液壓缸泄漏成因分析及改進措施

葛本利

摘 要：液壓油缸作為液壓系統(tǒng)的重要組成部分，它密封性能的好壞直接影響到機械的正常使用和性能的好壞。本文主要對液壓油缸泄露的常見原因進行分析并針對性地提出相應(yīng)的對策建議。

關(guān)鍵詞：液壓缸；泄露原因；改進措施

1 前言

泄漏對于機械液壓系統(tǒng)而言，其屬于較為常見的故障問題。其中，在對使用一段時間的機械液壓系統(tǒng)進行調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn)，泄漏問題在其中普遍發(fā)生。與此同時，隨著泄漏問題的出現(xiàn)，機械液壓系統(tǒng)會因此難以保持正常工作狀態(tài)，并且泄漏的液壓油會應(yīng)對周圍環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生危害。因此，為了避免泄漏問題在液壓傳動系統(tǒng)中出現(xiàn)，需要對泄漏原因進行細致分析，從而制定出科學(xué)有效的控制措施，對于加快機械液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展有著積極的意義。

2 液壓缸概述

在液壓設(shè)備中液壓缸占據(jù)重要的地位，一旦液壓缸出現(xiàn)故障問題，則會直接影響設(shè)備使用壽命和運行狀態(tài)。其中，液壓缸泄漏可以將其分為外泄漏和內(nèi)泄漏，而內(nèi)泄漏問題是一種十分常見且十分隱蔽的故障，由于不能直接觀察故障問題，需要單方面將壓力油通入到液壓缸內(nèi)，待活塞停留在某一終端或某一點時，觀察另一油口是否存在漏油現(xiàn)象，從而判斷是否為內(nèi)泄漏問題。但這種方法對裝配復(fù)雜、質(zhì)量和體積較大的液壓缸來說，則并不是一種十分合理的診斷方法，對液壓缸的內(nèi)檢測精度具有較高的要求。本文以液壓系統(tǒng)的液壓缸為例，通過建立仿真模型的方式分析液壓系統(tǒng)中液壓缸的內(nèi)泄漏情況，并就分析結(jié)果得出相應(yīng)的液壓缸內(nèi)泄漏系數(shù)與系統(tǒng)負載的曲線關(guān)系，并根據(jù)狀態(tài)的產(chǎn)量及系統(tǒng)實際輸出量來明確系統(tǒng)中實際的內(nèi)泄漏系數(shù)。通過分析液壓系統(tǒng)空載下的實際內(nèi)泄漏情況，可以得出仿真結(jié)果，并驗證得出的真結(jié)果，便可以有效分析液壓缸內(nèi)的泄漏情況。

3 液壓缸泄漏成因分析

3.1 密封件材料與液壓油的關(guān)系

液壓油種類對密封件材料的負面影響主要是使其體積膨脹，或?qū)⑾鹉z中可溶于某種油液的成分析出。工程機械常用液壓油有礦物型或合成型兩種。適用于礦物型的密封件材料有：丁睛橡膠、氯丁橡膠、聚氨醋橡膠、氟橡膠、聚氟乙烯橡膠等。如果使用合成型液壓油，會使丁睛橡膠的體積膨脹，其膨脹率可達75%～80%和100%～120%，故應(yīng)選用氟橡膠。所以密封材料與液壓油選擇匹配不當(dāng)，會使密封件發(fā)生膨脹軟化，機械強度降低，導(dǎo)致密封失效。

3.2 液壓油黏度與滑移面配合間隙的影響

液壓油的赫度大小對于保證密封裝置具有良好密封性能也有著不可低估的影響。液壓油滑移面的配合間隙，是指密封按照溝槽和滑移面在低壓一側(cè)的配合間隙。密封件在壓力作用下，其根部因由壓力加載引起的變形而有擠入配合間隙的趨向，一般情況下，間隙越大，影響程度越甚。但如果油膜厚度過薄時，則存在于密封副之間的油膜極易破裂，會造成密封件唇口與金屬面之間的直接接觸，在運動中產(chǎn)生干摩擦，這往往是產(chǎn)生“爬行”及磨損的先兆。因此可知，保持適當(dāng)?shù)挠湍ず穸龋瑢S持密封裝置良好的密封性是必不可少的。

3.3 使用壓力的影響

液壓缸使用壓力影響密封件的變形和在密封副接觸面上產(chǎn)生的接觸應(yīng)力。密封件在壓力作用下，增大了擠出量和滑動面的磨損，引起摩擦副發(fā)熱，促使溫度升高及增大其滑動阻力。通常，工程機械液壓油采用的波形為矩形波或鋸齒波的交變壓力波形。如果采用恒定壓力波形，則會導(dǎo)致密封滑移面的油膜在伸出過程中易于破裂，使密封滑移面的磨損增大。而若采用脈動壓力波形，則峰值壓力的加壓時間很短，變化速度過快，所以密封件不能隨其適應(yīng)變形，從而使密封的工作部位產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于其處于應(yīng)力變形的情況，很容易造成密封件破損。

