工程機(jī)械液壓系統(tǒng)密封件故障分析及預(yù)防措施

1、工程機(jī)械液壓系統(tǒng)密封件故障分析及預(yù)防措施【摘 要】 本文簡(jiǎn)要介紹了工程機(jī)械液壓系統(tǒng)密封件故障的表現(xiàn)形式，著重分析密封失效的原因，重點(diǎn)介紹了密封失效的預(yù)防措施?！娟P(guān)鍵詞】 液壓系統(tǒng) 密封失效 裝配要點(diǎn) 使用要求 預(yù)防措施一、液壓系統(tǒng)故障現(xiàn)象我處歷時(shí)三年對(duì)貴陽礦山機(jī)器廠的W460挖掘機(jī)、長(zhǎng)江挖掘機(jī)W160、日本生產(chǎn)的D80推土機(jī)，前蘇聯(lián)生產(chǎn)的T170推土機(jī)、柳州工程機(jī)械廠生產(chǎn)的ZL50裝載機(jī)等共41臺(tái)工程機(jī)械進(jìn)行了實(shí)機(jī)試驗(yàn)，累計(jì)達(dá)到44771小時(shí)，收集各種故障維修資料共計(jì)1248個(gè)，其中液壓系統(tǒng)故障資料294個(gè)（見表一），經(jīng)過對(duì)資料的分析整理，確定典型故障241項(xiàng)（見表二）。表一 三種機(jī)械故障數(shù)據(jù)

2、統(tǒng)計(jì)表機(jī)型整機(jī)液壓系統(tǒng)液壓泵液壓缸閥管路推土機(jī)3143202306挖掘機(jī)57116811463278裝載機(jī)363945301640合計(jì)1248294169948124表二 三種機(jī)型液壓系統(tǒng)故障模式統(tǒng)計(jì)表機(jī)型故障模式部位數(shù)量推土機(jī)防塵圈損壞液壓缸1活塞桿磨損液壓缸1密封損壞液壓缸21接頭松動(dòng)油管1油箱漏油油箱3合計(jì)27裝載機(jī)閥桿卡死操縱閥1閥桿磨損操縱閥1密封損壞泵缸閥41閥體裂紋操縱閥1接頭松動(dòng)油管6油管破裂油管15散熱器損壞散熱器9合計(jì)74挖掘機(jī)操縱閥損壞操縱閥1彈簧折斷操縱閥1閥桿卡死操縱閥3工作泵磨損工作泵2馬達(dá)損壞馬達(dá)1馬達(dá)軸斷馬達(dá)1活塞桿折斷液壓缸1活塞桿拉傷液壓缸1活塞脫落液壓缸1

3、密封損壞泵缸閥66接頭松動(dòng)油管12油管破裂油管25散熱器損壞散熱器25合計(jì)140從表二可以看出，液壓系統(tǒng)的故障主要集中在密封件損壞，約占系統(tǒng)故障的55.6%，故障大部分是分布在液壓系統(tǒng)液壓缸、泵、閥處的密封失效。二、密封機(jī)理與密封失效密封的作用主要是依靠密封受壓變形張緊在兩偶件之間，防止工作介質(zhì)的泄漏防止外界異物如空氣、灰塵和水等進(jìn)入液壓組件和液壓系統(tǒng)。密封裝置的好壞直接影響液壓傳動(dòng)裝置工作的優(yōu)劣。為此，要求我們?cè)O(shè)計(jì)加工時(shí)必須正確的選擇密封的形式和密封圈的形狀、種類，正確設(shè)計(jì)密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和精度，正確選擇密封圈的材料等。裝配使用密封時(shí)，要根據(jù)使用要求和密封的工作條件選用密封，按裝配方法進(jìn)行

