液壓元件密封失效與分析

饒 翼

（中國民航廣漢長空橡膠密封件廠，四川廣漢 618300）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國在道路施工、橋梁建設(shè)、礦山開采等領(lǐng)域發(fā)展迅猛，工程機械也是液壓產(chǎn)品市場份額最大的主機行業(yè)之一。伴隨工程機械自動化程度地不斷提高，液壓元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加，液壓系統(tǒng)元件也得到了深入研究。液壓元件作為液壓系統(tǒng)的核心元件，在輸送流體、能量傳輸和控制方面起著至關(guān)重要的作用。然而密封失效導致的泄漏也是最常見的故障之一，一旦發(fā)生泄漏，可能會造成系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，使得其他元件無法正常動作，而影響液壓系統(tǒng)的工作性能和使用壽命，還會污染工作場所的環(huán)境。

1 液壓元件分類和密封工作原理

液壓系統(tǒng)3大核心件，泵（馬達）、閥、缸的加工制造、裝配質(zhì)量、檢測水平的高低，均是關(guān)系整套液壓系統(tǒng)運行的可靠與穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

密封件在液壓元件中的密封方式可分為2大類，靜密封和動密封。常見的動密封件元件有YX唇形密封圈、U形、格萊圈和斯特封，靜密封元件有O形圈、矩形墊、金屬組合墊，它們都是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的元件。

泵閥類液壓元件均采用靜密封形式，通常都是安裝在密封溝槽內(nèi)產(chǎn)生10%～25%的徑向壓縮變形，并對密封表面產(chǎn)生初始接觸應(yīng)力，要求密封件材料彈性好，永久變形小，從而阻止無壓力液體的泄漏。

作為執(zhí)行元件的液壓缸，是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)直線往復或旋轉(zhuǎn)擺動的一種執(zhí)行機構(gòu)，液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，對溫度適應(yīng)范圍廣，要求密封件材料有適當?shù)臋C械強度，耐磨損、摩擦阻力小等優(yōu)點，能隨壓力的升高而提高密封能力和自動補償磨損。

2 密封件常見失效形式

（1）異常磨損：密封件外觀表面出現(xiàn)偏磨，沿圓周方向有明顯溝槽壓痕，軸向方向有凹凸不平的劃痕。

（2）間隙擠出：唇口撕裂，局部嚴重變形，密封表面被鈍器損傷，局部出現(xiàn)斷裂。

（3）扭曲變形：密封件局部翻轉(zhuǎn)，呈麻花形扭曲，沿圓周塑性變形不均勻。

（4）老化溶脹：密封件表面強度、彈性下降、變硬脆斷、表面軟化、抗溶性降低，使用后截面積呈一定比例增大。

3 引起失效原因與分析

3.1 液壓元件加工與裝配

（1）液壓元件結(jié)構(gòu)零部件加工過程中形位公差不符合圖紙要求，由于加工零件時，不符合正態(tài)分布，往往按零件的最大實體加工，再加上零件形狀和溝槽的同心度不一致，車削溝槽底徑時所留的輪廓峰的影響，導致表面粗糙度超出精度范圍，安裝后造成偏心、間隙過大，在系統(tǒng)壓力作用下被推向無壓或低壓側(cè)，部分被擠出溝槽邊緣，引起磨損加劇。

（2）裝配場所環(huán)境差，裝配時不按作業(yè)程序文件操作或裝配工藝不完善，裝配工人習慣不一樣，未形成統(tǒng)一的正確的裝配習慣，裝配時過度拉伸或強行壓入，間接造成密封件局部變形，被溝槽倒角毛刺螺紋等銳邊處劃傷。

（3）部分組合密封件，在嚴寒地區(qū)裝配前需在一定溫度的油液中浸泡或電烘箱里加熱，待表面軟化了在利用專業(yè)工裝進行裝配，既可避免格萊圈和斯特封裝配時產(chǎn)生的隱形裂紋，又可以提高工作效率，同時也降低了密封件早期失效的風險。

