从结构分析液压系统泄漏问题

鲁哲新

(武汉东湖学院，湖北 武汉 430200)

液压传动系统在工作过程中可以将液压油的液压能转化为工件的机械能，从而实现了机械工件的往复运动和转动等，以达到自动控制的目的。但液压系统是由具有相关功能的元件组装而成的，再加上其工作介质为液体，使得系统在工作过程中发生泄漏显得非常普遍。功能决定于结构，因此可以从液压系统的各个结构对泄漏采取有效的措施。

1 液压系统的结构

液压传动是利用液体作为工作介质，从而实现对系统的控制。

液压泵作为动力元件，可以向液压系统提供液压油，相当于整个系统的心脏，将机械能转化为液压油的液压能；液压马达和液压缸作为执行元件，则将液压油的液压能转化为机械能，达到驱动机构工作的目的；相关的控制元件则可以实现对液压的压力、方向和流量的控制，例如减压阀、顺序阀、节流阀、调速阀等；其他部分则被称为辅助元件，包括管道、油箱、管接头以及其他的相关部件。

2 从液压系统的各结构对泄漏分析以及解决泄漏的简要方案

2.1 工作介质——液压油

液压油作为系统的“血液”，贯彻整个系统。液压油具有一定的粘度，根据国标GB/T3141-94规定，液压油产品的牌号用粘度的等级来表示，取液压油在40℃时的运动粘度中心值。并且，当温度升高时，其粘度降低，反之升高，这被称为液压油的粘温特性；粘度过低，泄漏就更容易发生，容积效率就会降低，粘度过高，液压油对管壁的摩擦力就会增大，机械效率就降低。为此，根据相关环境，必要地选择更加合适的液压油能最大程度的减少液压油的泄漏。高温或高压情况下，建议选择高牌号的液压油，低温或低压情况下，则建议采用低牌号的液压油。

2.2 动力元件——液压泵

压力泵作为液压系统的“心脏”，可将液压油输送到整个系统，常用的液压泵可分为齿轮泵、柱塞泵、叶片泵和螺杆泵。其工作原理基本都是依靠容积的变化来实现泵的正常运行。

齿轮泵是由齿轮间的啮合实现油压腔的变化进行液压油的运送，按照其啮合的形式不同可进一步分为外啮合和内啮合。通过对齿轮泵结构的分析，齿轮泵的泵盖与齿轮的端面、侧板与齿轮面或浮动的轴套与齿轮端面之间的接触面积比较大，工作一段时间极易造成接触面部位的损伤，从而造成内漏。还有一种常见的原因就是由于泄压片的老化变质，失去弹性，对高、低压油腔失去了密封的作用。对此则可以采取更换新的泄压片等相关对策。其实，不管是哪一种液压泵，因为要实现容腔与容腔之间的相对密封性，就必须相互接触，在工作一段时间后就不可避免地造成内漏，因此要定时的对缸体进行保养和修复。

柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内做往复运动时来改变工作容积的变化实现吸油和排油，对于柱塞泵的外漏主要指从外表面各接合面的缝隙及轴端的外泄漏，该泄漏可采用拧紧各接合处的压紧螺钉以及更换各接合面的固定密封，校正泵轴与电机同轴度。

叶片泵是通过叶片和定子形成封闭的容腔，当叶片转动时即可改变工作容腔的体积。

螺杆泵则是通过螺杆与定子形成的密闭容腔，通过螺杆的旋转来改变容腔大小，叶片泵和螺杆泵的泄漏主要是叶片或螺杆对定子内表面作用的压紧推力而使得叶片或螺杆对定子内表面造成磨损从而导致的内泄漏。因此，对缸体定时进行保养和修复可大大减少内泄漏的问题。

2.3 执行元件——液压缸和液压马达

液压马达和液压缸都是将输入的液压油的液压能转换为执行元件的机械能，液压马达和液压缸的内部结构和工作原理与液压泵基本一样。

这里以液压缸为例，工业上，为使液压缸的密封性更好，拥有更好的动力传动和保证动作的正常的进行，对活塞的杆件会进行密封处理。主要有以下几种。间隙密封，它主要的防泄漏方法是依靠相对运动零件配合面的微小间隙，根据环形缝隙轴向的流动理论可知，泄漏量是与间隙的三次方成正比的，所以可以用减小间隙的办法来减小泄漏。活塞环密封，它是依靠装在活塞环形槽内的弹性金属环紧贴缸筒内壁从而实现密封，它的封闭效果比间隙密封好，使用的压力和温度范围都比较宽，并且还可以自动补偿磨损和温度的影响。密封圈密封，主要是由耐油橡胶、尼龙、聚氨酯等一些材料制成的密封圈，大致可分为O形、V形、Y形等；O形圈装入密封槽，其截面会因为受到压力而变形，无液压力时靠O形圈的弹性对接触面所产生的预接触压力来实现初始密封，有液压力时O形圈则会被挤向槽的一侧使得密封面上的接触压力上升从而达到密封的效果；V形密封装置是由压环、V形圈和支撑环组成，安装时V形圈的开口面向压力高的一侧，当工作压力大于100MPa的时候，可以通过增加V形圈的数量来提高密封的效果；Y形密封圈则属于唇形密封圈，密封性、稳定性和耐压性都比较好，使用的比较普遍，Y型圈是利用其唇边对耦合面产生较大的接触压力从而达到密封的效果，压力升高时，唇边与耦合面贴合的更紧，接触压力就会更高，密封性也就会更好。

