工程機械液壓缸導向套靜密封漏油故障分析及其防漏設計要點

邸曉非

摘要：針對工程機械液壓缸導向套靜密封漏油故障成因進行詳細分析，闡述精密封O形圈材質與擋圈選用、液壓缸抗偏載設計以及靜密封位置的選擇與安裝等設計要點，以期提高液壓缸導向套靜密封的可靠性，避免漏油故障的發生。

關鍵詞：工程機械；液壓缸；導向套；靜密封；漏油故障

0? ?引言

工程機械液壓缸在運行過程中，靜密封是保證液壓系統正常運行的關鍵部件。然而，由于工作環境的惡劣和不可避免的振動、摩擦等因素，導致液壓缸導向套靜密封漏油故障時有發生。該故障不僅會導致機械性能下降，還可能造成設備損壞和安全事故。因此，研究工程機械液壓缸導向套靜密封漏油故障的成因及解決方法具有重要意義。

1? ?液壓缸導向套靜密封漏油故障現象及危害

工程機械液壓缸導向套的靜密封通常位于導向套內部，用于防止液壓油在導向套和活塞之間發生泄漏。漏油故障一般發生在活塞與導向套的接觸面、導向套的側面以及活塞桿與導向套之間的間隙，具體表現為液壓油從液壓缸內部沿導向套與缸簡或壓蓋結合面滲漏到外部[1]。液壓缸導向套靜密封漏油圖1所示。

工程機械液壓缸導向套靜密封發生漏油故障會造成嚴重影響。首先，漏油會造成系統液壓能力下降，無法提供足夠的力量和穩定的運動，導致液壓缸的工作效率降低，影響機械設備的正常運行。其次，漏油會造成油液的浪費，不僅會增加維護成本和油液的補充頻率，還會對環境造成污染，影響可持續發展。此外，漏油還會引發其他故障和損壞。例如，液壓缸的導向套被漏出的液壓油污染，可能導致導向套磨損加劇、密封圈老化失效等，進一步影響液壓缸的工作性能和壽命。

2? ?液壓缸導向套靜密封漏油原因及解決措施

工程機械液壓缸的導向套發生靜密封漏油故障時，常見的原因可以綜合為以下幾點：一是密封件損壞或老化。二是導向套材質問題。若導向套本身的材質選擇不當或質量不合格，不能有效密封將導致泄漏。三是安裝不當。四是過度磨損或破損。五是油液被污染。六是導向套安裝位置存在問題。七是油液溫度與黏度不符合要求。綜合工程機械液壓缸的導向套靜密封漏油故障成因，本文從對靜密封疲勞失效、密封老化、裝配缺陷3個方面進行失效模式分析。

2.1? ?靜密封疲勞失效

液壓缸導向套靜密封中通常采用O形圈，O形圈是一種常見的密封元件，由圓環狀的橡膠或彈性塑料制成，斷面呈正圓形[2]。主要作用是在兩個或多個密封表面之間形成有效的密封，防止液體或氣體的泄漏。液壓缸靜密封疲勞失效主要包括O形圈永久變形、O形圈磨損、O形圈物質析出、O形圈沖擊損壞，如圖2所示。

2.1.1? ?O形圈永久變形

O形圈的應用環境若存在長時間的高壓應力、高溫，或者長時間暴露在化學物質腐蝕下，極易導致O形圈發生熱老化或遭受侵蝕，發生永久變形。此外，錯誤的安裝可能使O形圈承受額外的應力，選擇不當的O形圈材料，可能導致O形圈的形狀或尺寸產生永久性變化，無法恢復到原始狀態。

解決措施如下：需要根據應用場景，選擇不同材質的O形圈。例如應用于高溫和強腐蝕環境下的密封，可選用FKM（氟橡膠）材質的O形圈。在室外環境使用或著對耐老化性要求較高的工況下，可采用EPDM（乙丙橡膠）材質的O形圈。在重載工況時，可選取PU（聚氨酯）材料的O形圈。此外，還需要將O形圈的壓縮率控制在15%～30%之間，避免過度壓縮或壓縮不足，并確保O形圈的正確安裝。

