液壓系統(tǒng)泄漏形式、原因及解決措施
液壓系統(tǒng)中,泄漏影響產(chǎn)品的質(zhì)量,是必須要考慮的問題。例如液壓缸,嚴(yán)重的泄漏不僅會(huì)使設(shè)備周圍的環(huán)境受到污染,還會(huì)導(dǎo)致液壓缸工作腔的壓力降低,使液壓缸無法正常工作。采取比較先進(jìn)的方法,有效地防止泄漏，使液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“零泄漏”是液壓行業(yè)多年來始終追求的目標(biāo)。另外,準(zhǔn)確地分析液壓系統(tǒng)泄漏產(chǎn)生的最初原因,可以幫助我們及時(shí)排除液壓系統(tǒng)的泄漏故障。作為機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，我們通過對(duì)《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程的學(xué)習(xí)以及查閱相關(guān)資料，結(jié)合自己專業(yè)實(shí)習(xí)、工程訓(xùn)練和日常生活中的所見和所想，就常見泄漏故障問題，分析了液壓傳動(dòng)的泄漏形式及原因，提出控制泄漏的措施。
相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng),液壓傳動(dòng)是一門新的技術(shù)，起源于1654年帕斯卡提出的靜壓傳動(dòng)原理。它是以液體為工作介質(zhì)，通過能量轉(zhuǎn)換裝置來進(jìn)行能量傳遞的一種傳動(dòng)形式。液壓傳動(dòng)具有如下優(yōu)點(diǎn):①工作液體可以用管道輸送到任何位置;②執(zhí)行元件的布置不受方位限制,借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu);③液壓傳動(dòng)能將原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng);④可以方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速;⑤載荷控制、速度控制以及方向控制容易實(shí)現(xiàn),也容易進(jìn)行集中控制、搖控和自動(dòng)控制;⑥液壓傳動(dòng)平穩(wěn)無振動(dòng);⑦具有良好的潤(rùn)滑條件可提高液壓元件工作的可靠性和使用壽命;⑧液壓元件有利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。因此，液壓傳動(dòng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中得到了廣泛的應(yīng)用。
但液壓傳動(dòng)也存在著一些缺點(diǎn)：①存在液體流動(dòng)的阻力損失、油液的泄漏以及機(jī)械摩擦,故效率較低;②對(duì)控制工作溫度要求較高;③由于工作液體的泄漏和可壓縮性,液壓系統(tǒng)的剛性較差使液壓系統(tǒng)無法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比;④對(duì)工作液體的使用維護(hù)要求十分嚴(yán)格;⑤液壓元件成本較高;⑥液壓系統(tǒng)的故障判斷和處理較難,要求工作人員技術(shù)水平和專業(yè)知識(shí)較高。其中工作液體的泄漏一直是不可避免的問題，其解決方法也是各行各業(yè)研究的重點(diǎn)之一。
泄漏形式
泄漏按流向可分為內(nèi)泄漏和外泄漏。外泄漏主要是指液壓油從系統(tǒng)泄漏到環(huán)境中，產(chǎn)生在液壓系統(tǒng)的液壓管路、液壓閥、液壓缸和液壓泵(液壓馬達(dá))的外部;內(nèi)泄漏是指由于高低壓側(cè)的壓力差的存在以及密封件失效等原因，使液壓油在系統(tǒng)內(nèi)部由高壓側(cè)流向低壓側(cè)，如液壓傳動(dòng)中油液從高壓腔向低壓腔的泄漏;從換向閥內(nèi)壓力通道向回油通道的泄漏等。泄漏的主要形式有縫隙泄漏、多孔隙泄漏、粘附泄漏和動(dòng)力泄漏等。
