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常见问题

液压系 统泄漏原因及解决方法

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017/8/17     浏览次数:    

液压系
统泄漏原因及解决方法

  液压系统中,泄漏影响产品的质量,是必须要考虑的问题。例如液压缸,严重的 泄漏不仅会使设备周围的环境受到污染,还会导 致液压缸工作腔的压力降低,使液压 缸无法正常工作。采取比较先进的方法,有效地防止泄漏,使液压系统实现“零泄漏”是液压 行业多年来始终追求的目标。另外,准确地 分析液压系统泄漏产生的最初原因,可以帮 助我们及时排除液压系统的泄漏故障。作为机械专业的学生,我们通过对《液压与气压传动》课程的 学习以及查阅相关资料,结合自己专业实习、工程训 练和日常生活中的所见和所想,就常见泄漏故障问题,分析了 液压传动的泄漏形式及原因,提出控制泄漏的措施。

  相对于机械传动,液压传 动是一门新的技术,起源于1654年帕斯 卡提出的静压传动原理。它是以 液体为工作介质,通过能 量转换装置来进行能量传递的一种传动形式。液压传 动具有如下优点:①工作液 体可以用管道输送到任何位置;②执行元 件的布置不受方位限制,借助油 管的连接可以方便灵活地布置传动机构;③液压传 动能将原动机的旋转运动变为直线运动;④可以方 便地实现无级调速;⑤载荷控制、速度控 制以及方向控制容易实现,也容易进行集中控制、摇控和自动控制;⑥液压传动平稳无振动;⑦具有良 好的润滑条件可提高液压元件工作的可靠性和使用寿命;⑧液压元 件有利于实现标准化、系列化和通用化。因此,液压传 动在国民经济各部门中得到了广泛的应用。

  但液压 传动也存在着一些缺点:①存在液 体流动的阻力损失、油液的 泄漏以及机械摩擦,故效率较低;②对控制 工作温度要求较高;③由于工 作液体的泄漏和可压缩性,液压系 统的刚性较差使液压系统无法保证严格的传动比;④对工作 液体的使用维护要求十分严格;⑤液压元件成本较高;⑥液压系 统的故障判断和处理较难,要求工 作人员技术水平和专业知识较高。其中工 作液体的泄漏一直是不可避免的问题,其解决 方法也是各行各业研究的重点之一。

  泄漏形式

  泄漏按 流向可分为内泄漏和外泄漏。外泄漏 主要是指液压油从系统泄漏到环境中,产生在 液压系统的液压管路、液压阀、液压缸和液压泵(液压马达)的外部;内泄漏 是指由于高低压侧的压力差的存在以及密封件失效等原因,使液压 油在系统内部由高压侧流向低压侧,如液压 传动中油液从高压腔向低压腔的泄漏;从换向 阀内压力通道向回油通道的泄漏等。泄漏的 主要形式有缝隙泄漏、多孔隙泄漏、粘附泄 漏和动力泄漏等。

  1.缝隙泄漏

  工程机 械液压系统的缝隙泄漏主要有两种,固定密封处(静接合面)泄漏和运动密封处(动结合面)泄漏。固定密 封处泄漏的部位主要包括液压缸缸盖与缸筒的接合处等;运动密 封处主要包括液压缸活塞与缸筒内壁、活塞杆 与缸盖导向套之间。缝隙泄 漏量的大小与压力差、间隙等因素有关。

  2.多孔隙泄漏

  液压元 件中的各种盖板,由于表 面粗糙度的影响,两表面 之间不可能完全接触,在两表 面不接触的微观凹陷处,形成许 多截面形状多样、大小不等的空隙,空隙的 截面尺寸与表面粗糙度有关。多空隙泄漏,液体需 流经弯曲的众多空隙,在做密封性能试验时,需经一定的保压时间,泄漏才能显露出来。

  3.粘附泄漏

  粘性液 体与固体臂之间有一定的粘附作用,二者接触后,在固体 表面上粘附上薄薄的一层液体,若固体 表面上的膜较厚时,油膜会 因相互运动而被密封圈刮落产生粘附泄漏。防止粘 附泄漏的基本办法是控制液体粘附层的厚度。