2.1.2? ?O形圈磨損

O形圈的材質選擇不合理或導向套密封槽底尺寸設計不合理，均有可能導致O形圈被過度壓縮、拉伸、旋轉或扭曲。缸筒內孔粗糙度超差，則會導致O形圈與缸筒和密封表面產生過大摩擦損耗。

解決措施如下：在進行O形圈靜密封設計和使用時，需要合理選擇材料，并科學控制靜密封安裝位置的間隙與尺寸，并充分保障缸筒內孔粗糙度滿足要求。一般而言，液壓缸內孔的表面粗糙度（Ra值）控制在0.4～0.8μm之間。對于靜密封溝槽底面、側面，粗糙度應分別控制為Ra0.6μm、Ra3.2μm，以確保提供足夠的密封性，同時又不會增加過多磨損。除了需要考慮表面粗糙度之外，還要充分考慮其他表面參數如波動度、平面度、圓度等參數的控制，可根據具體需求以及相關行業標準和規范如ASME、ASTM、ANSI等進行控制。

2.1.3? ?O形圈物質析出

一些介質中含有的沉淀物、溶解物或添加劑，可能會與O形圈材料發生反應，產生的液體、氣體或固體物質。這些附著物或沉積物附著在O形圈表面，會使其產生例如掉渣、收縮等的現象。導致這一問題的主要原因是選用了劣質O形圈或O形圈的使用超過了規定壽命。

解決方法如下：在選擇O形圈材料時，應選用具有較高耐化學性的材料，以減少物質析出問題的發生。另外，定期清洗、維護液壓系統也是防止物質析出的重要措施之一。同時應定期進行O形圈的抽樣調查，利用脈沖試驗對O形圈使用情況進行分析，根據情況及時換新。

2.1.4? ?O形圈沖擊損傷

液壓系統中的油壓劇烈波動時會產生沖擊力，在沖擊力的作用下，O形圈會在短時間內承受很大的壓力和摩擦。長期的沖擊作用會造成O形圈變形、潰裂甚至破壞，從而導致靜密封件的損壞。

解決方法如下：增加緩沖裝置用，以降低壓力沖擊。需要根據壓力等級選取適合材料，控制配合間隙；完善液壓系統的調節和控制；選用耐沖擊的材料制作O形圈。

2.2? ?密封老化

導向套靜密封中O形圈的主要材料為橡膠，其所處的工作環境可能存在高溫、高壓、腐蝕性物質等。在長時間使用條件下，加上O形圈使用的材料質量差、耐高溫與耐腐蝕性能差等，會造成導向套靜密封彈性減弱，無法有效地回復到原始形狀，表面出現龜裂、斷裂或變色等現象。密封老化會造成O形圈的壽命縮短、密封性能下降，導致密封效果變差，最終引起泄漏問題發生。

解決方法如下：一是根據工作環境的要求選擇合適的材料。二是避免O形圈暴露在高溫、強酸、強堿等惡劣環境中，并通過降低溫度、控制介質的酸堿度來延緩O形圈老化。三是定期維護檢查，及時對老化、損壞的O形圈進行更換。四是制定詳盡、具體的維護計劃，按照一定周期進行檢查和更換，若需長期保存則采用密封包裝，并將室溫控制在30℃以下，避免強光照射。五是在安裝時適量涂抹潤滑劑，以減少O形圈與導向套的摩擦，降低摩擦系數、減少磨損。六是加強設計和制造質量控制，注重尺寸精度、表面光潔度等要求，減少O形圈在工作過程中的摩擦和磨損。

2.3? ?裝配缺陷

裝配缺陷發生的原因可以歸結為兩個方面：一是尺寸不匹配。其可能是由零件制造過程中的工藝問題或測量誤差引起。例如，缸套和活塞之間的尺寸差異過大，造成密封墊圈無法緊密貼合，從而導致密封失效。二是安裝操作不當、裝配潤滑不良或清潔不徹底。如操作員在安裝密封件時，可能沒有正確定位、固定或壓入密封件。裝配過程中導致密封損傷如圖3所示。

