工程机械液压系统泄漏分析及预防措施

孙 伟

（斗山工程机械（山东）有限公司，山东烟台 264000）

0 引言

工程机械的广泛应用带动了液压控制技术的不断革新，可靠、节能、智能和环保的液压系统逐渐成为工程机械产品的基本要求。然而液压系统泄漏始终是工程机械产品不可避免的故障类型。初期故障不容易发现且容易被忽视，故障加剧不仅会影响作业效率、造成环境污染，同时可能会造成人身伤亡事故。因此研究工程机械液压系统泄漏的原因、提出有效的预防措施尤为必要。

1 工程机械液压系统泄漏位置及原因分析

1.1 液压胶管处泄漏

液压胶管泄漏包括橡胶管部分长期磨损导致的泄漏和胶管接头处的泄漏。胶管接头泄漏主要出现在胶管接头与胶管扣压的结合面附近、胶管接头与直通接头的装配密封处。

引起胶管泄漏主要原因有：胶管接头尺寸不合格；胶管扣压不到位；液压冲击或机械振动导致接头松动；胶管走向不合理；胶管装配拧紧力矩不合适；与胶管连接的端直通接头密封面尺寸不合格；胶管压力等级选择不当。

1.2 液压件表面泄漏

液压件表面泄漏多发生在铸造表面和焊接部位，是部件设计缺陷、生产缺陷在液压系统压力脉动或冲击振动作用下逐渐扩大引起的。

（1）铸造表面泄漏原因主要有：部件存在缩孔、缩松等铸造缺陷；铸件壁厚设计不合理；铸件材料选择不合理；加工错误。

（2）焊接部位的泄漏原因主要包括：焊接方式设计不合理；焊接坡口未完全填充；焊缝存在气孔等缺陷；较长的焊接管件未充分固定等原因。

1.3 液压元件结合面处的泄漏

工程机械液压系统中元件的结合面主要包括：各元件油口与液压接头、液压合流块的连接面、焊接钢管与软管的连接面、主阀片间的密封面、部件间安装面等。这些结合面的泄漏主要与设计、加工和装配有关：密封沟槽尺寸设计不合理；密封表面粗糙度和平面度误差过大，加工质量差；密封结构选用不当，造成变形，使结合面不能全面接触；装配不到位；密封面划伤。

1.4 密封件泄漏

密封件泄漏是由密封件损坏或密封作用的降低造成的，主要表现在以下方面：密封件的材料与使用条件不符；密封件压缩量不够；密封件存储不当导致老化；密封件的硬度、耐压等级等指标不符合要求；密封件装配方式不合理；杂质导致密封件磨损损坏；油温过高导致密封件老化加速。图1 为因杂质混入，转向器不断旋转的过程中，端盖密封圈被杂质磨坏，最终导致液压油在高压下产生外泄漏。

图1 转向器泄漏故障

1.5 阀芯与阀体间的泄漏

工程机械液压系统包含工作阀、先导阀、集成阀组等多种控制元件，元件上通常装配插装阀，如溢流阀、单向阀和电磁阀等（图2）。为了达到良好的控制特性，此类元件阀芯与阀体配合间隙非常小，因而对产品的设计、生产、保养提出更高的要求。阀芯与阀体间的泄漏原因包括：液压油清洁度不达标；阀芯与阀体配合间隙超差；弹簧失效；阀体毛刺去除不达标，导致卡阀、阀芯划伤；阀芯均压槽设计不合理导致阀芯受力不均。

图2 多路阀剖面

2 工程机械液压系统泄漏的危害

（1）降低工程机械的工作效率，甚至导致整机无法工作。液压系统的泄漏会导致实际参与工作的流量减少，降低工作机构的运动速度。同时系统的最高工作压力设定值也会随之降低，导致整机承载能力不足。先导系统的泄漏还会导致先导控制失灵甚至失效，使得主阀阀芯无法全开甚至不开，严重影响整机的控制性能。

（2）增加液压元件的磨损，缩短元件的使用寿命。为了减少摩擦和磨损，通常动密封区要有良好的油膜，以便往复和旋转运动时构件之间有良好的润滑和支撑。一旦产生泄漏，油膜就会被破坏，使运动构件间刚性接触，加快部件的磨损速度，不仅降低液压元件的使用寿命，而且会因运动件受力失衡产生卡滞现象。

（3）液压系统泄漏会造成工作场地或维修场地的环境污染，使得作业现场变的黏滑，影响工人的安全作业。如果液压系统泄漏导致液压油飞溅至发动机上，很可能会引发火灾。

3 预防工程机械液压系统泄漏的措施

3.1 防止液压油污染

待装配的液压元件需定期抽检清洁度指标，及时发现并解决问题。液压元件在装配过程中需保持清洁，作业环境需达到一定的标准要求。液压油在贮存、转移和加注环节都要做好防护措施，防止其被污染。设备在第一次加注液压油之后，需要对整个系统进行清洗，试运转完毕后需将系统里的液压油全部抽出，然后进行第二次加注，两次都需要经过滤油机过滤才能加注至油箱。根据相关作业标准，在将液压系统中空气全部排出后方可下线。

