隔膜式蓄能器故障分析及結構改進

周桂鳳

（泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000）

0 前言

某些汽車制造廠家采用隔膜式蓄能器作為懸掛系統(tǒng)液壓空氣彈簧以吸收沖擊力。油液實際上是不可壓縮的，所以不能儲存壓力能，隔膜式蓄能器是利用氣體的可壓縮性來儲存油液，采用氮氣作為可壓縮介質。隔膜式蓄能器由液體部分和氣體部分組成，隔膜用作氣體密封隔離件，液體部分作為傳力介質，氣體部分作為彈性元件，吸收沖擊，減小振動。

隔膜式蓄能器分焊接式結構和螺紋式結構，焊接式結構由焊接的密封壓力容器、橡膠隔膜、閥座組成，橡膠隔膜完全密封在容器殼體內，用以隔離液體和氣體，不可更換。螺紋式結構由上殼體、下殼體、橡膠隔膜、閥座、鎖緊螺母組成，橡膠隔膜可更換。本文討論的是隔膜式螺紋結構蓄能器故障及結構改進。圖1為隔膜式螺紋結構蓄能器示意圖。

1 工作原理及常見故障

蓄能器在工作前，首先按充氣壓力P0的要求進行充氣（一般為氮氣），在工作過程中，蓄能器不斷地儲存與釋放油液，因此，腔內的壓力與容積在不斷地變化，這種變化是通過隔膜式橡膠皮碗的變形來完成，當橡膠皮碗發(fā)生故障時，蓄能器失效。根據(jù)多年的使用經驗，隔膜式蓄能器的常見故障為：（1）漏氣；（2）漏油。

蓄能器漏氣主要發(fā)生在充氣螺釘處，主要原因是蓄能器在使用一段時間后，充氣螺釘經過多次拆裝，組合墊圈容易被損壞，失去密封作用，加之蓄能器在使用過程中，總是處于充液與放液交替的變化過程中，系統(tǒng)中工作機構的壓力沖擊，不可避免地出現(xiàn)振動，使此處的螺紋聯(lián)接產生松動，造成密封能力下降。

圖1 隔膜式螺紋結構蓄能器示意圖

蓄能器漏油主要發(fā)生在上下殼體結合密封面處，主要表現(xiàn)為蓄能器內橡膠隔膜損壞，部分隔膜壓邊從上、下殼體縫隙內擠出撕裂并脫落，密封失效，導致漏氣、漏油。如圖2、圖3所示。

圖2 內橡膠隔膜損壞

圖3 隔膜壓邊撕裂

由于加工誤差、裝配誤差，再加上在內部液體高壓作用下金屬件產生的拉伸變形，同時上下殼體裝配過程中無止口定位，蓄能器上下殼體接觸面之間局部出現(xiàn)間隙，橡膠隔膜壓邊的一部分在液體壓力作用下，被擠入上、下殼體間隙中去，引起隔膜壓邊的局部應力集中，且隨液體壓力及間隙的增加而增大，以致在運動過程中將其咬傷切掉，當液體在高壓、高頻脈動時，隔膜更易發(fā)生間隙擠出現(xiàn)象。因而導致隔膜損壞出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。圖4所示為理想結構下示意圖。圖5為隔膜間隙擠出圖。

圖4 隔膜理想狀態(tài)圖

圖5 隔膜間隙擠出圖

2 采取的措施及驗證

2.1 蓄能器漏氣

針對蓄能器漏氣，采取的措施為：（1）將充氣螺釘處組合墊圈更換為進口組合墊圈；（2）在氣帽處另增加一道O型圈密封。如圖6所示。

圖6 漏氣改進結構圖

2.2 蓄能器漏油

為防止橡膠隔膜的間隙擠出，則密封間隙必須相應減小。如減小密封間隙，勢必增加制作難度和制作成本。由于加工誤差和金屬件高壓變形使密封面存在間隙在所難免，不能保證密封面間的完全嵌合，為改善金屬件制作工藝和降低制作成本，行之有效的方法就是增加保護擋圈。加高硬度（紹爾90度）聚四氟乙烯擋圈結構克服了紹爾60度橡膠隔膜向外擠壓的問題。同時在上、下殼體之間增加了止口定位，降低了制作難度，當上下殼體接觸面出現(xiàn)局部間隙時，擋圈被擠壓在接觸面處填補間隙，阻止橡膠被擠出。而聚四氟乙烯擋圈因硬度較高，不會被擠出。聚四氟乙烯材料使用溫度范圍為-60℃～200℃，滿足了系統(tǒng)要求。經過計算和試驗驗證，選擇1 mm的聚四氟乙烯擋圈可以避免橡膠變形和擠壓失效問題的發(fā)生，如圖7所示。

圖7 漏油改進結構圖

3 結束語

改進結構后的蓄能器經過耐壓密封和動作試驗，合格率100%。在后續(xù)裝車使用過程中也未發(fā)生蓄能器漏油漏氣問題。