液壓閥的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)研究

韓俊艷 李志云 李瑞清

（太重集團(tuán)榆次液壓工業(yè)有限公司，晉中 030600）

在目前的管路控制系統(tǒng)中，液壓閥的利用比較普遍，其對(duì)于管路控制的效果影響也較大，所以，重視液壓閥的質(zhì)量問(wèn)題可以避免其在使用中的一些問(wèn)題發(fā)生。對(duì)液壓閥的具體使用做分析研究，發(fā)現(xiàn)其使用中最突出的問(wèn)題為泄露，而造成這一問(wèn)題的主要原因是液壓閥本身的密封結(jié)構(gòu)存在不合理的情況。針對(duì)泄漏問(wèn)題以及問(wèn)題產(chǎn)生的具體原因，詳細(xì)討論液壓閥的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)當(dāng)前存在的不合理情況做改進(jìn)具有突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 閥座與閥桿的密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

閥座與閥桿是液壓閥的重要組成部分，其密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性會(huì)直接影響液壓閥的實(shí)用性，所以，對(duì)當(dāng)前使用的液壓閥閥座和閥桿密封結(jié)構(gòu)做分析，了解其不足并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)意義重大。

1.1 原密封結(jié)構(gòu)分析

對(duì)當(dāng)前使用的液壓閥做具體分析發(fā)現(xiàn)其密封結(jié)構(gòu)主要采用了閥座與閥桿的錐面密封結(jié)構(gòu)，在此種結(jié)構(gòu)中，閥座和閥桿的密封錐面角被設(shè)計(jì)成了90°±0.2°。就材料利用來(lái)看，閥座選用的是非金屬材料聚甲醛，而閥桿所用的材料則為金屬材料1Cr13不銹鋼。兩種材料按照如下的密封機(jī)理做具體設(shè)計(jì)安排：當(dāng)受到彈簧力和液壓力的雙重作用時(shí)，兩個(gè)錐面通過(guò)接觸形成一個(gè)環(huán)形的密封帶，這個(gè)密封帶的帶寬約為5～6mm。

對(duì)此種密封結(jié)構(gòu)做具體的利用分析發(fā)現(xiàn)其存在三方面的顯著缺陷：其一是此種設(shè)計(jì)的工藝性較差，因?yàn)橐獙蓚€(gè)錐面設(shè)計(jì)成上述角度，利用普通設(shè)備做加工是非常難實(shí)現(xiàn)的，這會(huì)增加加工和測(cè)量難度；其二是此種結(jié)構(gòu)在利用中的抗污染性比較差，分析實(shí)踐運(yùn)用發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩個(gè)錐面的角度完全相同時(shí)，密封帶會(huì)比較寬，而液體中會(huì)不可避免地存有鐵屑、灰塵等雜物，所以，在密封帶較大時(shí)這些雜物很容易夾在兩個(gè)錐面之間，最終造成密封不嚴(yán)而形成泄露；其三是在閥內(nèi)左、右兩腔的液力作用下密封會(huì)呈現(xiàn)較明顯的不可靠性。

1.2 閥座與閥桿的密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

基于閥座和閥桿的設(shè)計(jì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員積極進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)并做了測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)其密封性相比原結(jié)構(gòu)有了突出的進(jìn)步，具體改進(jìn)設(shè)計(jì)如下：將閥座錐面角設(shè)計(jì)成為100°，并將閥桿的錐面角設(shè)計(jì)成了90°，這樣，當(dāng)閥座和閥桿接觸時(shí)能夠很好地保證在接觸的部位形成密封環(huán)帶。因?yàn)樵诖朔N狀態(tài)下工作壓力比較高，所以隨著閥座的微量變形，加之閥座和閥桿相差不大的角度影響，兩錐面在接觸位置會(huì)形成0.05～1mm的小密封環(huán)帶，二者的吻合度相較改進(jìn)前會(huì)更高。

如上的設(shè)計(jì)改進(jìn)，在具體利用中呈現(xiàn)出三方面的顯著優(yōu)勢(shì)。其一是密封可靠性極大增加，由于閥座和閥桿的密封錐面存在角度差，因此，密封帶可以做準(zhǔn)確的確定，這種幾乎為線型的密封帶在液壓力和彈簧力的雙重作用下，其密封性更加可靠。其二是抗污染性較好。由于此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下形成的密封帶幾乎為線型，所以，雜物存留情況較少，所以很少會(huì)出現(xiàn)污染的情況。其三是工藝性比較突出。閥座和閥桿之間的錐面角度為自由角度，加工精度有了明顯下降，所以，對(duì)于加工而言，難度大大下降。