4、裝配以免造成密封失效。密封的故障主要因密封件損壞產(chǎn)生漏油、另外因密封不當(dāng)產(chǎn)生爬行。密封件的初始過盈量不夠是引起低壓泄漏的主要原因。這可能是密封溝槽過大或密封件徑向截面尺寸過小的結(jié)果，在此情況下，流體被迫在密封起作用前通過唇部，溫度過低也可以使過盈量減少，這是密封收縮并失去彈性使密封面變形，另外密封溝槽上的微細(xì)拉傷裂紋也會(huì)引起密封件的低壓泄漏。引起高壓泄漏的原因除了密封溝槽與密封件之間的軸向間隙不夠的結(jié)果。密封件損壞主要原因是因流體被污染，超載，不合格引起的，損壞主要為過渡磨損擠出破裂等。因密封件故障而產(chǎn)生爬行的原因有： 受密封材質(zhì)和油溫度等因素的影響，密封動(dòng)靜摩擦系數(shù)之差大； 金屬零件的密封表

5、面粗糙度大； 在密封接觸表面上不能充分形成潤(rùn)滑油膜； 密封溝槽尺寸不對(duì)，或因安裝與運(yùn)行方向不同心，密封件在槽內(nèi)扭曲翻轉(zhuǎn)，造成摩擦阻力變化； 因密封不好而進(jìn)空氣或因內(nèi)外泄漏增大時(shí)均有可能產(chǎn)生爬行。三、工程機(jī)械液壓系統(tǒng)主要密封件失效正如前述統(tǒng)計(jì)資料表明的，液壓密封系統(tǒng)失效是工程機(jī)械產(chǎn)生其他故障的主要原因，而且橡膠密封件失效更是占據(jù)了總故障的大半。因此，作為工程機(jī)械的操作使用和管理者，我們側(cè)重分析液壓系統(tǒng)橡膠密封件失效的原因，從使用和維修角度加以說明其預(yù)防措施。1、橡膠密封件的常見失效形式。 老化、龜裂：彈性、強(qiáng)度及抗溶脹性下降，密封件發(fā)粘、變硬和變脆等。 扭曲變形：密封件出現(xiàn)局部翻轉(zhuǎn)，麻花形扭曲，

6、沿圓周面塑性變形不均，局部出現(xiàn)不規(guī)則凹槽和凸起等。 表面嚴(yán)重磨損：密封件密封表面出現(xiàn)偏磨，沿軸向有凹凸不平的劃痕，沿圓周方向有深淺不同的溝槽，以及唇口外翻，呈“喇叭形”軸向溝槽狀磨損等； 機(jī)械性損傷：唇口撕裂，局部嚴(yán)重變形，密封表面被銳器損傷，局部出現(xiàn)凹凸不平以及斷裂等； 膨脹變形：唇口軟化、發(fā)粘和局部剝離等； 局部燒蝕、碳化：防擠環(huán)、支撐環(huán)燒蝕，唇口碳化、燒結(jié)等。2、導(dǎo)致橡膠密封件失效的原因及預(yù)防排出措施 選型及裝配質(zhì)量：選型不當(dāng)或使用不合格的密封件（如唇口不好、局部變形老化、自緊彈簧銹蝕或尺寸不合適）常會(huì)出現(xiàn)換一個(gè)壞一個(gè)的現(xiàn)象。安裝時(shí)因裝配不好（強(qiáng)行壓入）造成密封表面被花鍵、螺紋等銳邊處的

7、毛刺劃傷等，使密封漏油失效。選用密封件事，應(yīng)根據(jù)密封的類型，工作介質(zhì)的種類、壓力、溫度以及被密封的兩偶件之間的相對(duì)運(yùn)行速度合理選擇密封件的形狀、種類和材料等。裝配前要特別小心，先檢查密封件是否過期、老化和變形；同時(shí)，要徹底清潔各密封表面，裝配場(chǎng)所應(yīng)無污染、無灰塵風(fēng)沙。裝配時(shí)，不要用錘子直接敲打密封件，應(yīng)用專用工具裝配夾具壓入，以保證密封件與軸的同軸度要求，特別是軸上有花鍵、鍵槽、螺紋等開口部分，要用引導(dǎo)套裝入，嚴(yán)禁強(qiáng)行壓入。如果軸徑相同，則至少應(yīng)在軸的鍵槽、花鍵等處貼上橡膠帶或乙烯膠帶進(jìn)行裝配。 油液選用不當(dāng)及污染油液選用是否適當(dāng)，主要表現(xiàn)在工作介質(zhì)與橡膠密封材料相容性方面（見表三）。如果所用

