從結(jié)構(gòu)分析液壓系統(tǒng)泄漏問題

魯哲新

(武漢東湖學(xué)院，湖北 武漢 430200)

液壓傳動系統(tǒng)在工作過程中可以將液壓油的液壓能轉(zhuǎn)化為工件的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工件的往復(fù)運(yùn)動和轉(zhuǎn)動等，以達(dá)到自動控制的目的。但液壓系統(tǒng)是由具有相關(guān)功能的元件組裝而成的，再加上其工作介質(zhì)為液體，使得系統(tǒng)在工作過程中發(fā)生泄漏顯得非常普遍。功能決定于結(jié)構(gòu)，因此可以從液壓系統(tǒng)的各個結(jié)構(gòu)對泄漏采取有效的措施。

1 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

液壓傳動是利用液體作為工作介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。

液壓泵作為動力元件，可以向液壓系統(tǒng)提供液壓油，相當(dāng)于整個系統(tǒng)的心臟，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓油的液壓能；液壓馬達(dá)和液壓缸作為執(zhí)行元件，則將液壓油的液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，達(dá)到驅(qū)動機(jī)構(gòu)工作的目的；相關(guān)的控制元件則可以實(shí)現(xiàn)對液壓的壓力、方向和流量的控制，例如減壓閥、順序閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥等；其他部分則被稱為輔助元件，包括管道、油箱、管接頭以及其他的相關(guān)部件。

2 從液壓系統(tǒng)的各結(jié)構(gòu)對泄漏分析以及解決泄漏的簡要方案

2.1 工作介質(zhì)——液壓油

液壓油作為系統(tǒng)的“血液”，貫徹整個系統(tǒng)。液壓油具有一定的粘度，根據(jù)國標(biāo)GB/T3141-94規(guī)定，液壓油產(chǎn)品的牌號用粘度的等級來表示，取液壓油在40℃時的運(yùn)動粘度中心值。并且，當(dāng)溫度升高時，其粘度降低，反之升高，這被稱為液壓油的粘溫特性；粘度過低，泄漏就更容易發(fā)生，容積效率就會降低，粘度過高，液壓油對管壁的摩擦力就會增大，機(jī)械效率就降低。為此，根據(jù)相關(guān)環(huán)境，必要地選擇更加合適的液壓油能最大程度的減少液壓油的泄漏。高溫或高壓情況下，建議選擇高牌號的液壓油，低溫或低壓情況下，則建議采用低牌號的液壓油。

2.2 動力元件——液壓泵

壓力泵作為液壓系統(tǒng)的“心臟”，可將液壓油輸送到整個系統(tǒng)，常用的液壓泵可分為齒輪泵、柱塞泵、葉片泵和螺桿泵。其工作原理基本都是依靠容積的變化來實(shí)現(xiàn)泵的正常運(yùn)行。

齒輪泵是由齒輪間的嚙合實(shí)現(xiàn)油壓腔的變化進(jìn)行液壓油的運(yùn)送，按照其嚙合的形式不同可進(jìn)一步分為外嚙合和內(nèi)嚙合。通過對齒輪泵結(jié)構(gòu)的分析，齒輪泵的泵蓋與齒輪的端面、側(cè)板與齒輪面或浮動的軸套與齒輪端面之間的接觸面積比較大，工作一段時間極易造成接觸面部位的損傷，從而造成內(nèi)漏。還有一種常見的原因就是由于泄壓片的老化變質(zhì)，失去彈性，對高、低壓油腔失去了密封的作用。對此則可以采取更換新的泄壓片等相關(guān)對策。其實(shí)，不管是哪一種液壓泵，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)容腔與容腔之間的相對密封性，就必須相互接觸，在工作一段時間后就不可避免地造成內(nèi)漏，因此要定時的對缸體進(jìn)行保養(yǎng)和修復(fù)。

柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動時來改變工作容積的變化實(shí)現(xiàn)吸油和排油，對于柱塞泵的外漏主要指從外表面各接合面的縫隙及軸端的外泄漏，該泄漏可采用擰緊各接合處的壓緊螺釘以及更換各接合面的固定密封，校正泵軸與電機(jī)同軸度。

葉片泵是通過葉片和定子形成封閉的容腔，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動時即可改變工作容腔的體積。