2 橡膠O形密封圈與三角溝槽的密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

在液壓閥的具體利用中，橡膠O形密封圈和三角溝槽的密封結(jié)構(gòu)對(duì)具體的密封效果也起著重要作用，所以，要分析二者存在的具體密封問(wèn)題，這樣，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)才會(huì)更具針對(duì)性。

2.1 原密封結(jié)構(gòu)分析

就當(dāng)前的具體分析來(lái)看，液壓閥的密封結(jié)構(gòu)采用了大量O形密封圈，而最常見(jiàn)的密封方式有固定密封和滑動(dòng)密封兩種。就固定密封來(lái)講，其結(jié)構(gòu)分為直溝槽密封、斜溝槽密封和三角形溝槽密封三種，而在實(shí)際利用中，采用較多的是三角形溝槽密封，對(duì)這種密封形式做具體分析發(fā)現(xiàn)其泄露十分嚴(yán)重。對(duì)這種具有高泄露性的結(jié)構(gòu)做具體分析，發(fā)現(xiàn)其具有三方面的顯著缺陷。其一是工藝性較差。因?yàn)镺形圈在三角形溝槽內(nèi)做安裝需要有一定的壓縮量，這要求閥座倒三角的尺寸精度要提升，且要達(dá)到0.1mm的公差，這對(duì)于加工來(lái)講具有很高的難度。其二是密封的可靠性較差。采用O形圈和三角形溝槽密封結(jié)構(gòu)，需要做到各點(diǎn)受力的均衡，但在實(shí)踐中，這種均衡性很難實(shí)現(xiàn)，所以，時(shí)常出現(xiàn)受力差異造成的泄露問(wèn)題。其三是壽命比較短。O形圈在三角形溝槽內(nèi)做安裝需要有一定的壓縮量，這種壓縮狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致O形圈在工作和不工作的狀態(tài)下均受力，會(huì)導(dǎo)致O形圈彈性消失，而其彈性的消失會(huì)造成具體作用失效。

2.2 橡膠O形密封圈與三角溝槽的密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

針對(duì)橡膠O形圈與三角溝槽的密封結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題，需要對(duì)具體結(jié)構(gòu)做改進(jìn)設(shè)計(jì)，這樣，其密封性才會(huì)更突出。就當(dāng)前的分析來(lái)看，要得到可靠的密封結(jié)構(gòu)，需要對(duì)液壓力的大小、作用點(diǎn)以及方向等關(guān)鍵性要素做重點(diǎn)考慮。對(duì)這些要素做分析并通過(guò)試驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)改進(jìn)最關(guān)鍵的部分是不讓O形密封圈內(nèi)切于三角形溝槽內(nèi)，即O形密封圈的斷面直徑要小于三角形溝槽的內(nèi)切圓直徑。這樣一來(lái)，O形密封圈在非工作狀態(tài)下不會(huì)受到液壓力的影響。

具體分析此種結(jié)構(gòu)改進(jìn)，對(duì)其做試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的密封結(jié)構(gòu)具有三方面的顯著優(yōu)勢(shì)。其一是O形密封圈的使用壽命有了明顯的延長(zhǎng)。在做具體的密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)之后，O形密封圈只有在工作時(shí)才會(huì)處于受力狀態(tài)，而在非工作時(shí)，其處于自由狀態(tài)，這樣的結(jié)構(gòu)改進(jìn)使密封圈的彈性更容易恢復(fù)，所以壽命得以延長(zhǎng)。其二是此種密封結(jié)構(gòu)的密封可靠性有了顯著增加。從具體試驗(yàn)分析來(lái)看，在壓力作用下，O形密封圈整體的受力會(huì)更加均勻，這樣一來(lái)，由于受力差異造成的泄漏問(wèn)題可以得到有效避免。其三是工藝性比較高。采用此種密封結(jié)構(gòu)極大降低了閥座的精度，使加工的工藝得到了簡(jiǎn)化，不僅加工難度有所降低，加工成本也得到了有效控制。

3 結(jié)語(yǔ)

液壓閥在管路控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，但常常因?yàn)槊芊饨Y(jié)構(gòu)的問(wèn)題發(fā)生泄露事故，這導(dǎo)致液壓閥利用價(jià)值顯著下降，所以，在實(shí)際利用中必須對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行解決。由于泄露的發(fā)生是密封結(jié)構(gòu)不合理造成的，所以，對(duì)液壓閥的具體密封結(jié)構(gòu)做詳細(xì)分析，確定結(jié)構(gòu)不合理的顯著影響，并針對(duì)不合理結(jié)構(gòu)做試驗(yàn)改進(jìn)，從而對(duì)液壓閥的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，可以有效解決液壓閥的密封泄露問(wèn)題，提升利用價(jià)值?？傊?，對(duì)液壓閥的密封結(jié)構(gòu)做科學(xué)的設(shè)計(jì)改進(jìn)現(xiàn)實(shí)意義重大。