8、的油液與密封的相容性差，將加速橡膠變質(zhì)、老化、膨脹以及產(chǎn)生不沉性油泥，加速密封件的磨損，造成密封失效。表三 液壓油與橡膠密封材料的相容性油料材料HM抗磨液壓油HFAS高水基液HFB油包水乳化液HFC水乙醇液HFDR磷酸酯合成液氟膠OOOOO硅膠OOOOO天然膠×O×OO氟丁膠OOOO×丁腈膠OOOO×丁基膠×××OO乙丙膠×O×OO聚脲膠OO×××：不適應(yīng) O：適應(yīng) ：有條件適應(yīng)油液污染嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致密封件發(fā)生磨料磨損、腐蝕磨損以及引起老化、龜裂、膨脹變形等，所以在使用過程中必

9、須及時(shí)檢查油液的污染度，合理確定換油周期，確保液壓油的使用性能。換油指標(biāo)見表四所示。表四 液壓油換油指標(biāo)指標(biāo)運(yùn)動(dòng)粘度(40/s)酸值增加mgKOH/g色相ASTM密度不溶解成份%固體顆粒污染度Mg/100ml水分%閃點(diǎn)變化(開口)換油指標(biāo)±100.340.05以下0.050.1100.1-60外觀鑒別若油液變黑暗、渾濁或呈乳白色，以及顏色無變化，但嚴(yán)重渾濁時(shí)，均應(yīng)更換另外，通過檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過濾、凈化沉淀的新油其污染度往往超過規(guī)定要求。新油的污染主要是在煉制、分裝、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中逐漸形成的，而且新油在長(zhǎng)期儲(chǔ)存過程中，油液中的顆粒污染物有聚結(jié)成團(tuán)的趨勢(shì)。所以，新油在購進(jìn)后或加注前應(yīng)對(duì)

10、其主要理化指標(biāo)（包括其清潔度）進(jìn)行檢查。 使用溫度不當(dāng)導(dǎo)致橡膠密封軟化或硬化、老化龜裂，特別是決定油封密封能力的油膜厚度，油膜厚度過大，油封就會(huì)泄露；油膜厚度過小，發(fā)生干摩擦，導(dǎo)致油封唇部局部溫升發(fā)熱而軟化或硬化，因此，除控制系統(tǒng)油溫外，尚須保證最理想的油膜厚度（臨界油膜）。影響油膜形成的因素很多，如油封刀口的寬度、拖緊力、軸的動(dòng)偏心、油封的材質(zhì)、軸表面質(zhì)量以及環(huán)境等因素。 外部環(huán)境惡劣、灰塵多，而拉傷油封唇部造成漏油。國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)油封無防塵唇邊，如在灰塵多的環(huán)境中使用，可增加防塵圈或使用帶防塵唇邊的油封。 密封件管理不當(dāng)，橡膠密封件的化學(xué)成分決定了它的存放與管理必須符合規(guī)定要求，否則將出現(xiàn)從倉庫

11、領(lǐng)用的“新”密封換一個(gè)就換一個(gè)的現(xiàn)象，為此：A密封件的購買：應(yīng)按使用要求購買合乎標(biāo)準(zhǔn)的合格密封件。注意不要饑不擇食，不要向不具備生產(chǎn)條件的一些街道工廠、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)以及質(zhì)量有問題、非定點(diǎn)生產(chǎn)專業(yè)化廠家購買密封件，不購買出場(chǎng)時(shí)間過長(zhǎng)而老化龜裂的產(chǎn)品。B密封件儲(chǔ)存場(chǎng)地要求：庫房溫度保持在-1535之間，相對(duì)濕度50%80%；應(yīng)嚴(yán)格避免放在有陽光直射、雨雪浸淋的場(chǎng)所；有酸堿、油類、有機(jī)溶劑等影響的場(chǎng)所、有腐蝕性氣體的場(chǎng)所等均不能存放密封件；有高溫?zé)嵩?、有高壓電源的?chǎng)所不得存貯密封件；新鮮空氣對(duì)流厲害的地方也不甚適宜。C密封件的正確存放于保管：1）密封件應(yīng)以其自然狀態(tài)存放，嚴(yán)禁吊放、堆放、捆綁，以防其變形