  4.动力泄漏

  在旋转 轴的密封表面上,若留有 螺旋加工的痕迹,当轴转动时,液体在 转轴回转力的作用下沿螺旋痕迹的凹槽流动。若螺旋 痕迹的方向与轴的转动方向一致时,由于螺旋痕迹的“泵油”作用,就会产生动力泄漏。动力泄 漏的特点是轴的转速越高,泄漏量越大。防止动力泄漏,应避免 在转轴的密封表面和密封圈的唇边上存在"泵油"作用的 加工痕迹或利用动力泄漏的原理,利用螺 旋痕迹的泵油作用,将泄漏油泵回,阻止泄漏。

  泄漏的原因

  液压系 统产生泄漏的原因多而复杂,本文主 要从密封件泄漏、工作油液污染、元件制 造装配精度超差、油液温 升发热以及液压系统压力冲击等方面归纳分析。

  (1)密封件方面:在液压缸中,一提及 泄漏就会首先考虑到密封件,因为密 封件是液压缸中最主要的防止泄漏的元件。它主要有YX型密封圈、组合密封圈、U型密封圈、V型密封圈、O形圈、格来圈、斯特封等。其中YX型密封圈、组合密封圈、U型密封 圈主要靠在压力油的压力作用下产生张力,使内、外唇边 张开来实现密封的,对内、外唇边 线性质量要求很高;V型密封圈、O形圈、格来圈、斯特封 主要靠压缩量来密封。密封件 的物化性能等方面的质量直接影响液压缸产品的质量。密封件 泄漏的原因主要有以下几方面:①密封件质量有问题。密封件材质为劣质,且制造 工艺和精度都达不到要求,以及模 具和修边均有缺陷等。②密封件选用不合理。选用的 密封件不能满足工作压力、工作速 度和温度等方面的要求,或者密 封件的类型选用不当。③密封件 的安装沟槽设计不当,安装间 隙与压缩量选择不合理;配偶件 的加工精度和表面粗糙度未达到要求;安装时 未加保护而损伤唇口或使外界杂物混入;贮存时温度、湿度不当,受氧和 臭氧的侵蚀变质等。④液体中 的气泡经过密封唇边时,气泡被 压缩为原来尺寸的几分之一。这种气 泡到达密封件的非压力侧时,便迅速释放出能量,使密封唇边损坏。另一方面,当含有 一定比例的油蒸汽的气泡,因受压 达到足够高的温度时,就会自燃,以致烧 坏或熔化支承环,甚至会 发生密封件的局部烧坏和碳化。

  (2)油液污染:包括气体污染、颗粒污染、水污染等。①气体污染:在大气压下,液压油中可溶解10%左右的空气,在液压系统的高压下,在油液 中会溶解更多的空气或气体。空气在 油液中形成气泡,如果液 压支架在工作过程中在极短的时间内,压力在 高低压之间迅速变换就会使气泡在高压侧产生高温在低压侧发生爆裂,如果液 压系统的元件表面有凹点和损伤时,液压油 就会高速冲向元件表面,加速表面的磨损,引起泄漏,此种由 空穴现象造成的腐蚀作用称为气蚀。②颗粒污染:由于试 验台被颗粒污染,导致泄漏的几率很小,但在实际中仍然存在。液压缸使用过程中,由于上 述原因产生的颗粒,有的粘 附在密封元件上,有的粘附在活动面上,刮伤密 封元件的密封面,导致密封元件失效,使液压缸产生泄漏。这种故 障通过除去未去干净的毛刺,清洗各个元件,再更换 密封元件就可排除;比较严重有的会“拉缸”,这种故 障的排除就比较麻烦;更严重 的可导致缸筒报废。③水污染:由于工 作环境潮湿等因素的影响,可能会 使水进入液压系统,水会与液压油反应,形成酸性物质和油泥,降低液 压油的润滑性能,加速部件的磨损,水还会 造成控制阀的阀杆发生粘结,使控制阀操纵困难,划伤密封件,造成泄漏。

  (3)元件制 造装配精度超差:所有的 液压元件及密封部件都有严格的尺寸公差、形位公差等要求。如果在 制造过程中超差,例如:油缸的活塞半径、密封槽深度或宽度、装密封 圈的孔和尺寸超差或因加工问题而造成失圆、本身有毛刺或洼点、镀层脱落等,密封件就会有变形、划伤、压死或 压不实等现象发生,使其失去密封功能,将使零 件本身具有先天性的渗漏点,在装配 后或使用过程中发生渗漏。系统装配粗糙,缺乏减振、隔振措施;系统超压使用,未做到 按规定对系统适时检查及易损件寿命到期但未及时更换等都会造成系统泄漏。

