液壓閥的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(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)量問題可以避免其在使用中的一些問題發(fā)生。對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題為泄露，而造成這一問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。針對泄漏問題以及問題產(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，對當(dāng)前存在的不合理情況做改進(jìn)具有突出的現(xiàn)實意義。

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)計的合理性會直接影響液壓閥的實用性，所以，對當(dāng)前使用的液壓閥閥座和閥桿密封結(jié)構(gòu)做分析，了解其不足并對其進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)意義重大。

1.1 原密封結(jié)構(gòu)分析

對當(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)計成了90°±0.2°。就材料利用來看，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)計安排：當(dāng)受到彈簧力和液壓力的雙重作用時，兩個錐面通過接觸形成一個環(huán)形的密封帶，這個密封帶的帶寬約為5～6mm。

對此種密封結(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)計的工藝性較差，因為要將兩個錐面設(shè)計成上述角度，利用普通設(shè)備做加工是非常難實現(xiàn)的，這會增加加工和測量難度；其二是此種結(jié)構(gòu)在利用中的抗污染性比較差，分析實踐運用發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩個錐面的角度完全相同時，密封帶會比較寬，而液體中會不可避免地存有鐵屑、灰塵等雜物，所以，在密封帶較大時這些雜物很容易夾在兩個錐面之間，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)計問題，設(shè)計人員積極進(jìn)行了設(shè)計改進(jìn)并做了測試分析，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)計如下：將閥座錐面角設(shè)計成為100°，并將閥桿的錐面角設(shè)計成了90°，這樣，當(dāng)閥座和閥桿接觸時能夠很好地保證在接觸的部位形成密封環(huán)帶。因為在此種狀態(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)前會更高。

如上的設(shè)計改進(jìn)，在具體利用中呈現(xiàn)出三方面的顯著優(yōu)勢。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題，這樣，結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)才會更具針對性。

2.1 原密封結(jié)構(gòu)分析

就當(dāng)前的具體分析來看，液壓閥的密封結(jié)構(gòu)采用了大量O形密封圈，而最常見的密封方式有固定密封和滑動密封兩種。就固定密封來講，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，而在實際利用中，采用較多的是三角形溝槽密封，對這種密封形式做具體分析發(fā)現(xiàn)其泄露十分嚴(yán)重。對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。因為O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，這對于加工來講具有很高的難度。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)，需要做到各點受力的均衡，但在實踐中，這種均衡性很難實現(xiàn)，所以，時常出現(xiàn)受力差異造成的泄露問題。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)會導(dǎo)致O形圈在工作和不工作的狀態(tài)下均受力，會導(dǎo)致O形圈彈性消失，而其彈性的消失會造成具體作用失效。

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

針對橡膠O形圈與三角溝槽的密封結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來的問題，需要對具體結(jié)構(gòu)做改進(jìn)設(shè)計，這樣，其密封性才會更突出。就當(dāng)前的分析來看，要得到可靠的密封結(jié)構(gòu)，需要對液壓力的大小、作用點以及方向等關(guān)鍵性要素做重點考慮。對這些要素做分析并通過試驗探究發(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，O形密封圈在非工作狀態(tài)下不會受到液壓力的影響。

具體分析此種結(jié)構(gòu)改進(jìn)，對其做試驗對比發(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。其一是O形密封圈的使用壽命有了明顯的延長。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才會處于受力狀態(tài)，而在非工作時，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。其二是此種密封結(jié)構(gòu)的密封可靠性有了顯著增加。從具體試驗分析來看，在壓力作用下，O形密封圈整體的受力會更加均勻，這樣一來，由于受力差異造成的泄漏問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

液壓閥在管路控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，但常常因為密封結(jié)構(gòu)的問題發(fā)生泄露事故，這導(dǎo)致液壓閥利用價值顯著下降，所以，在實際利用中必須對此問題進(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，并針對不合理結(jié)構(gòu)做試驗改進(jìn)，從而對液壓閥的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，可以有效解決液壓閥的密封泄露問題，提升利用價值。總之，對液壓閥的密封結(jié)構(gòu)做科學(xué)的設(shè)計改進(jìn)現(xiàn)實意義重大。