12、，特別注意不可使密封圈受重物壓放；2）密封件放置處距地面不得少于0.3m；3）一般地，密封件自制造之日，存放一年內(nèi)可以使用，過期則不保險(xiǎn)；4）密封件使用前不要輕易拆封。3、幾種常見密封件的使用性能及裝配要點(diǎn)。 油封：油封分為普通型和耐壓型兩種，主要用于軸類件的密封。其唇部?jī)?nèi)徑比被密封的軸徑小，及過盈量用以補(bǔ)償偏心，一般推薦值如下表五所示。普通型油封的耐壓強(qiáng)度0.30.5MPa，圓周速度0.4m/s；耐壓型油封（含耐壓支撐圈）的壓力為0.31.0MPa，圓周線速度412m/s。顯然其唇部對(duì)軸的跟隨性能要強(qiáng)得多。唇邊內(nèi)徑與軸之間的壓縮余量由軸頸參數(shù)合理確定。裝配要點(diǎn)：除前文中介紹的以外，應(yīng)注意油封

13、安裝方向的正確性；安裝時(shí)要檢查軸的偏心，另外還應(yīng)注意油封潤(rùn)滑。表五 過盈量推薦表軸徑（mm）油封過盈量（mm）軸偏心量（mm）300.50.90.230500.61.00.350800.71.20.4801200.81.30.51201800.91.40.61802201.01.50.72201.62.00.8 “O”型密封圈：O型密封圈按其密封形式分為徑向密封（液壓氣動(dòng)用動(dòng)密封與靜密封）和軸向密封（受內(nèi)壓、外壓密封）兩種。使用時(shí)，一般壓縮余量較大，且精度要求較高（見表六），以保證有較好的密封能力。另外，O型密封圈的飛邊尺寸、溝槽表面粗糙度、適應(yīng)工作溫度、壓力等要求符合表七要求。表六 O型橡膠

14、密封圈壓縮余量推薦表（mm）O型圈截面直徑1.9±0.082.4±0.093.1±0.103.5±0.115.7±0.148.6±0.16圓柱動(dòng)或靜密封最大%242020171512最小%151212987平面靜密封最大%302927262220最小%222218181615表七 O型密封圈的性能參數(shù)與適應(yīng)范圍參數(shù)飛邊尺寸mm溝槽表面粗糙度Ra（微米）配合表面粗糙度Ra(微米)溫度范圍工作壓力MPa備注類型高度厚度動(dòng)密封0.10.151.60.4-20+8035工作壓力大于10MPa時(shí)，在其側(cè)面放置的圈一雙面受壓時(shí)，兩面均放擋圈。靜密

15、封0.10.153.20.81.6-20+80200裝配要點(diǎn)：1）裝配前選型應(yīng)注意選用合適、合格的密封圈，飛邊過大的O型圈可用專用工具修磨掉，不可硬性擠壓安裝；2）為防止O型圈脫落錯(cuò)位，可在密封槽內(nèi)涂上黃油粘住O型圈或立起來進(jìn)行裝配；3）采用螺紋旋緊的缸蓋，當(dāng)缸體螺紋內(nèi)徑比O型圈（裝在缸蓋上）的外徑小，裝配時(shí)，適當(dāng)修改螺紋內(nèi)徑，對(duì)從螺紋部位到滑動(dòng)部位的過渡處，注意倒角、去毛刺；4）在推入孔之前，應(yīng)注意孔口倒角，必須用銅套導(dǎo)向推入O型圈，用專用工具進(jìn)行拆卸；5）O型圈從有螺紋、鍵槽、扁方、花鍵等位置裝入時(shí)，應(yīng)用軟帶或紙?zhí)装〈瞬课?，以防密封被銳邊尖角劃破而失效；6）對(duì)有橫孔的工件內(nèi)裝入O型圈時(shí)，

