液壓系統(tǒng)管路接頭密封性能改進(jìn)

曾 毅,孟昭龍,于冬威,郭 棒

(1.北京航天發(fā)射技術(shù)研究所,北京 100076;2.北京特種工程設(shè)計(jì)研究院,北京 100028;3.文昌衛(wèi)星發(fā)射中心,海南 文昌 571300;4.西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,四川 西昌 615000)

0 引言

液壓系統(tǒng)以其靈活高效、經(jīng)久耐用、高度集成化、單位體積推力大等技術(shù)優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于特種車輛行業(yè)。對于工況復(fù)雜的移動(dòng)車輛來說,液壓設(shè)備在運(yùn)行過程中發(fā)生的“跑冒滴漏”問題,一直是影響液壓系統(tǒng)正常工作的難點(diǎn)之一。

根據(jù)故障頻次統(tǒng)計(jì),某特種車液壓系統(tǒng)管路滲漏油問題占液壓系統(tǒng)故障總數(shù)的80%以上,且基本上為端面密封圈處的外泄漏。油液泄漏不僅影響外觀、污染環(huán)境,嚴(yán)重時(shí)更會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。

本文圍繞特種車液壓系統(tǒng)管路漏滲油現(xiàn)象進(jìn)行深入研究分析,通過設(shè)計(jì)一種新型過渡接頭,在盡量保持原有系統(tǒng)管路的情況下,實(shí)現(xiàn)了有效提高接頭密封、降低管路滲漏故障的目標(biāo)。

1 液壓系統(tǒng)管路滲漏機(jī)理分析

液壓系統(tǒng)管路采用37°球形接頭,密封形式如圖1所示。其漏點(diǎn)集中在旋入直通接頭的端面密封圈處,而旋入直通接頭端面密封失效的主要原因是由于車輛在復(fù)雜路面行駛中產(chǎn)生的振動(dòng),引起了旋入直通接頭松動(dòng)導(dǎo)致金屬密封圈的密封比壓下降,接頭密封面間隙增大進(jìn)而產(chǎn)生油液滲漏。

圖1 37°球形接頭密封形式

為了保證管路的可靠密封,密封件既要有足夠的彈性變形填滿密封面上的微觀不平處,還要有足夠的剛度以防止在高壓介質(zhì)的作用下被擠入表面間隙內(nèi)。密封件受擠壓而產(chǎn)生壓縮變形,并在密封面上產(chǎn)生接觸應(yīng)力。當(dāng)介質(zhì)壓力小于密封件因壓縮而產(chǎn)生的表面接觸應(yīng)力時(shí),該處就能形成可靠密封。

接頭端面密封使用的金屬密封圈靠安裝時(shí)的預(yù)壓縮而獲得初始變形和接觸應(yīng)力,如圖2所示。接頭裝配后在振動(dòng)環(huán)境下,金屬密封圈的壓縮量減小,由于金屬密封圈變形較小,因此密封預(yù)緊力將逐漸減少甚至消失。當(dāng)密封介質(zhì)壓力大于密封件對表面的接觸應(yīng)力時(shí),則密封機(jī)能喪失,就會(huì)出現(xiàn)接頭密封處漏油的故障。

圖2 金屬密封圈的靜密封原理

2 對原有管路的改進(jìn)

2.1 通用24°錐形接頭介紹

目前國際通用的24°錐形接頭由于采用彈性軟密封,具有耐高壓、沖擊和振動(dòng),密封損壞后更換密封圈就可重新使用等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在國內(nèi)外大量使用。

24°錐密封形式如圖3所示,當(dāng)旋入直通接頭旋進(jìn)塊體后,接頭柱端的ED圈貼緊塊體端面,起到密封作用。因ED圈為橡膠密封圈,變形量大,可以通過控制接頭的擰緊力矩較為準(zhǔn)確地控制壓縮量,使得密封圈有較大的補(bǔ)償量,因此在振動(dòng)條件下密封性能大大增強(qiáng)。

圖3 24°錐形接頭密封形式

2.2 新型37°球形接頭設(shè)計(jì)

由于37°球形接頭和24°錐形接頭相互間不通用,無法直接替換。若采用24°錐形接頭,則硬管需要重新配制,工期長、費(fèi)用高。借鑒端面軟密封的思路,將旋入直通接頭端面密封更換為軟密封圈。又金屬密封圈高度較高,若直接采用橡膠密封圈替代則同樣高度的橡膠密封圈容易發(fā)生擠壓變形,操作性和可靠性差。

因此,在綜合考慮可靠性、操作性和經(jīng)濟(jì)性的情況下,設(shè)計(jì)了一種新型37°球形接頭。基本思路為:旋入端采用ED圈密封,另一端仍為37°。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了原接頭下墊銅墊圈后的高度,因此實(shí)際改造時(shí)無需改變閥箱內(nèi)管路,只需將原接頭和銅墊圈由帶ED圈的旋入直通接頭代替即可,如圖4-圖6。

圖4 修改后端直通密封形式

圖5 旋入直通接頭更改前

圖6 旋入直通接頭更改后

3 試驗(yàn)驗(yàn)證情況

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

試驗(yàn)的主要目的如下:

1)在常溫下進(jìn)行靜壓及壓力沖擊試驗(yàn),檢驗(yàn)新型37°球形接頭與37°管接頭的密封性能;

2)在-40 ℃低溫下進(jìn)行靜壓及壓力沖擊試驗(yàn),檢驗(yàn)新型37°球形接頭與37°管接頭的低溫工作時(shí)的密封性能;

3)在低溫-50 ℃存儲(chǔ)后恢復(fù)到常溫進(jìn)行靜壓及壓力沖擊試驗(yàn),檢驗(yàn)新型37°球形接頭與37°管接頭的低溫存儲(chǔ)后的密封性能;

4)在+60 ℃高溫下進(jìn)行靜壓及壓力沖擊試驗(yàn),檢驗(yàn)新型37°球形接頭與37°管接頭的高溫工作時(shí)的密封性能;

5)在+65 ℃存儲(chǔ)后恢復(fù)到常溫下進(jìn)行靜壓及壓力沖擊試驗(yàn),檢驗(yàn)新型37°球形接頭與37°管接頭的高溫存儲(chǔ)后的密封性能;

6)在振動(dòng)環(huán)境下(模擬四級公路跑車路況)進(jìn)行靜壓及壓力沖擊試驗(yàn),檢驗(yàn)新型37°球形接頭與37°管接頭的抗振動(dòng)密封性能。

3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將已經(jīng)配置好的原閥箱中閥組的油口更換成新設(shè)計(jì)的37°錐形密封接頭,并將對應(yīng)出口的12根管路配置在12管夾之中,如圖7、圖8所示。配置完成后,按圖9搭建試驗(yàn)臺,開展閥箱測試。

圖7 閥組

圖10 低溫試驗(yàn)

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

閥箱按照設(shè)計(jì)工況開展了常溫工作、高低溫存儲(chǔ)、高低溫工作、振動(dòng)沖擊等試驗(yàn)后,各接頭密封良好,無滲漏情況,驗(yàn)證了方案的可靠性和有效性。

4 結(jié)論

采用新型37°接頭完成了47臺車輛液壓管路的改造,并隨整車完成了低溫-40 ℃工作,-45 ℃存儲(chǔ),高溫+60 ℃工作,+65 ℃存儲(chǔ)和4000公里的跑車試驗(yàn)。改進(jìn)后的液壓管路密封性能良好,未發(fā)現(xiàn)管路滲漏現(xiàn)象,密封性能得到有效的改進(jìn)。