裝甲車輛液壓系統(tǒng)泄漏問題研究

彭 海 ，柳 波 ，楊春楓 ，霍華齋

（1.中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南長沙 410083；2.76327部隊，湖南郴州 423026）

1 泄漏的含義及其危害

泄漏是指系統(tǒng)壓力油液從壓力高的地方，經(jīng)過縫隙流向壓力低的地方，或者流向系統(tǒng)之外[1]。2種泄漏類型：淤內(nèi)泄漏，系統(tǒng)壓力油從高壓腔經(jīng)間隙流向低壓腔；于外泄漏，系統(tǒng)壓力油從系統(tǒng)內(nèi)部流向系統(tǒng)外部。一旦系統(tǒng)壓力油發(fā)生泄漏，不但造成能源的浪費(fèi)與設(shè)備性能的下降，而且極易造成環(huán)境污染，進(jìn)而產(chǎn)生其他的連鎖危害。比如：系統(tǒng)壓力變小、執(zhí)行機(jī)構(gòu)失控、系統(tǒng)外圍環(huán)境受污染、系統(tǒng)容積效率低等。容積效率的表達(dá)見式（1）。

N——系統(tǒng)輸入功率

△Q——系統(tǒng)泄漏量

P——系統(tǒng)壓力

由式（1）可得，系統(tǒng)泄漏量越大，則容積效率越低，如圖1所示。壓力油液從于流向盂就稱為外泄漏，從于流向淤就稱為內(nèi)泄漏。

裝甲車輛液壓系統(tǒng)泄漏問題主要發(fā)生在：底盤行動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向、換擋、制動、傳動等液壓助力裝置；炮塔武器系統(tǒng)的液壓驅(qū)動裝置等部位（表1）。一旦發(fā)生壓力油泄漏，輕則影響裝備戰(zhàn)技性能，擾亂部隊正常的備戰(zhàn)訓(xùn)練計劃，重則危及裝備安全及乘員人身安全。因裝甲車輛液壓泄漏問題發(fā)生的規(guī)律性不強(qiáng)、危害性較強(qiáng)、處置難度較大的特點，泄漏問題現(xiàn)已成為制約基層修理分隊液壓系統(tǒng)維修保障能力生成的瓶頸問題。

圖1 液壓系統(tǒng)2種泄漏類型

表1 裝甲車輛部分常見泄漏案例

2 泄漏原因分析

縫隙泄漏與多孔隙泄漏是液壓系統(tǒng)的主要泄漏形式。

2.1 泄漏量

為方便量化分析泄漏量，將油液泄漏近似簡化為同心偏心圓環(huán)縫隙泄漏、平行傾斜平板縫隙泄漏和圓盤縫隙徑向泄漏等形式[2]。

（1）泄漏量（平行平板縫隙）。

（2）泄漏量（傾斜平板縫隙）。

（3）泄漏量（環(huán)形縫隙）。

（4）泄漏量（平行圓盤徑向縫隙）。

（5）泄漏量（細(xì)長小孔）。

以上各式中，b為縫隙寬度，h為縫隙高度，h1，h2為入口和出口間隙高度，R1為圓環(huán)內(nèi)直徑，R2為圓環(huán)外直徑，d為圓環(huán)直徑，u為油液黏度，l為縫隙長度，△P為縫隙壓差。

由公式（2）～（6）可以得出，泄漏量Q與h3成正比，與壓力差△P成正比，與黏度u成反比，即：

2.2 影響因素分析

泄漏問題既有原始設(shè)計方面的原因，也有裝配調(diào)試、維護(hù)保養(yǎng)等方面的因素，其基本原因可歸結(jié)于系統(tǒng)溫度過熱、液壓沖擊及間隙誤差過大等3方面。加之裝甲車輛的特殊作業(yè)環(huán)境與使用強(qiáng)度，系統(tǒng)極易產(chǎn)生振動、銹蝕、溫度過高、壓差過大等問題，進(jìn)而催生了泄漏情況的發(fā)生。

2.2.1 系統(tǒng)溫度

系統(tǒng)溫度對油液黏度和熱膨脹性的影響明顯。

（1）油液黏度。油液的油溫特性目前尚無通用的關(guān)系式，主要有以下幾種表達(dá)關(guān)系[3]。

式中，a，b，c為常系數(shù)，T為工作溫度，uT為溫度為T時的油液黏度，u0為常溫下的油液黏度。

（2）熱膨脹性。假設(shè)油液溫度已平衡，則：

式中，QT為油液在T溫度時的泄漏量，Q0為油液在常溫常壓下的泄漏量，T0為油液初始溫度，酌為油液熱膨脹系數(shù)。

由公式（8）～（11）可知，從油液黏度的角度來看，溫度越高，油液黏度就越低，而從公式（7）已知黏度越低則油液泄漏量越大，于是可得，系統(tǒng)溫度越高，則泄漏量越大。從熱膨脹性角度來看，由公式（12）也易知，系統(tǒng)溫度越高，則泄漏量越大。綜合可得，系統(tǒng)溫度與泄漏量正相關(guān)。

