浅谈液压密封件的使用以及密封的漏油故障与排除

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本文是对液压密封件的使用以及密封的漏油故障与排除。主要内容有:对密封的基本要求、密封的分类、密封用材质的选择原则以及其性能介绍;还有就是对常用密封的漏油与故障排除,主要讲了密封漏油的原因,介绍了Y形、V形、O形密封圈的故障分析与排除。

1.密封简介

密封是防止工作介质泄露(内泄与外泄)和防止外界异物(如空气、尘埃和水分等)从外部侵入液压元件和液压系统结构。

虽然密封件是液压设备中的辅件,但密封的好坏对整台设备的使用的效率和性能都有很大的影响,它在一定程度上反映出产品的质量水平。密封与密封装置的好坏是直接影响到液压系统能否正常工作的关键之一。往往个别密封件的失效所造成的损失可能是密封件本身价值的千万倍。

密封的好坏在一定程度上已成为制约液压元件和液压系统性能和可靠性的提高,使用寿命的长短,以及影响到液压设备上档次上水平以及参与国际竞争的关键所在,这也是国内外液压元件质量差异的主要因素之一。

(1)对密封的基本要求

① 在使用条件下密封可靠  因为各种密封材质和使用条件往往不同,它们各适应于一定的使用压力范围和一定的使用温度区间,而对选定的密封件要保证在其使用条件下具有良好的密封性能,只要工作压力和温度不超出规定的范围,其密封性能应能保证。

② 摩擦因素小 密封在用作动密封时,往往在密封和相对运动之间,要产生摩擦力。好的密封既能密封可靠,又要摩擦因素小,以使运动阻力小。一方面可减少功率损耗,另一方面可延长密封件的使用寿命。

③ 使用寿命长 密封件在动密封是受到运动阻力—摩擦力的影响,会发生磨损,但磨损要小;静密封使用寿命要长,则应具有较好的防压缩非永久变形的能力;还有密封件(如钢件)的相容性好,才能保证长的使用寿命。

(2)密封件的分类

密封件可以分为静密封和动密封两大类。 被密封部位的两个偶合件之间不存在相对运动的密封成为静密封。好的静密封可彻底实现无泄漏,常用的静密封有O形密封圈、各种密封垫、密封胶等。

被密封部位运动的两个偶合件之间存在相对运动的密封称为动密封。动密封又分为往复运动密封和旋转密封两种。运动密封件主要有O形圈、V形、Y形、等。

(3)密封用材质及其性能

密封材料主要使用橡胶和合成树脂。由于各种材料性能特点不同,其性能特点不同,其用途也就有所不同。选用时需根据不同的使用条件和不同的使用条件作出合适的选择。

另外,某一材质的密封对被密封的某一工作介质(如矿物油等)表现较好的

密封性能,而对另一介质表现极差,这就是密封材料与液压油的相容性,可参考表1-1。表1-3为作液压密封用的橡胶类型。

还有,各种不同的密封材料对你不同的工作条件表现出不同的性能。有些耐热,有些不耐热;有些耐酸,有些耐碱,有些耐水,有些耐油;有些抗热,有些抗燃;有些耐低温,有些耐高温,如此等等。表1-4为常用密封材料的性能比较表,可在选用密封材质是参考。