解決方法如下：對液壓缸裝配人員加強培訓與教育，提高他們的專業知識和技能，使他們能夠正確地進行O形圈的安裝。操作人員要掌握正確的安裝順序、正確的力量和工具使用技巧，明確安裝過程中需要注意的問題等。要選用合適的工具和設備，以避免工具不當對O形圈造成損壞。加強對O形圈的質量控制，對其進行抽樣檢驗和尺寸檢查，確保每個O形圈都符合要求。建立完善的記錄系統，追蹤每個安裝過程中使用的O形圈的質量情況。在安裝過程中，使用適當的潤滑劑以減少摩擦和磨損。合理利用潤滑劑測試儀，檢測潤滑劑的性能和適用性，幫助選擇合適的潤滑劑。正確使用潤滑槍，保證潤滑劑精確地被注入液壓系統的關鍵部位。定期檢查液壓缸中的O形圈，及時發現老化、損壞或變形的O形圈并進行更換。

3? ?防漏設計要點

3.1? ?精密封O形圈材質選用

工程機械液壓缸精密封O形圈材質選擇，應根據主機壓力、溫度、偏載等工況情況，結合液壓缸的設計尺寸以及裝配方法進行綜合考慮[3]。常見的材質及其應用場景、硬度選擇如表1所示。

3.2? ?擋圈的選用

當液壓缸的壓力和需要密封的零件的配合間隙超出O形圈的承受極限時，可以使用擋圈來限制壓力和配合間隙[4]。擋圈的凸起或凹槽可以與其他零件的配合面相匹配，以提供額外的密封效果。此外，為了防止零件在使用過程中發生意外移動或旋轉，或需要提供額外的支撐和穩定性時，也可選用擋圈。常見擋圈的結構型式如表2所示。

3.3? ?液壓缸的抗偏載設計要點

當液壓缸存在側向載荷時，會導致精密封疲勞失效的速度加快。為了確保液壓缸在存在側向載荷時的正常運行，延長精密封的壽命，需要注意以下幾個方面：

首先，液壓缸的強度設計至關重要。要考慮側向載荷對密封元件和相關部件的影響，使用高強度材料并對對其進行加固，以確保液壓缸具備足夠的強度和剛度來承受側向載荷。

其次，合理的導向設計對減小側向載荷對密封元件的影響至關重要。可采用滾動軸承、直線導軌等導向元件，提供穩定的軸向和徑向支撐，確保液壓缸在側向載荷下仍能保持穩定和準確的運動。

最后，對液壓系統進行定期的調試和維護也是非常重要的，包括定期檢查液壓系統的工作狀態，定期更換液壓油和濾芯，以減少側向載荷對精密封的影響，延長密封的使用壽命。

3.4? ?靜密封位置選擇及安裝

靜密封的位置設計應綜合液壓缸的工序需求進行確定。應盡量避免靜密封設計位置距離油口位置過近，并盡量遠離長倒角，以免靜密封在使用時在壓力作用下被擠出，導致漏油現象。此外，為避免靜密封安裝時發生切口現象，需要在密封的位置增設倒角以輔助靜密封的安裝。

4? ?結束語

由于工程機械工作環境惡劣和不可避免的振動、摩擦等因素，導致液壓缸導向套靜密封漏油故障時有發生。該故障不僅會導致機械性能下降，還可能造成設備損壞和安全事故。本文針對工程機械液壓缸導向套靜密封漏油故障成因進行詳細分析，闡述精密封O形圈材質與擋圈選用、液壓缸抗偏載設計以及靜密封位置的選擇與安裝等設計要點，以期提高液壓缸導向套靜密封的可靠性，避免漏油故障的發生。

參考文獻

[1] 金全明，陳向兵，李永奇. 起重機垂直液壓缸導向套處漏油故障排除[J].液壓氣動與密封，2020，40（8）：87-89.

[2] 趙黎明，宋順利，郭建偉，等. 某液壓缸內置通油管處O形密封圈漏油問題的解決[J].液壓氣動與密封，2022，42（6）：51-53+56.

[3] 遲曉寧，郭學平，陳張斌，等.基于ANSYS的O形圈活動量對密封性能影響探究[J].潤滑與密封，2023，48（3）：96-102.

[4] 林超，馬理，王昊，等.幾種典型的彈性擋圈安裝工藝研究[J].中國高新科技，2023（7）：124-125.