李志宣
摘要:液压传动系统泄漏是煤矿机械最常见的故障之一,在液压传动中,工作液体的泄漏是一个不可忽视的问题,如果泄漏得不到解决,不仅影响系统的工作性能,损坏液压元件,而且会浪费资源,污染环境,对安全生产造成威胁。该文通过对密封机理的研究,分析了液压传动的泄漏形式及原因,提出控制泄漏的措施。
关键词:液压传动系统 泄漏 分析 对策
1 液压传动的泄漏
液压系统中的工作液体,是在液压元件(包括管道)的容腔内流动或暂存的,循环的工作液体理应限于在规定的容腔内,然而由于压力、间隙等种种原因,有部分液体超过容腔边界流出,液体的“越界流出”现象称为泄漏。
2 泄漏的类型与形式
泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏是指液压元件内部有少量液体从高压腔泄漏到低压腔,如液压传动中油液从高压腔向低压腔的泄漏;从换向阀内压力通道向回油通道的泄漏等。外泄漏是指少量液体从元件内部向外泄漏。如齿轮泵的端面泄漏;液压油管的渗透等。液压系统的泄漏主要有缝隙泄漏、多孔隙泄漏、粘附泄漏和动力泄漏等几种形式。泄漏得不到控制,将会造成:系统压力调不高;执行机构速度不稳定;系统发热;元件容积效率低;能量、油液浪费;造成控制失灵;引起火灾等。
3 泄漏原因分析
一般来说液压传动中产生泄漏的原因有设计、制造方面的问题,也有设备维护、保养等方面的问题。在实际中泄漏情况是很复杂的,往往是各种原因和种种情况的综合,但液压系统中泄漏大部分是由密封失效引起的。
4 密封机理
迄今为止,对密封机理的探索和解释存在着许多学派。就密封而言,其中比较有说服力、并经实验结果得以证实的,是L.Hore等人研究并提出的“泵汲”效应模型理论。该理论认为被密封液体的表面张力有助于防止泄漏,可保证密封系统中接触区的油液膜处于混合润滑状态下工作,其密封是通过油膜的“泵汲”实现的。也就是说,密封件的密封机理是由密封唇部,在运转过程中不断地将油液从大气侧泵汲到油侧。从密封机理可知,密封件过盈量是保证密封性能的一个重要指标。过盈量过大或过小都会造成密封泄漏。在实际使用中有许多情况会引起过盈量改变,从而导致密封失效。密封件的损坏主要是由被污染的液体、不合格的沟槽或有毛病的密封表面及使用不当所引起的。液压传动中密封失效形式主要有四类:过度磨损、挤出现象、变形和系统中的空气所引起的损坏。
4.1 过度磨损 过度磨损是密封件损坏的主要表现之一。过度磨损可以各种方式发生。由于密封件所用材料一般为橡胶产品,表面光洁度差或有磨粒都会对橡胶产生撕裂作用,使磨损加速。
4.2 挤出现象 当密封件工作在高于推荐的工作压力时,密封根部的加强部分由于受力而被磨损掉。挤出现象出现的原因,一般都是由于密封沟槽和密封件尺寸偏差造成挤出间隙过大引起的。另外,由于温度过高会使橡胶软化,使它能挤入比常温下所能挤入的更小缝隙中。
4.3 变形 密封件变形一般是由于安装不当而造成的。安装时,如果过分地压入和张紧,就会使密封件发生塑性变形,过盈量发生变化,从而影响密封性能,这也是液压传动中泄漏常见故障之一。
4.4 系统中的空气引起密封的损坏 液体中的气泡经过密封唇边时,气泡被压缩为原来尺寸的几分之一。当这种气泡到达密封件的非压力侧时,便迅速释放出能量,使密封唇边迅速破损,呈现出特有的“喇叭形”轴向沟槽。