1.縫隙泄漏
工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的縫隙泄漏主要有兩種,固定密封處(靜接合面)泄漏和運(yùn)動(dòng)密封處(動(dòng)結(jié)合面)泄漏。固定密封處泄漏的部位主要包括液壓缸缸蓋與缸筒的接合處等;運(yùn)動(dòng)密封處主要包括液壓缸活塞與缸筒內(nèi)壁、活塞桿與缸蓋導(dǎo)向套之間。縫隙泄漏量的大小與壓力差、間隙等因素有關(guān)。
2.多孔隙泄漏
液壓元件中的各種蓋板，由于表面粗糙度的影響，兩表面之間不可能完全接觸，在兩表面不接觸的微觀凹陷處，形成許多截面形狀多樣、大小不等的空隙，空隙的截面尺寸與表面粗糙度有關(guān)。多空隙泄漏，液體需流經(jīng)彎曲的眾多空隙，在做密封性能試驗(yàn)時(shí)，需經(jīng)一定的保壓時(shí)間，泄漏才能顯露出來。
3.粘附泄漏
粘性液體與固體臂之間有一定的粘附作用，二者接觸后，在固體表面上粘附上薄薄的一層液體，若固體表面上的膜較厚時(shí)，油膜會(huì)因相互運(yùn)動(dòng)而被密封圈刮落產(chǎn)生粘附泄漏。防止粘附泄漏的基本辦法是控制液體粘附層的厚度。
4.動(dòng)力泄漏
在旋轉(zhuǎn)軸的密封表面上，若留有螺旋加工的痕跡，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液體在轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)力的作用下沿螺旋痕跡的凹槽流動(dòng)。若螺旋痕跡的方向與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致時(shí)，由于螺旋痕跡的“泵油”作用，就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力泄漏。動(dòng)力泄漏的特點(diǎn)是軸的轉(zhuǎn)速越高，泄漏量越大。防止動(dòng)力泄漏，應(yīng)避免在轉(zhuǎn)軸的密封表面和密封圈的唇邊上存在"泵油"作用的加工痕跡或利用動(dòng)力泄漏的原理，利用螺旋痕跡的泵油作用，將泄漏油泵回，阻止泄漏。
泄漏的原因
液壓系統(tǒng)產(chǎn)生泄漏的原因多而復(fù)雜，本文主要從密封件泄漏、工作油液污染、元件制造裝配精度超差、油液溫升發(fā)熱以及液壓系統(tǒng)壓力沖擊等方面歸納分析。
(1)密封件方面：在液壓缸中,一提及泄漏就會(huì)首先考慮到密封件,因?yàn)槊芊饧且簤焊字凶钪饕姆乐剐孤┑脑?。它主要有YX型密封圈、組合密封圈、U型密封圈、V型密封圈、O形圈、格來圈、斯特封等。其中YX型密封圈、組合密封圈、U型密封圈主要靠在壓力油的壓力作用下產(chǎn)生張力,使內(nèi)、外唇邊張開來實(shí)現(xiàn)密封的,對(duì)內(nèi)、外唇邊線性質(zhì)量要求很高;V型密封圈、O形圈、格來圈、斯特封主要靠壓縮量來密封。密封件的物化性能等方面的質(zhì)量直接影響液壓缸產(chǎn)品的質(zhì)量。密封件泄漏的原因主要有以下幾方面：①密封件質(zhì)量有問題。密封件材質(zhì)為劣質(zhì)，且制造工藝和精度都達(dá)不到要求，以及模具和修邊均有缺陷等。②密封件選用不合理。選用的密封件不能滿足工作壓力、工作速度和溫度等方面的要求，或者密封件的類型選用不當(dāng)。③密封件的安裝溝槽設(shè)計(jì)不當(dāng)，安裝間隙與壓縮量選擇不合理;配偶件的加工精度和表面粗糙度未達(dá)到要求;安裝時(shí)未加保護(hù)而損傷唇口或使外界雜物混入;貯存時(shí)溫度、濕度不當(dāng)，受氧和臭氧的侵蝕變質(zhì)等。④液體中的氣泡經(jīng)過密封唇邊時(shí)，氣泡被壓縮為原來尺寸的幾分之一。這種氣泡到達(dá)密封件的非壓力側(cè)時(shí)，便迅速釋放出能量，使密封唇邊損壞。另一方面，當(dāng)含有一定比例的油蒸汽的氣泡，因受壓達(dá)到足夠高的溫度時(shí)，就會(huì)自燃，以致燒壞或熔化支承環(huán)，甚至?xí)l(fā)生密封件的局部燒壞和碳化。