在液压系统设计时，为了避免粉尘和水分的侵入造成液压油污染，在液压油箱顶部设置空气过滤器，过滤精度一般不小于40 μm，过滤效率应大于95%。液压泵吸油口处安装粗过滤器，过滤精度一般选择80～100 μm，并且吸油口与油箱底部保持合理的间距（通常为1.5 倍的吸油管直径），防止吸入沉淀的杂质。回油口处设置精过滤器（一般选择10～20 μm），以滤除系统中绝大多数的杂质。需在油箱底部设置磁铁，用于吸附油液中的铁屑，防止铁屑在液压系统中循环，从而降低对液压系统不良影响的概率。油箱内应设计隔板，以增加油液的停留时间，利于杂质的沉淀和空气的析出。必要时在液压泵出油口处设置精过滤器，以防止杂质导致阀芯卡滞。图3 所示为一种工程机械先导液压系统，在液压泵出口处设置精过滤器用于保护减压阀、先导手柄及主阀芯。

图3 先导系统液压原理

对于清洁度要求较高的工程机械，可以设置液压油清洁度在线监测系统。液压缸缸杆应该安装防护套，以预防污物被带入缸内，并可防止外界环境对缸杆的侵蚀而引起泄漏。

3.2 合理控制热平衡油温，防止液压油油温过高

液压油的工作温度一般控制在30～80 ℃为宜，实际生产中，系统回油的热平衡温度不应超过80 ℃，在25 ℃的环境温度下相对温度不超过55 ℃。因此，在自然散热不能达标的情况下，工程机械液压系统要配套充足的散热系统，比如风冷散热、水冷散热等。图4 所示为一种工程机械独立液压散热系统，由液压泵直接驱动液压马达带动风扇通过散热器实现液压油的风力散热。

图4 液压油散热系统原理

油箱设计要保证足够的体积，内部应设计隔板，用于延长液压油的停留时间，以利于散热。液压系统中还应加装油温报警系统，以提醒操作者不要在油温过高时作业。

减少液压系统的能量损耗是降低液压系统产生热量的有效手段，具体措施：系统中应尽量少用90°接头；合流块的内部流道直径尽可能设计大些；合理选择管路直径；需要合理设计液压系统的最高安全压力，压力越高溢流损失越大，产热量越高；控制元件的通流能力应不低于系统所需的最大流量。

3.3 正确选择密封件，合理设计、加工密封沟槽

密封件的选择要适应装备所处的工作环境，要与选择的液压油有高度的相容性。建议选择易变性且具有弹性的材料。密封件还需满足抗腐蚀性能强、硬度和体积的稳定性高、压缩复原性好、机械强度和硬度适中、温差变化承受范围大、加工制造方便和性价比高等特点。

在了解密封件的密封机理和压力承受情况的基础上，选择合理的密封方式；合理设计沟槽的深度、直径和深度，明确重点尺寸的尺寸公差、形位公差，正确标注粗糙度；对于动密封处合理设计挡圈和支撑；密封面的圆角要加工正确，毛刺要充分去除；运输及装配过程中要注意密封面的防护，防止磕碰。

3.4 合理设计液压管路走向

工程机械液压系统管路设计主要包括胶管和钢管的布置，液压管路的设计需要注意：①应避免软管产生扭曲；②软管要设计足够的弯曲半径；③胶管要有合理的松弛，以补偿胶管受压时的收缩现象；④应选择合适的压力等级的胶管；⑤为防止胶管与其他部品接触造成磨损，需设计固定管夹，胶管间无法避免产生接触时需增加护套；⑥软管走向要远离热源，必要时增加阻燃护套；⑦较长的钢管要充分固定，防止因振动焊接处产生断裂。

3.5 进行合理的维修保养

对驾驶人员进行严格的操作培训、保养维修培训，提高操作者产品保养的意识，定期进行知识及技能的考核。严格按照整机液压系统保养规定定期对液压系统进行维护。定期检查液压系统中容易产生外泄漏的部位，及时发现及时解决，不可因小失大。在维护、检修过程中，应做好液压元件的防护工作，防止油液被污染。定期进行油品清洁度检测，发现污染立即查明原因，及时更换。随机建立保养维修登记卡，实现保养维修的可追溯性。

4 结束语

工程机械经过长期运行后，其液压系统不可避免地会产生泄漏。为了保障设备的正常运行，在掌握泄漏原因的基础上，需从整机的设计及生产、日常维修保养等多方面进行有效管控。只有通过有效的预防措施，才能使得液压系统泄漏的不良影响降至最低，从而实现设备的安全生产，收到良好的经济效益。