2.常用密封的漏油故障排除

密封的主要故障是漏油,另外因密封不当与不良可能产生爬行的故障。密封漏油的原因有以下几点。

(1) 密封破损而产生漏油

的密封安装面、密封件材质质量不好、超出密封件所允许的使用压力和温度范围导致密封破损的原因有工作介质被污染、超载、不合格的沟槽尺寸和不合格以及与工作介质不相容等。

(2) 设计加工、安装、使用以及保管运输方面存在问题,导致漏油。

密封件无明显损坏而产生漏油主要是密封沟槽和密封件本身尺寸不合适,而产生过盈量不够,以及超出密封使用的温度范围所致。

(3) 各种密封不良产生的漏油

密封垫片与密封胶的漏油 密封垫片和密封胶多用于静密封。常用密封垫片有组合垫、紫铜垫及硬橡胶垫等。

油封的漏油 油封广泛用于旋转运动密封,油封内有一直角形环形骨架(金属)作支撑,外包橡胶一条螺旋弹簧将油封内唇收紧,密封唇口施加给轴径向力而实现密封。

(4) 零件加工质量不良产生的漏油

① 转轴材质不好,产生磨损而漏油。

② 轴的尺寸公差和形位公差超差。 ③ 轴表面粗糙度不恰当

④ 轴的加工方法不当:滚压加工或镀鉻层过厚,均不太适宜油封。

⑤ 倒角不好。

⑥ 油封外圈用的支承套圈尺寸超差。

⑦ 轴的热处理不好,硬度不适当。

⑧ 套圈内孔表面粗糙度过高,或内表面划伤。

⑨ 套圈材料选用不当。外周为金属的油封套圈材料应使用钢或铸铁,内周为橡胶的油封可用轻合金、塑料钢、铸铁等任何一种材料。

(5) 使用不当与环境条件差等原因产生漏油

① 使用的油封与被密封的工作介质不相容。

② 油封使用温度不当,导致橡胶软化或硬化以及老化龟裂;特别是决定油封密封能力的油膜厚度,油膜厚度过大,油封就会泄露,油膜厚度过小,发生干摩擦导致油封唇口的局部温升,发热而软化或硬化。

③ 使用时,油封润滑不良,行成干摩擦,尤其是当几个油封并列使用时,更容易产生油封烧坏。

④ 因油封压力过大等原因油封被冲破而漏油。

⑤ 油封周围温度过高,橡胶产生软化、膨胀和硬化、龟裂造成漏油。

⑥ 环境粉尘砂多,造成油封破损而漏油。

(6)Y形密封圈的形状的故障分析与排除

Y形密封圈的形状如图1-1所示。工作时因油压作用使两唇张开,各自贴紧在轴轴孔表面而起密封作用。所以装配时唇边要对有压力的油腔,反向无密封作用。Y形密封圈在使用过程中,主要故障表现在困油、翻转、挤出、根部磨损、异常声、尘埃损伤以及偏磨而导致密封件本身损坏和漏油等。

① 困油Y形密封为单向密封,如果间隙太大,压力又太高,会产生根部挤出现象;Y形密封圈作双向密封时需用两个密封圈背对背使用,此时由于泄漏在两个密封圈之间形成困油区,会将低压侧密封唇挤入间隙。两种情况下,当压力油反向时,楔入间隙的部分便被拉掉造成Y形密封根部或唇部缺损而产生漏油。具体措施有:加支撑环并在支撑环上开小孔可消除密封圈所受背压造成的困油现象,并防止密封唇部被挤入间隙而切掉。

② 翻转 运动时摩擦力产生的外力矩大于Y形密封圈本身的抗扭能力,密封圈会整周翻转或局部翻转,从而丧失密封能力。具体措施有:改进密封

本身结构,提高橡胶硬度或采用抗扭挡圈。

③ 挤出  密封的挤出是一种较普遍的故障。修理时时常可以发现密封因挤出而被拉掉Y形密封圈根部与唇部的现象。为了防止挤出,可提高橡胶硬度和采用加挡圈的方法。

④ 根部磨损  根部磨损的主要原因是预压缩量大。因此要注意密封圈的内外径尺寸密封沟槽尺寸,要合理选择密封圈的内外径与轴孔径及密封沟槽尺寸,并注意它们的配合。

⑤ 尘埃损坏 液压油中的污物及从活塞杆进入液压缸内的污物等,往往会使Y形密封圈产生异常磨损。因此除注意保持液压油的清洁外,应在活塞杆外伸端设置防尘圈

⑥ 裂纹 Y形密封圈在某些严酷条件下使用时,可能出现裂纹。可以通过选择适当的材质,并采用夹布橡胶Y形圈来解决。

⑦ 在压力超过20MPa时,要使用挡圈,以防挤入间隙被切掉而产生漏油。

⑧ 密封件的材质与液压油不相容。

(7)V形密封圈的故障分析与排除

V形密封圈是由多层涂胶织物压制而成,通常由三个(或多个)环叠在一起使用。一般压力大小于10MPa时,使用三个组成的一套已足够保证密封性。当压力更高时,只需适当增加中间密封环的数量(图1-2)。