螺桿泵則是通過螺桿與定子形成的密閉容腔，通過螺桿的旋轉(zhuǎn)來改變?nèi)萸淮笮。~片泵和螺桿泵的泄漏主要是葉片或螺桿對定子內(nèi)表面作用的壓緊推力而使得葉片或螺桿對定子內(nèi)表面造成磨損從而導(dǎo)致的內(nèi)泄漏。因此，對缸體定時進(jìn)行保養(yǎng)和修復(fù)可大大減少內(nèi)泄漏的問題。

2.3 執(zhí)行元件——液壓缸和液壓馬達(dá)

液壓馬達(dá)和液壓缸都是將輸入的液壓油的液壓能轉(zhuǎn)換為執(zhí)行元件的機(jī)械能，液壓馬達(dá)和液壓缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理與液壓泵基本一樣。

這里以液壓缸為例，工業(yè)上，為使液壓缸的密封性更好，擁有更好的動力傳動和保證動作的正常的進(jìn)行，對活塞的桿件會進(jìn)行密封處理。主要有以下幾種。間隙密封，它主要的防泄漏方法是依靠相對運(yùn)動零件配合面的微小間隙，根據(jù)環(huán)形縫隙軸向的流動理論可知，泄漏量是與間隙的三次方成正比的，所以可以用減小間隙的辦法來減小泄漏。活塞環(huán)密封，它是依靠裝在活塞環(huán)形槽內(nèi)的彈性金屬環(huán)緊貼缸筒內(nèi)壁從而實(shí)現(xiàn)密封，它的封閉效果比間隙密封好，使用的壓力和溫度范圍都比較寬，并且還可以自動補(bǔ)償磨損和溫度的影響。密封圈密封，主要是由耐油橡膠、尼龍、聚氨酯等一些材料制成的密封圈，大致可分為O形、V形、Y形等；O形圈裝入密封槽，其截面會因?yàn)槭艿綁毫Χ冃危瑹o液壓力時靠O形圈的彈性對接觸面所產(chǎn)生的預(yù)接觸壓力來實(shí)現(xiàn)初始密封，有液壓力時O形圈則會被擠向槽的一側(cè)使得密封面上的接觸壓力上升從而達(dá)到密封的效果；V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支撐環(huán)組成，安裝時V形圈的開口面向壓力高的一側(cè)，當(dāng)工作壓力大于100MPa的時候，可以通過增加V形圈的數(shù)量來提高密封的效果；Y形密封圈則屬于唇形密封圈，密封性、穩(wěn)定性和耐壓性都比較好，使用的比較普遍，Y型圈是利用其唇邊對耦合面產(chǎn)生較大的接觸壓力從而達(dá)到密封的效果，壓力升高時，唇邊與耦合面貼合的更緊，接觸壓力就會更高，密封性也就會更好。

2.4 控制元件——單向閥、電磁換向閥、溢流閥等

單向閥利用流向所形成的壓力差使閥芯開啟或關(guān)閉從而使得液體沿一個方向通過，單向閥造成外泄漏的原因一般是密封線圈的損壞或漏裝，只要對密封圈進(jìn)行換裝或補(bǔ)裝即可。

換向閥是利用閥芯和閥體的相對位置的改變來實(shí)現(xiàn)不同管路的連接與斷開。換向閥在油路工作過程中會頻繁的改變油路，閥芯和閥體就不斷的摩擦從而造成不可避免的閥體內(nèi)腔和閥芯的磨損，因此通過使用改造過的新型換向閥，例如濕式電磁換向閥和電磁球式換向閥等。

溢流閥作為壓力控制閥中的一種，必然要有良好的密封環(huán)境來控制壓力的增減，溢流閥若是存在泄漏，必然會造成工作油路的脈動。我們可以通過工作環(huán)境選擇不同結(jié)構(gòu)的溢流閥，溢流閥可分為直動型和先導(dǎo)型，當(dāng)油壓比較小時，則必然選擇直動型，因與調(diào)壓彈簧直接平衡，所以在結(jié)構(gòu)比較簡單的前提下靈敏度更高；倘若在油壓比較大的情況下則需要考慮先導(dǎo)型溢流閥，這樣可以避免因油壓過大導(dǎo)致液壓油內(nèi)泄漏使得溢流閥的穩(wěn)定性降低。另外還可以通過改變溢流口閥的結(jié)構(gòu)來提高溢流閥的密封性，最常用的有滑閥式溢流口和錐閥式溢流口，通常情況下會選擇錐閥式溢流口，這種結(jié)構(gòu)與溢流口貼合的更加精密，密封性能更佳。