2.4 控制元件——单向阀、电磁换向阀、溢流阀等

单向阀利用流向所形成的压力差使阀芯开启或关闭从而使得液体沿一个方向通过，单向阀造成外泄漏的原因一般是密封线圈的损坏或漏装，只要对密封圈进行换装或补装即可。

换向阀是利用阀芯和阀体的相对位置的改变来实现不同管路的连接与断开。换向阀在油路工作过程中会频繁的改变油路，阀芯和阀体就不断的摩擦从而造成不可避免的阀体内腔和阀芯的磨损，因此通过使用改造过的新型换向阀，例如湿式电磁换向阀和电磁球式换向阀等。

溢流阀作为压力控制阀中的一种，必然要有良好的密封环境来控制压力的增减，溢流阀若是存在泄漏，必然会造成工作油路的脉动。我们可以通过工作环境选择不同结构的溢流阀，溢流阀可分为直动型和先导型，当油压比较小时，则必然选择直动型，因与调压弹簧直接平衡，所以在结构比较简单的前提下灵敏度更高；倘若在油压比较大的情况下则需要考虑先导型溢流阀，这样可以避免因油压过大导致液压油内泄漏使得溢流阀的稳定性降低。另外还可以通过改变溢流口阀的结构来提高溢流阀的密封性，最常用的有滑阀式溢流口和锥阀式溢流口，通常情况下会选择锥阀式溢流口，这种结构与溢流口贴合的更加精密，密封性能更佳。

2.5 辅助元件——管件、蓄能器、滤油器等

管件包括管道和管接头等，其主要作用是保证油路的连通，便于拆卸以及安装。

管件作为液压系统的“血管”，将液压油输送到整个系统，一般情况下会因为环境的恶劣以及管道材料与液压油的不匹配，造成了管道的腐蚀、氧化及老化而破裂从而发生泄漏，在管道的选择上应该着重考虑工作环境以及系统工作特性，例如从刚性条件、耐油能力、抗腐能力、抗震能力等方面来选择不同材质的管道，最大程度上保证其密封性的良好。

管接头是用于管道与管道或者管道与其他元件连接的元件，接头与接头之间是有缝隙的，则必须采取有效的措施来提高接口处的密封性，一般从管接口的结构进行考虑，按照管接头和管道的连接方式可分为扩口式管接头、焊接式管接头和卡套式管接头；扩口式管接头是通过管套使管子压紧密封，焊接式管接头有接触密封和平面加O形圈密封两种，后者密封效果更佳；卡套式管接头拧紧接头螺母后卡套则会发生弹性形变使得管子夹紧。然后根据的条件选择合适结构的管接头。

蓄能器主要是作为储存油液的压力能。当系统不需要大流量时，可以将液压泵输出的多余的压力储存在蓄能器中，当需要时或补偿系统泄漏时再将蓄能器中的压力快速向系统中释放，从而降低系统的能耗或对系统产生缓冲保护。

蓄能器按结构可分为重力式蓄能器、弹簧式蓄能器、薄膜式蓄能器、活塞式蓄能器和皮囊式蓄能器。从密封效果来说，选择较多的为后两者。活塞式蓄能器在活塞上装有O型密封圈，但由于密封圈的存在使得存在较大的摩擦力，灵敏度低而且容易造成内腔滑伤，降低密封性；皮囊式蓄能器则是在下端用一个弹簧复位的菌形阀作为提升阀，密封性较前者则更为可靠。

液压系统的故障很大一部分是由于油液中的杂质造成的，不仅堵塞了管道，而且划伤磨损元件，造成更加严重的泄漏，此时滤油器就发挥了作用。总的来说，不管是哪一种滤油器，要保证拥有足够的过滤精度和足够的通油能力，然后将其安装在合适的位置，一般是在泵的吸/出油口处、回油路和系统以外的旁路中才能充分发挥其过滤的功能。可见滤油器可以被称为密封性能的潜在灵魂，延长系统的使用寿命，提高系统的工作性能。

3 结束语

对于工业发展而言，液压控制系统有着举足轻重的作用，在现如今各种中重型加工控制中运用的更是普遍，如数控加工中心、工程机械和冶金自动线等，系统泄漏问题也更是在不断研究、不断改革中取得了进一步的解决，在提高了系统工作效率得同时，还使得生产利益更大化。其最基本的要求就是对液压控制系统的基本结构熟透于心，这不仅是液压系统后期革新完善的基础，更是对工业系统基本概念的一种最基本领悟。

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