16、應(yīng)注意將橫孔部位倒角（a=120140）或用軟木塞住，慢慢推入O型圈；7）裝配時(shí)還應(yīng)注意壓緊螺釘長(zhǎng)度和安裝板攻絲深度均應(yīng)滿足使用要求。另外，在使用過程中，壓力、轉(zhuǎn)速應(yīng)適當(dāng)；工作環(huán)境應(yīng)良好，不應(yīng)有灰塵污染物浸入密封部位，還應(yīng)防止扭曲等。 Y（Yx）型密封圈：Y（Yx）型密封圈的類型主要有軸用和孔用兩種，均為單向密封，廣泛用于介質(zhì)為空氣或礦物油的高、中、低壓往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封，其適應(yīng)溫度為-40+80，工作壓力20MPa（Yx型30MPa）。做雙向密封時(shí)，兩個(gè)密封圈必須背對(duì)背使用。一般情況下，Y（Yx）型密封圈不用支撐環(huán)；若工作壓力16MPa時(shí)，或運(yùn)動(dòng)富有較大的偏心以及間隙較大時(shí)，應(yīng)在密封圈支撐面放置

17、擋圈，以防密封圈被擠出而失效。由于Y（Yx）型密封圈的密封機(jī)理是通過壓力的作用使其兩唇邊張緊在密封表面達(dá)到內(nèi)外隔開密封的目的。所以在安裝時(shí)用過程中出現(xiàn)的失效如困油、翻轉(zhuǎn)、擠出、根部摩擦、異常聲、塵埃損傷及偏磨等應(yīng)有針對(duì)性地排除方法及預(yù)防措施。1）困油：出現(xiàn)困油造成泄漏時(shí)，可在低壓側(cè)密封圈加設(shè)支撐圈，并在支撐圈上開小孔，可消除密封圈所受背壓造成的困油現(xiàn)象。2）翻轉(zhuǎn)、擠出：由于運(yùn)動(dòng)摩擦力矩過大出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)而使密封失效，可通過改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)或換（Yx）型密封。采用尼龍1010擋圈或在密封圈內(nèi)加設(shè)金屬骨架等都可以有效防止翻轉(zhuǎn)、擠出等故障。3）根部摩擦：此故障主要是密封件預(yù)壓縮量大所致，合理選擇密封圈的內(nèi)外徑

18、與密封溝槽尺寸的配合可有效防止該故障。4）異常聲：是密封接觸面保持潤(rùn)滑油膜，且盡量避免高壓低速工作狀態(tài)，既可消除異常聲響。其他方面的故障這里不一一敘述說明?？傊?，在裝配使用時(shí)，應(yīng)保證唇邊及唇口質(zhì)量，以防拉傷損壞，另外，選用時(shí)應(yīng)分清軸用還是孔用。 其他密封1）V型密封圈：此類密封主要分為非夾布型和帶夾布型兩種。非夾布型低壓（00.25MPa）時(shí)使用性能好，高壓時(shí)密封性差；而夾布型低壓時(shí)密封性能差，高壓（6.3MPa）時(shí)密封性能好，裝配時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其壓緊力，防止過大或過小，并注意壓緊力應(yīng)均勻分布，防止唇部拉傷。2）防塵密封圈：防塵密封圈為帶唇部的膠圈，主要用于液壓缸防塵密封，應(yīng)根據(jù)工況、環(huán)境條件等因素合理選用。裝配時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制唇口與活塞桿的壓縮余量（一般為0.40.8mm），防止過大而造成唇口發(fā)熱、老化等，防塵圈內(nèi)側(cè)與活塞桿表面的空隙量應(yīng)控制在0.40.6mm之間。四、結(jié)論密封雖小，故障卻多，危害嚴(yán)重。這已是工程機(jī)械行業(yè)的老大難問題。由于我國(guó)密封件工業(yè)制造水平的制約，密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)和密封件產(chǎn)品的質(zhì)量仍落后國(guó)際先進(jìn)水平2025年。國(guó)產(chǎn)密封件的產(chǎn)品品種和質(zhì)量已無法滿足引進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)的工程機(jī)械的發(fā)展和配套需要。而且