2.5 輔助元件——管件、蓄能器、濾油器等

管件包括管道和管接頭等，其主要作用是保證油路的連通，便于拆卸以及安裝。

管件作為液壓系統(tǒng)的“血管”，將液壓油輸送到整個系統(tǒng)，一般情況下會因?yàn)榄h(huán)境的惡劣以及管道材料與液壓油的不匹配，造成了管道的腐蝕、氧化及老化而破裂從而發(fā)生泄漏，在管道的選擇上應(yīng)該著重考慮工作環(huán)境以及系統(tǒng)工作特性，例如從剛性條件、耐油能力、抗腐能力、抗震能力等方面來選擇不同材質(zhì)的管道，最大程度上保證其密封性的良好。

管接頭是用于管道與管道或者管道與其他元件連接的元件，接頭與接頭之間是有縫隙的，則必須采取有效的措施來提高接口處的密封性，一般從管接口的結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮，按照管接頭和管道的連接方式可分為擴(kuò)口式管接頭、焊接式管接頭和卡套式管接頭；擴(kuò)口式管接頭是通過管套使管子壓緊密封，焊接式管接頭有接觸密封和平面加O形圈密封兩種，后者密封效果更佳；卡套式管接頭擰緊接頭螺母后卡套則會發(fā)生彈性形變使得管子夾緊。然后根據(jù)的條件選擇合適結(jié)構(gòu)的管接頭。

蓄能器主要是作為儲存油液的壓力能。當(dāng)系統(tǒng)不需要大流量時，可以將液壓泵輸出的多余的壓力儲存在蓄能器中，當(dāng)需要時或補(bǔ)償系統(tǒng)泄漏時再將蓄能器中的壓力快速向系統(tǒng)中釋放，從而降低系統(tǒng)的能耗或?qū)ο到y(tǒng)產(chǎn)生緩沖保護(hù)。

蓄能器按結(jié)構(gòu)可分為重力式蓄能器、彈簧式蓄能器、薄膜式蓄能器、活塞式蓄能器和皮囊式蓄能器。從密封效果來說，選擇較多的為后兩者。活塞式蓄能器在活塞上裝有O型密封圈，但由于密封圈的存在使得存在較大的摩擦力，靈敏度低而且容易造成內(nèi)腔滑傷，降低密封性；皮囊式蓄能器則是在下端用一個彈簧復(fù)位的菌形閥作為提升閥，密封性較前者則更為可靠。

液壓系統(tǒng)的故障很大一部分是由于油液中的雜質(zhì)造成的，不僅堵塞了管道，而且劃傷磨損元件，造成更加嚴(yán)重的泄漏，此時濾油器就發(fā)揮了作用。總的來說，不管是哪一種濾油器，要保證擁有足夠的過濾精度和足夠的通油能力，然后將其安裝在合適的位置，一般是在泵的吸/出油口處、回油路和系統(tǒng)以外的旁路中才能充分發(fā)揮其過濾的功能。可見濾油器可以被稱為密封性能的潛在靈魂，延長系統(tǒng)的使用壽命，提高系統(tǒng)的工作性能。

3 結(jié)束語

對于工業(yè)發(fā)展而言，液壓控制系統(tǒng)有著舉足輕重的作用，在現(xiàn)如今各種中重型加工控制中運(yùn)用的更是普遍，如數(shù)控加工中心、工程機(jī)械和冶金自動線等，系統(tǒng)泄漏問題也更是在不斷研究、不斷改革中取得了進(jìn)一步的解決，在提高了系統(tǒng)工作效率得同時，還使得生產(chǎn)利益更大化。其最基本的要求就是對液壓控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)熟透于心，這不僅是液壓系統(tǒng)后期革新完善的基礎(chǔ)，更是對工業(yè)系統(tǒng)基本概念的一種最基本領(lǐng)悟。

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