(2)油液污染：包括氣體污染、顆粒污染、水污染等。①氣體污染：在大氣壓下，液壓油中可溶解10%左右的空氣，在液壓系統(tǒng)的高壓下，在油液中會(huì)溶解更多的空氣或氣體?？諝庠谟鸵褐行纬蓺馀荩绻簤褐Ъ茉诠ぷ鬟^程中在極短的時(shí)間內(nèi)，壓力在高低壓之間迅速變換就會(huì)使氣泡在高壓側(cè)產(chǎn)生高溫在低壓側(cè)發(fā)生爆裂，如果液壓系統(tǒng)的元件表面有凹點(diǎn)和損傷時(shí)，液壓油就會(huì)高速?zèng)_向元件表面，加速表面的磨損，引起泄漏，此種由空穴現(xiàn)象造成的腐蝕作用稱為氣蝕。②顆粒污染：由于試驗(yàn)臺(tái)被顆粒污染,導(dǎo)致泄漏的幾率很小,但在實(shí)際中仍然存在。液壓缸使用過程中,由于上述原因產(chǎn)生的顆粒,有的粘附在密封元件上,有的粘附在活動(dòng)面上,刮傷密封元件的密封面,導(dǎo)致密封元件失效,使液壓缸產(chǎn)生泄漏。這種故障通過除去未去干凈的毛刺,清洗各個(gè)元件,再更換密封元件就可排除;比較嚴(yán)重有的會(huì)“拉缸”,這種故障的排除就比較麻煩;更嚴(yán)重的可導(dǎo)致缸筒報(bào)廢。③水污染：由于工作環(huán)境潮濕等因素的影響，可能會(huì)使水進(jìn)入液壓系統(tǒng)，水會(huì)與液壓油反應(yīng)，形成酸性物質(zhì)和油泥，降低液壓油的潤(rùn)滑性能，加速部件的磨損，水還會(huì)造成控制閥的閥桿發(fā)生粘結(jié)，使控制閥操縱困難，劃傷密封件，造成泄漏。
(3)元件制造裝配精度超差：所有的液壓元件及密封部件都有嚴(yán)格的尺寸公差、形位公差等要求。如果在制造過程中超差，例如：油缸的活塞半徑、密封槽深度或?qū)挾?、裝密封圈的孔和尺寸超差或因加工問題而造成失圓、本身有毛刺或洼點(diǎn)、鍍層脫落等，密封件就會(huì)有變形、劃傷、壓死或壓不實(shí)等現(xiàn)象發(fā)生，使其失去密封功能，將使零件本身具有先天性的滲漏點(diǎn)，在裝配后或使用過程中發(fā)生滲漏。系統(tǒng)裝配粗糙，缺乏減振、隔振措施;系統(tǒng)超壓使用，未做到按規(guī)定對(duì)系統(tǒng)適時(shí)檢查及易損件壽命到期但未及時(shí)更換等都會(huì)造成系統(tǒng)泄漏。
(4)油液溫升過高：液壓系統(tǒng)工作時(shí)，要控制油液溫度，溫度過高，會(huì)產(chǎn)生以下現(xiàn)象：①多數(shù)情況下，當(dāng)油溫經(jīng)常超過60℃時(shí)，油液黏度大大下降，不僅使?jié)櫥湍ぷ儽?，摩擦力加大，磨損加劇，而且密封圈膨脹、老化、失效，結(jié)果導(dǎo)致液壓系統(tǒng)產(chǎn)生泄漏。據(jù)研究表明，油溫每升高10℃則密封件的壽命就會(huì)減半。②油液溫度升高后，體積膨脹，壓力升高，而泄漏隨壓力的升高而加大，從而使泄漏增加。③油溫升高使間隙脹縮變化。一般配合零件材質(zhì)不同，材料熱膨脹系數(shù)不同，當(dāng)油溫升高時(shí)，配合零件因脹縮變化不同，會(huì)使配合間隙發(fā)生變化，當(dāng)間隙變大時(shí)，造成泄漏增加。
(5)液壓系統(tǒng)壓力沖擊：液壓系統(tǒng)中由于頻繁換向，在較高壓力下突然啟動(dòng)油泵或關(guān)閉閥門及缸體快速動(dòng)作都會(huì)造成瞬時(shí)峰值壓力高達(dá)工作壓力的好幾倍，有時(shí)足以使密封裝置、管道或其它液壓元件損壞而造成泄露。
控制泄漏措施