  (4)油液温升过高:液压系统工作时,要控制油液温度,温度过高,会产生以下现象:①多数情况下,当油温经常超过60℃时,油液黏度大大下降,不仅使润滑油膜变薄,摩擦力加大,磨损加剧,而且密封圈膨胀、老化、失效,结果导 致液压系统产生泄漏。据研究表明,油温每升高10℃则密封 件的寿命就会减半。②油液温度升高后,体积膨胀,压力升高,而泄漏 随压力的升高而加大,从而使泄漏增加。③油温升 高使间隙胀缩变化。一般配 合零件材质不同,材料热膨胀系数不同,当油温升高时,配合零 件因胀缩变化不同,会使配 合间隙发生变化,当间隙变大时,造成泄漏增加。

  (5)液压系统压力冲击:液压系 统中由于频繁换向,在较高 压力下突然启动油泵或关闭阀门及缸体快速动作都会造成瞬时峰值压力高达工作压力的好几倍,有时足以使密封装置、管道或 其它液压元件损坏而造成泄露。

  控制泄漏措施

  造成工 程机械液压系统的泄漏的因素是多方面综合影响的结果,以现有的技术和材料,要想从 根本上消除液压系统的泄漏是很难做到的。只有从 以上影响液压系统泄漏因素出发,采取合 理的措施尽量减少液压系统泄漏。

  (1)在设计 和加工环节中要充分考虑影响泄漏的重要因素密封沟槽的设计和加工。美国汽 车行业工程师协会(SAE)推荐以 下两种防止油口漏油的解决办法。①SAE直螺纹“O”形圈油口:密封靠“O”形圈,连接靠直螺纹;②SAE4螺栓法兰:适用于较大油口。另外,密封件 的选择也是非常重要的,密封表 面的粗糙度通常静密封表为Ra3.2~Ra1.6,动密封表面为Ra0.8~Ra0.4。如果不 在最初全面考虑泄漏的影响因素,将会给 以后的生产中带来无法估量的损失。

  (2)在液压 油的污染控制上,要从污染的源头入手,加强污染源的控制,还要采 取有效的过滤措施和定期的油液质量检查。为有效 地切断外界因素(水、尘埃、颗粒等)对液压油缸的污染,可加一些防护措施等。

  (3)装配方面。液压系统装配前,应检验 元件的耐压性能,检查元 件各结合面有无外渗漏现象,若出现渗漏,则应采取相应措施。只有当 所有元件不漏不渗后才可正式装进系统使用。液压元 件和液压系统在进行装配时,要进行严格清洗,去毛刺、除焊渣,并进行 必要的防锈蚀处理,严格按 照装配工艺要求进行装配,杜绝因 装配引起的间隙畸变和毛刺、焊渣及 锈蚀物等形成的间隙磨料。

  (4)减小液压冲击。常用的方法有:①尽量降低系统的启动、停止和换向频率;②对于需 要频繁换向的液压系统,尽可能 用带阻尼器的换向阀;③在控制 阀的前面设置蓄能器,减小冲 击波传播的距离,从而减缓液压冲击;④加大管道通径,尽量缩 短管道长度或采用橡胶软管;⑤设置安全阀,系统压力增大时,可起卸 荷作用降低压力冲击。

  (5)机械在 磨合期容易出现渗漏现象,这是由于部分铸造、加工等 缺陷在装配调试时难于发现,但由于 作业过程中的振动、冲击作用,这种缺 陷就被暴露出来,故应注 意磨合期的渗漏情况,作到及早发现、及时处理。

  (6)从技术上来看,国外正 在生产配备有测试密封(旋转密封)泄露量 的传感器的新型油封;并且主 轴集成了摩擦密封与迷宫式密封优点的气动密封也已问世;同时,U型橡胶件+ V型弹簧 组成的可用于压力45MPa的液压系统“泛塞密封”等类型 的组合密封件大行其道。

  结束语

  液压系 统中泄漏形式多样,是液压 设备普遍存在的现象,原因也有多种,很难根除,应从设计、制造、安装和 使用等各方面认真细致地加以解决。以上就 是我们通过课程学习以及查阅相关资料,结合自己专业实习、工程训 练和日常生活中的所见和所想,分析的 有关液压传动的泄漏形式及原因,并且提 出控制泄漏的部分措施。

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