4.5 影响泄漏的几个重要因素 液压系统在实际工作中,下面几个因素对泄漏有重要影响:①工作压力和温升。液压系统压力越高越易泄漏。当工作压力大于密封耐压时,密封唇部易变形,中间发生凹陷,从而增大了接触宽度。实践表明,当压力从零增大到0.1MPa时,其接触宽度将是压力为零时的4倍。压力作用下接触宽度的增加,使摩擦力矩增加,也使磨损加剧、温升提高,泄漏增加,进而影响密封的使用寿命。油温过高,润滑油膜变薄,摩擦力加大,磨损加剧,密封材料老化增快,使之变硬变脆,并可能很快导致泄漏。随着油液温度的增高,其密封寿命将急剧下降,温度每增加10℃,密封寿命将缩短约1/3。②转速。轴的转速不仅影响到密封的泄漏,而且由于转速的改变,将引起温升、动载等变化,严重影响到密封的工作寿命。③工作介质的清洁度。液压系统的工作介质是液压油,如果油液不洁,或由于机械对元件在运转中产生的磨损粉末和切屑粉末,以及外部侵入的灰尘,一旦进入油液,油质将变差,形成油泥和固形杂质,引起密封唇口与元件表面的划伤,从而导致密封的急剧磨损,泄漏增加。④工作介质的粘度和橡胶材料。由于密封件上橡胶与不同油液的亲和性不同,因而会出现橡胶的膨胀或收缩,一般来说,工作介质粘度越低,越易泄漏,越高越不易泄漏。
5 对策
为控制液压系统的泄漏,必须从检测、正确选用和使用密封件等入手。
5.1 泄漏检测 首先对液压系统的泄漏原因进行诊断,这是控制泄漏的关键。
5.2 密封件的正确选用 密封大多数采用具有弹性或易变形的材料,密封材料的正确选用是决定密封性能、防止泄漏的主要因素。密封件的材料一般应具备下列要求:抵抗工作介质侵蚀的能力强,长期工作体积和硬度变化小;弹性和压缩复原性好,永久变形小;材料敏感性好,不渗漏;具备适当的机械强度和硬度;具有能与密封面贴含的柔软性和弹性;耐低温和高温性能好,高温下不分解不软化,低温下不硬化;既不腐蚀,也不粘在金属表面上;耐臭氧性和耐老化性好,经久耐用;加工制造方便,价格低。任何一种材料往往不能全面满足上述这些要求,使用时应根据工作条件、要求来选择。
5.3 密封件的安装 为使密封可靠、寿命长,在设计密封槽时,要有适当的压缩率,不能过大也不能过小,过大则压缩应力增加,摩擦力增大,加快密封磨损,亦易产生扭曲破坏,寿命缩短,有时造成装配困难;过小,则密封性不好,易泄漏。零件设计时要有导向角,以免装配时损伤密封件。安装时,尽量避免过大拉伸,以免变形。特别注意的是必须保证密封唇口部端面垂直于轴的中心线,否则产生的偏移会造成唇口单边的局部磨损,不能形成泵汲。
5.4 实际工作中注意事项 ①要控制液压系统的油温。油温过高,润滑油膜变薄,摩擦力加大,磨损加剧,密封材料老化增快,使之变硬变脆,并可能很快导致泄漏。②液压系统中应尽量减少管接头,据统计有30%~40%的泄漏在管接头处。因此要选择结构合适的管接头。液压系统中常用的管接头有扩口式、卡套式和焊接式三类。三种接头各有特点,应根据工作可靠性和经济性进行选择。③选择合适的液压元件,提高元件的表面精度。如系统不要求有快速切换,则应选择湿式电磁阀,因它寿命长,冲击小,推杆处无动密封,消除了推杆部位引起的泄漏。④在易于进入粉尘、灰尘的液压元件或密封处,增加挡尘装置,如防尘环、挡尘罩等。防止设备长时间超压和超转速运行。⑤保持油液的清洁,定期更换油液。
6 结束语
液压系统中泄漏形式多样,原因也有多种,但大部分是由密封失效引起的。因此,分析液压传动密封的失效,采取有效的对策控制泄漏,促进液压传动技术在实际工作中发挥更大的作用有着重要意义。
参考文献:
[1]嵇光国等.液压系统故障诊断与排除[M]北京:海洋出版.1992.
[2]管荣根等.机械中油封的失效和对策[J]矿山机械.1999.