2.2.2 液壓沖擊

液壓沖擊也是造成系統(tǒng)泄漏的重要原因之一，主要發(fā)生在系統(tǒng)快速變壓、變向、啟停制動等環(huán)節(jié)。以液壓缸為例。

式中，△P為穩(wěn)定工作壓差，△P升為液壓沖擊產(chǎn)生的壓差升高值，p為油液密度，u0為穩(wěn)定工作時油液流速，c為沖擊波速度，K為體積壓縮系數(shù)。由公式△P升=pcu0可知，液壓沖擊產(chǎn)生的壓差與油液密度、流速及體積壓縮系數(shù)正相關(guān)，密度與壓縮系數(shù)固定，則流速越大，液壓沖擊產(chǎn)生的壓差就越大，系統(tǒng)泄漏量就越大。

2.2.3 間隙

由公式（7）已知，h是表征縫隙大小的物理量，系統(tǒng)泄漏量與h3成正比，顯然，泄漏量也與h正相關(guān)。縫隙越大，則泄漏量越大。初始裝配不當(dāng)、油液污染、磨損后間隙擴(kuò)大等都是間隙問題產(chǎn)生的原因。

綜上所述，液壓系統(tǒng)泄漏與液壓油液溫度、液壓沖擊及間隙誤差三者均正相關(guān)。

3 泄漏的預(yù)防

裝備發(fā)生泄漏問題以后，可以采用調(diào)整更換密封圈的辦法來進(jìn)行封堵，也可利用油液泄漏管、擋油板等裝置來積極引流，使泄漏油液回到油箱。解決泄漏問題的關(guān)鍵是在于事前的預(yù)防。

3.1 完善系統(tǒng)設(shè)計

優(yōu)化管路設(shè)計，盡量減少液壓回路中的液壓元件，減少油管彎曲程度和油管接頭的數(shù)量；適度采用防沖擊與振動措施，如引入單向閥來降低液壓泵啟停時帶來的沖擊，盡量延長換向時間以降低換向閥啟停時產(chǎn)生的沖擊等。

3.2 精細(xì)選型及裝配

密封圈選型時，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來確認(rèn)相關(guān)溝、槽、面的加工尺寸符合要求，膨脹石墨、液態(tài)密封膠等新型材料和制品是防治液壓泄漏問題的理想材料；液壓油選型時，嚴(yán)格按照系統(tǒng)要求進(jìn)行選型，確保油液質(zhì)量可靠。裝配前，應(yīng)檢查并確保系統(tǒng)的泄漏量、耐壓性等指標(biāo)達(dá)標(biāo)，裝配時，應(yīng)注意保持系統(tǒng)的清潔，重點防范因裝配疏忽而發(fā)生污染物侵入的情況，裝配完以后，檢查并確保系統(tǒng)無泄漏發(fā)生。

3.3 防止油液污染

在壓力油加注、系統(tǒng)維修保養(yǎng)等環(huán)節(jié)，做好足夠的清潔防范措施，防止人為帶入雜質(zhì)進(jìn)而產(chǎn)生油液污染。受裝甲車輛外圍作業(yè)環(huán)境的限制，進(jìn)行壓力油加注、系統(tǒng)維修保養(yǎng)等任務(wù)時，都應(yīng)配套相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施，如配備專用工作臺面、穿戴不易脫落的纖維工作服等。

3.4 加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)

就基層分隊而言，一要嚴(yán)格依照裝備整車等級修理與三級保養(yǎng)等制度規(guī)范實施維修保養(yǎng)，做到人員、時間、內(nèi)容、質(zhì)量的四落實；二是根據(jù)液壓系統(tǒng)關(guān)聯(lián)耦合性強(qiáng)、拆卸安裝難度大的特點，在裝備動用前后、封存啟封等環(huán)節(jié)實施液壓系統(tǒng)專項檢查，重點檢查系統(tǒng)間隙、油壓、油溫、油水清潔度等內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)問題時及時調(diào)整保養(yǎng)計劃并進(jìn)行泄漏處理，力爭做到防范于未然。