① 压紧力不够,或者不能调节其大小  V形密封是靠压环将密封环压在支撑环上,是密封环略为胀开而实现密封的。当密封环磨损后便要漏油,可以通过加大压紧力与调大压紧力来进行补偿。所以V形密封装置一定要设置压紧力调节装置,否则会产生漏油。

② 夹布橡胶V形密封圈在低压区泄露  V形密封圈是解决高压下耐压密封而设计的,但这种密封在中低压区往往会产生漏油。作为解决办法可在不增加V形密封之密封环数量的情况下,采用非夹布的耐油橡胶密封环与夹布的橡胶密封环组合使用的方法。前者在压力较低时起密封作用,后者在压力较高时起密封作用,这样在压力范围内均可达到良好的密封。

③ 压紧力过大或压紧力不均匀而出现局部温升和磨损  这种磨损往往也是引起V型密封圈泄漏的主要原因之一。此时,应根据情况,适当减小压紧力,并使压紧力在圆周方向上分布均匀。

④ 压紧环和支撑环间隙过大引起泄露  在采用金属制造的压紧环合支撑环时,其内控与密封圈之间的间隙过大时,V形密封圈也会产生挤入间隙的现象,而造成密封破损。为防止这种现象发生,支撑环和压紧环的内径与被密封件的间隙要严格控制。

⑤密封环因污物毛刺拉伤唇部而漏油  此时除换新密封外,还需对油液的清洁度采取措施。

(8)O形密封圈的故障分析与排除

O形密封圈具有结构简单、易于制造、成本低廉等优点,因而它是液压中应用最普遍的动密封与静密封件。O形密封圈装入密封槽中,其截面通常产生15%~20%的压缩变形,所以它就对接触便面产生足够大的接触应力,从而起到阻止液体泄漏而产生密封作用。(图1-3)

图1-3  O形密封圈和装入沟槽情况

导致O形密封圈漏油等故障的原因包括设计,加工和装配使用等方面。有以下几点:

① O形密封圈沟槽设计不好引起的泄漏等故障。O形圈沟槽尺寸各参数的设计与选用,对密封性能和使用寿命影响很大。合理设计是保证可靠密封的前提,应引起高度重视。

② O形圈沟槽加工不良造成泄漏  所谓加工不良包括沟槽尺寸、密封表面粗糙度及密封沟槽的同轴度等未达到设计图纸要求。密封沟槽加工好后,应按图纸尺寸严格检查,不要注意大零件的其他尺寸,而忽略密封沟槽小范围内的尺寸。不合格者要返修或者报废。

③ 装配不良引起的泄漏  装入不合格的O形密封圈;装配时O形密封圈脱落错位,压紧后往往被压扁或切破,并且偏离被密封的位置,不能起密封作用;采用螺纹旋紧的缸盖,当缸体的螺纹内径比O形圈的外径小,装配时,牙尖将损坏O形圈;孔口未倒角,O形圈装入时会被孔口尖角和毛刺划破而漏油。

④ 密封材料与液压油不相容,产生漏油。

⑤使用条件不当造成的泄漏  被密封的压力过高或因冲击压力过大造成O形密封圈的泄漏;O形密封圈用于回转密封时,线速度不能太高,一般以0.3~0.5m/s为宜,否则会产生泄漏;使用中灰尘和污物侵入密封部位,损坏密封造成泄漏,除了采用防尘措施外,还应防止液压油的污染,以免硬性污物随油液流至密封部位,拉伤运动副和密封部位造成泄漏;使用中O形密封圈拧扭造成泄漏。

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