3.4 使用速度和溫度的影響

由于液壓缸往復(fù)運動密封裝置滑移面的油膜厚度與液壓缸活塞往復(fù)運動速度的1/2次方成正比，即速度越高，油膜越厚，其結(jié)果與油的豁度一樣，高速時容易漏油，極低速時油膜極薄，易于破裂，從而造成密封滑移面的干摩擦，導(dǎo)致磨損過大和誘發(fā)“爬行”；另一方面，在高速下運動，由于滑移面潤滑不良，摩擦大，增大了發(fā)熱引起溫度升高，泄漏量增加。

各種密封材料的適應(yīng)溫度范圍差異比較大，但總的要求是高溫下不軟化，不易分解；低溫下不硬化，不脆裂。因此選材時要準(zhǔn)確掌握密封件的工作溫度。密封材料一般是溫度越高，強度越低。無論高溫還是低溫，永久變形都會很大。橡膠的硬化除受溫度影響外，還受環(huán)境條件和使用時間長短的影響。

使用溫度的變化會使密封材料物性發(fā)生變化，高溫時密封副過盈量減少，擠出量增加和表面龜裂、破損；低溫時也會發(fā)生同樣的現(xiàn)象。而且由于溫度變化，對液壓油的豁度也帶來影響，即高溫時油的豁度變小，低溫時油的豁度增大。因此直接影響形成密封膜的厚度，從而影響了液壓缸的密封性能。

3.5 液壓缸泄漏與液壓油污染的關(guān)系

液壓油的污染主要有以下三種情況造成：殘留污染是液壓元件生產(chǎn)裝配中及運輸過程中混入污染物；次污染是液壓元件在運轉(zhuǎn)過程中因磨損而產(chǎn)生的粉末污染；外來污染是活塞桿往復(fù)運動帶入液壓缸的粉塵污染。液壓缸是工程機械液壓系統(tǒng)中最易受到污染而且又是抗污染能力最差的液壓元件，因此通過防塵圈由活塞桿帶入的外來污染物極易濃縮成“磨料”嵌入密封件唇口或被帶入液壓缸滑動配合面的間隙中，進一步造成摩擦學(xué)機理而產(chǎn)生的次生污染物。因此，液壓油污染將是密封裝置失效的前奏。現(xiàn)今國際上對工程機械液壓系統(tǒng)液壓油的污染控制一般采用NAS8-10級。

4 改進措施

4.1 選擇正確的密封件

在選擇密封件過程中，通常建議選擇易變性以及具有彈性的材料，從而提升密封件的密封性，避免液壓缸出現(xiàn)泄漏問題。此外，密封件應(yīng)建議選擇抗腐蝕能力強、硬度以及體積在長期工作后保持穩(wěn)定、壓縮性以及復(fù)原性好、機械強度與硬度適中、可承受較大溫差變化的工況、加工制造方便以及性價比高等特點的材料，從而有效的對液壓缸泄漏問題進行控制，提升液壓缸工作的可靠性與穩(wěn)定性。

4.2 提升密封件的抗磨損性

液壓缸當(dāng)中的活塞桿可用防塵圈、防護罩以及橡膠套等元件進行保護，從而降低活塞桿以及驅(qū)動軸之間的摩擦作用，并且可以有效的對灰塵以及其它污染物進行預(yù)防，避免其進入系統(tǒng)當(dāng)中。此外，可將過濾設(shè)備設(shè)置在系統(tǒng)當(dāng)中，從而提升液壓油的質(zhì)量，確保驅(qū)動軸與活塞桿的運動不受影響，提升液壓缸的工作效率。

4.3 確保液壓油的油溫保持穩(wěn)定

鑒于液壓油的溫度與液壓缸當(dāng)中密封件的工作年限有著直接聯(lián)系，所以應(yīng)將油溫控制系統(tǒng)在液壓缸中進行建立，并將冷卻裝置合理的設(shè)置在液壓缸當(dāng)中，確保油溫保持在合理的范圍之內(nèi)。此外，為了確保液壓油與密封件材料可以更好的相容，應(yīng)根據(jù)液壓油的類型來選擇密封件材料，從而避免泄漏問題出現(xiàn)在液壓缸之中。

綜上所述，液壓缸在使用過程中產(chǎn)生的泄漏可能是多方面因素造成的，為了提升機械液壓傳動系統(tǒng)工作的可靠性與穩(wěn)定性，有必要對其泄漏問題的原因進行分析，并制定科學(xué)合理的控制措施，對于機械液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展有著積極的意義。

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