3.2 密封件選型與貯存

要確保液壓元件的運行穩(wěn)定，就要了解其使用工況參數(shù)，選擇合適的密封件結(jié)構(gòu)，往往工程技術(shù)人員選擇不合理或與溝槽不匹配的情況下，就會出現(xiàn)換一個壞一個的現(xiàn)象。

（1）由于O形圈用于往復運動存在啟動阻力大的缺點（啟動阻力幾乎是動摩擦阻力的3～4倍），若放置時間過長，O形圈與金屬接觸面的油膜消失，形成黏附，此時的摩擦因數(shù)可達到動摩擦因數(shù)的8倍，啟動阻力更大，所以用于往復運動的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封件。唇形密封件是液壓行業(yè)使用及其廣泛的往復運動密封件，它是一種孔軸互不通用的，一般情況下，使用壓力約16 MPa時可單獨使用。當>16 MPa并用于活塞動密封裝置時，應(yīng)和擋圈配對使用，以防止間隙擠出。

（2）密封件的貯存應(yīng)遵循國家標準中的規(guī)定，倉庫不能過于潮濕或干燥，杜絕接觸熱源，避免電離輻射對密封件的損傷，備用件應(yīng)妥善保管，防止受到腐蝕。對長期不用的，應(yīng)根據(jù)情況進行報廢，以免使用時因橡膠的老化引起故障。保存方式不當也是影響密封失效的一大因素。

3.3 密封件材料與介質(zhì)的適應(yīng)性

油液作為液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)，起著能量傳遞、轉(zhuǎn)換和控制作用，而密封件起著保持壓力、防止流體從結(jié)合面泄漏的作用。不同的橡膠種類有不同的使用溫度范圍和耐介質(zhì)性，應(yīng)根據(jù)密封件的使用環(huán)境溫度等條件來選擇密封件的材料。

（1）一般使用環(huán)境溫度不能超過密封件材料工作溫度范圍，如普通丁腈橡膠橡膠最高不能超過（-20～110）℃的界限，否則在高溫下工作時，密封件硬度會降低，擠入間隙的現(xiàn)象更加嚴重，進而加速其破壞，在低溫環(huán)境下，也容易發(fā)生壓縮永久變形，長期使用也就硬化脆斷。

（2）密封件的耐油性能，一般采用標準試驗油，按試驗標準規(guī)定的溫度條件和試驗時間下浸泡，通過對浸泡前后測試值的對比（如材料的硬度變化、拉升強度變化率、扯斷伸長變化率、體積變化率、壓縮永久變形率），作為選擇密封件材料的依據(jù)。如果密封件材質(zhì)與油液相容性差，將會加速密封件變質(zhì)、龜裂、溶脹過早老化及產(chǎn)生不沉性油泥。

3.4 液壓元件的使用與維護

（1）操作失誤、違規(guī)操作及不定期維護，也是液壓元件密封失效的隱患之一。例如，錯開閥門，突然中斷電源，操作溫度控制不好或者壓力波動頻繁等。

（2）運行中的液壓系統(tǒng)，因日常故障處理或維護保養(yǎng)時，錯加不同牌號的液壓油，不及時從油箱底部放出分離水等，不定期進行油液更換，油箱液面過高或過低，加補油液未做好污染控制，系統(tǒng)中的液壓油一旦進入金屬顆粒，橡膠殘渣積累過多，使其相互配合的密封面磨損，然后失效。所以說，正確使用與合理維護液壓元件也是延長密封件使用壽命的關(guān)鍵。

4 結(jié)束語

在液壓元件中由密封失效引起的故障占總故障的30%，而失效形式也是復雜多樣化的，任何一種失效都不是單一因素造成的，在分析原因時要仔細觀察密封件的損壞形式。應(yīng)結(jié)合工況參數(shù)，了解使用用途等來進行綜合考慮，準確快速的找到失效原因，及時采取有效措施，為液壓元件在系統(tǒng)中的可靠性和穩(wěn)定性提供保障。