造成工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的泄漏的因素是多方面綜合影響的結(jié)果，以現(xiàn)有的技術(shù)和材料，要想從根本上消除液壓系統(tǒng)的泄漏是很難做到的。只有從以上影響液壓系統(tǒng)泄漏因素出發(fā)，采取合理的措施盡量減少液壓系統(tǒng)泄漏。
(1)在設(shè)計(jì)和加工環(huán)節(jié)中要充分考慮影響泄漏的重要因素密封溝槽的設(shè)計(jì)和加工。美國(guó)汽車行業(yè)工程師協(xié)會(huì)(SAE)推薦以下兩種防止油口漏油的解決辦法。①SAE直螺紋“O”形圈油口：密封靠“O”形圈，連接靠直螺紋;②SAE4螺栓法蘭：適用于較大油口。另外，密封件的選擇也是非常重要的，密封表面的粗糙度通常靜密封表為Ra3.2～Ra1.6，動(dòng)密封表面為Ra0.8～Ra0.4。如果不在最初全面考慮泄漏的影響因素，將會(huì)給以后的生產(chǎn)中帶來無法估量的損失。
(2)在液壓油的污染控制上，要從污染的源頭入手，加強(qiáng)污染源的控制，還要采取有效的過濾措施和定期的油液質(zhì)量檢查。為有效地切斷外界因素(水、塵埃、顆粒等)對(duì)液壓油缸的污染，可加一些防護(hù)措施等。
(3)裝配方面。液壓系統(tǒng)裝配前，應(yīng)檢驗(yàn)元件的耐壓性能，檢查元件各結(jié)合面有無外滲漏現(xiàn)象，若出現(xiàn)滲漏，則應(yīng)采取相應(yīng)措施。只有當(dāng)所有元件不漏不滲后才可正式裝進(jìn)系統(tǒng)使用。液壓元件和液壓系統(tǒng)在進(jìn)行裝配時(shí)，要進(jìn)行嚴(yán)格清洗，去毛刺、除焊渣，并進(jìn)行必要的防銹蝕處理，嚴(yán)格按照裝配工藝要求進(jìn)行裝配，杜絕因裝配引起的間隙畸變和毛刺、焊渣及銹蝕物等形成的間隙磨料。
(4)減小液壓沖擊。常用的方法有：①盡量降低系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止和換向頻率;②對(duì)于需要頻繁換向的液壓系統(tǒng)，盡可能用帶阻尼器的換向閥;③在控制閥的前面設(shè)置蓄能器，減小沖擊波傳播的距離，從而減緩液壓沖擊;④加大管道通徑，盡量縮短管道長(zhǎng)度或采用橡膠軟管;⑤設(shè)置安全閥，系統(tǒng)壓力增大時(shí)，可起卸荷作用降低壓力沖擊。
(5)機(jī)械在磨合期容易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，這是由于部分鑄造、加工等缺陷在裝配調(diào)試時(shí)難于發(fā)現(xiàn)，但由于作業(yè)過程中的振動(dòng)、沖擊作用，這種缺陷就被暴露出來，故應(yīng)注意磨合期的滲漏情況，作到及早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。
(6)從技術(shù)上來看，國(guó)外正在生產(chǎn)配備有測(cè)試密封(旋轉(zhuǎn)密封)泄露量的傳感器的新型油封;并且主軸集成了摩擦密封與迷宮式密封優(yōu)點(diǎn)的氣動(dòng)密封也已問世;同時(shí)，U型橡膠件+ V型彈簧組成的可用于壓力45MPa的液壓系統(tǒng)“泛塞密封”等類型的組合密封件大行其道。
結(jié)束語(yǔ)
液壓系統(tǒng)中泄漏形式多樣，是液壓設(shè)備普遍存在的現(xiàn)象,原因也有多種，很難根除,應(yīng)從設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用等各方面認(rèn)真細(xì)致地加以解決。以上就是我們通過課程學(xué)習(xí)以及查閱相關(guān)資料，結(jié)合自己專業(yè)實(shí)習(xí)、工程訓(xùn)練和日常生活中的所見和所想，分析的有關(guān)液壓傳動(dòng)的泄漏形式及原因，并且提出控制泄漏的部分措施。
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