,或者密封件的類型選用不當。③密封件的安裝溝槽設計不當,安裝間隙與壓縮量選擇不合理;配偶件的加工精度和表面粗糙度未達到要求;安裝時未加保護而損傷唇口或使外界雜物混入;貯存時溫度、濕度不當,受氧和臭氧的侵蝕變質等。④液體中的氣泡經過密封唇邊時,氣泡被壓縮為原來尺寸的幾分之一。這種氣泡到達密封件的非壓力側時,便迅速釋放出能量,使密封唇邊損壞。另一方面,當含有一定比例的油蒸汽的氣泡,因受壓達到足夠高的溫度時,就會自燃,以致燒壞或熔化支承環,甚至會發生密封件的局部燒壞和碳化。

                (2)油液污染:包括氣體污染、顆粒污染、水污染等。①氣體污染:在大氣壓下,液壓油中可溶解10%左右的空氣,在液壓系統的高壓下,在油液中會溶解更多的空氣或氣體。空氣在油液中形成氣泡,如果液壓支架在工作過程中在極短的時間內,壓力在高低壓之間迅速變換就會使氣泡在高壓側產生高溫在低壓側發生爆裂,如果液壓系統的元件表面有凹點和損傷時,液壓油就會高速沖向元件表面,加速表面的磨損,引起泄漏,此種由空穴現象造成的腐蝕作用稱為氣蝕。②顆粒污染:由于試驗臺被顆粒污染,導致泄漏的幾率很小,但在實際中仍然存在。液壓缸使用過程中,由于上述原因產生的顆粒,有的粘附在密封元件上,有的粘附在活動面上,刮傷密封元件的密封面,導致密封元件失效,使液壓缸產生泄漏。這種故障通過除去未去干凈的毛刺,清洗各個元件,再更換密封元件就可排除;比較嚴重有的會“拉缸”,這種故障的排除就比較麻煩;更嚴重的可導致缸筒報廢。③水污染:由于工作環境潮濕等因素的影響,可能會使水進入液壓系統,水會與液壓油反應,形成酸性物質和油泥,降低液壓油的潤滑性能,加速部件的磨損,水還會造成控制閥的閥桿發生粘結,使控制閥操縱困難,劃傷密封件,造成泄漏。

                (3)元件制造裝配精度超差:所有的液壓元件及密封部件都有嚴格的尺寸公差、形位公差等要求。如果在制造過程中超差,例如:油缸的活塞半徑、密封槽深度或寬度、裝密封圈的孔和尺寸超差或因加工問題而造成失圓、本身有毛刺或洼點、鍍層脫落等,密封件就會有變形、劃傷、壓死或壓不實等現象發生,使其失去密封功能,將使零件本身具有先天性的滲漏點,在裝配后或使用過程中發生滲漏。系統裝配粗糙,缺乏減振、隔振措施;系統超壓使用,未做到按規定對系統適時檢查及易損件壽命到期但未及時更換等都會造成系統泄漏。

                (4)油液溫升過高:液壓系統工作時,要控制油液溫度,溫度過高,會產生以下現象:①多數情況下,當油溫經常超過60℃時,油液黏度大大下降,不僅使潤滑油膜變薄,摩擦力加大,磨損加劇,而且密封圈膨脹、老化、失效,結果導致液壓系統產生泄漏。據研究表明,油溫每升高10℃則密封件的壽命就會減半。②油液溫度升高后,體積膨脹,壓力升高,而泄漏隨壓力的升高而加大,從而使泄漏增加。③油溫升高使間隙脹縮變化。一般配合零件材質不同,材料熱膨脹系數不同,當油溫升高時,配合零件因脹縮變化不同,會使配合間隙發生變化,當間隙變大時,造成泄漏增加。

                (5)液壓系統壓力沖擊:液壓系統中由于頻繁換向,在較高壓力下突然啟動油泵或關閉閥門及缸體快速動作都會造成瞬時峰值壓力高達工作壓力的好幾倍,有時足以使密封裝置、管道或其它液壓元件損壞而造成泄露。

                控制泄漏措施

                造成工程機械液壓系統的泄漏的因素是多方面綜合影響的結果,以現有的技術和材料,要想從根本上消除液壓系統的泄漏是很難做到的。只有從以上影響液壓系統泄漏因素出發,采取合理的措施盡量減少液壓系統泄漏。

                (1)在設計和加工環節中要充分考慮影響泄漏的重要因素密封溝槽的設計和加工。美國汽車行業工程師協會(SAE)推薦以下兩種防止油口漏油的解決辦法。①SAE直螺紋“O”形圈油口:密封靠“O”形圈,連接靠直螺紋;②SAE4螺栓法蘭:適用于較大油口。另外,密封件的選擇也是非常重要的,密封表面的粗糙度通常靜密封表為Ra3.2~Ra1.6,動密封表面為Ra0.8~Ra0.4。如果不在最初全面考慮泄漏的影響因素,將會給以后的生產中帶來無法估量的損失。

                (2)在液壓油的污染控制上,要從污染的源頭入手,加強污染源的控制,還要采取有效的過濾措施和定期的油液質量檢查。為有效地切斷外界因素(水、塵埃、顆粒等)對液壓油缸的污染,可加一些防護措施等。

                (3)裝配方面。液壓系統裝配前,應檢驗元件的耐壓性能,檢查元件各結合面有無外滲漏現象,若出現滲漏,則應采取相應措施。只有當所有元件不漏不滲后才可正式裝進系統使用。液壓元件和液壓系統在進行裝配時,要進行嚴格清洗,去毛刺、除焊渣,并進行必要的防銹蝕處理,嚴格按照裝配工藝要求進行裝配,杜絕因裝配引起的間隙畸變和毛刺、焊渣及銹蝕物等形成的間隙磨料。

                (4)減小液壓沖擊。常用的方法有:①盡量降低系統的啟動、停止和換向頻率;②對于需要頻繁換向的液壓系統,盡可能用帶阻尼器的換向閥;③在控制閥的前面設置蓄能器,減小沖擊波傳播的距離,從而減緩液壓沖擊;④加大管道通徑,盡量縮短管道長度或采用橡膠軟管;⑤設置安全閥,系統壓力增大時,可起卸荷作用降低壓力沖擊。

                (5)機械在磨合期容易出現滲漏現象,這是由于部分鑄造、加工等缺陷在裝配調試時難于發現,但由于作業過程中的振動、沖擊作用,這種缺陷就被暴露出來,故應注意磨合期的滲漏情況,作到及早發現、及時處理。

                (6)從技術上來看,國外正在生產配備有測試密封(旋轉密封)泄露量的傳感器的新型油封;并且主軸集成了摩擦密封與迷宮式密封優點的氣動密封也已問世;同時,U型橡膠件+ V型彈簧組成的可用于壓力45MPa的液壓系統“泛塞密封”等類型的組合密封件大行其道。

                結束語

                液壓系統中泄漏形式多樣,是液壓設備普遍存在的現象,原因也有多種,很難根除,應從設計、制造、安裝和使用等各方面認真細致地加以解決。以上就是我們通過課程學習以及查閱相關資料,結合自己專業實習、工程訓練和日常生活中的所見和所想,分析的有關液壓傳動的泄漏形式及原因,并且提出控制泄漏的部分措施。

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