摘 要:本文主要針對(duì)重卡轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)常用密封結(jié)進(jìn)行分析研究,通過(guò)實(shí)車(chē)狀態(tài)記錄,將密封結(jié)構(gòu)做了驗(yàn)證,綜合制造工藝及加工精度、成本等因素,推薦了較符合國(guó)內(nèi)情況的結(jié)構(gòu),結(jié)合常見(jiàn)失效模式分析,為設(shè)計(jì)匹配提供可靠信息,為維修及更換工作提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞:商用車(chē);液壓系統(tǒng);密封結(jié)構(gòu);管接頭
0 序言
液壓系統(tǒng)普遍面臨兩個(gè)因素導(dǎo)致的故障:溫度、壓力。在商用車(chē)領(lǐng)域,作為主機(jī)廠主要的液壓系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)檗D(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室舉升系統(tǒng)、液壓提升橋等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為影響整車(chē)安全性的系統(tǒng)之一,其液壓助力機(jī)構(gòu)的可靠性是最為關(guān)鍵的指標(biāo)。最常見(jiàn)的故障即為漏油導(dǎo)致的系統(tǒng)潤(rùn)滑與助力失常,引起轉(zhuǎn)向沉重。本文就液壓系統(tǒng)中連接管路與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的管接頭密封結(jié)構(gòu)做深入分析,對(duì)密封結(jié)構(gòu)的選型做出推薦,對(duì)設(shè)計(jì)選型及后市場(chǎng)的工作有積極意義。
1基本結(jié)構(gòu)及原理
管接頭連接液壓管路與轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向泵等工作機(jī),其密封結(jié)構(gòu)型式、配合公差、裝配工藝等對(duì)液壓系統(tǒng)的密封性有直接影響。現(xiàn)在常用密封型式有卡套式密封(管路)、O形密封圈端面密封、錐螺紋密封等。在商用車(chē)領(lǐng)域常見(jiàn)的是,管路與接頭連接選用卡套式結(jié)構(gòu),接頭與工作機(jī)連接用鉸接式端面密封結(jié)構(gòu)或O形圈錐面密封。如下圖。
接頭與管路連接結(jié)構(gòu)如下圖。卡套在螺母的擰緊頂壓下,前端被擠進(jìn)接頭體內(nèi)錐孔與管子間的間隙里,使卡套的外錐面形成錐面接觸密封,卡套的內(nèi)刃口嵌入鋼管外壁,在鋼管的外壁壓出一個(gè)閉口環(huán)槽形成切入密封,進(jìn)一步擰緊螺母,使卡套中部稍微凸起,產(chǎn)生彈性變形,彈性應(yīng)力使卡套右端面與螺母錐面產(chǎn)生摩擦力,以防螺母松動(dòng),彈性變形部分可吸收液壓管道中的震動(dòng),另外,卡套尾部也緊抱鋼管形成一道抵觸密封。
接頭與工作機(jī)端連接結(jié)構(gòu)有兩種形式,端面密封與錐面密封,具體結(jié)構(gòu)如下,依靠擋圈與油口錐面將O形密封圈壓縮約束保持密封。裝配時(shí)保證壓緊螺母反向旋至最后方,O形圈放至下部螺紋的上端根部,將接頭體螺紋充分旋至油口中,直至O形圈初步嵌入至錐口中,然后旋緊壓緊螺母,通過(guò)擋圈將O形圈完全壓進(jìn)錐孔中,使其變形契合至錐面,旋緊后系統(tǒng)的密封性靠O形密封圈性能保證,
端面密封型式原理,是在鉸接六角螺栓上下兩側(cè)采用紫銅墊圈,通過(guò)擰緊螺栓使墊圈變形契合接觸面,保持密封。采用低成本方案,替換為組合密封墊圈,普通平墊涂覆橡膠。該結(jié)構(gòu)同樣由橡膠的性能保證密封性,相比O形圈,安裝方式相對(duì)簡(jiǎn)單,沒(méi)有特殊要求,缺點(diǎn)為鉸接螺栓油孔處為薄弱點(diǎn),擰緊力矩不當(dāng)容易發(fā)生變形斷裂,為保證強(qiáng)度,過(guò)油通徑無(wú)法做到太大。
2密封性能分析
轉(zhuǎn)向管路的密封均屬于中低壓靜密封,密封件的性能和與接合面匹配對(duì)密封性能有決定性影響。常用密封件有如下幾類(lèi)。
一般液壓油為石油基液壓油,適應(yīng)性較好、應(yīng)用最廣泛的密封材料為丁腈橡膠,耐溫-40℃~120℃,根據(jù)使用壓力,選用力學(xué)性能為硬度90HS,拉伸強(qiáng)度27MPa,伸長(zhǎng)率306%。以M18的油口連接Φ16的油管為例。接頭尺寸如下:
與國(guó)標(biāo)推薦值相比,示例產(chǎn)品錐面尺寸深度略大,按照付平版密封設(shè)計(jì)手冊(cè),O形圈壓縮量一般要小于30%,否則容易引起永久變形密封失效。根據(jù)前面例子計(jì)算按照示例計(jì)算壓縮率為31.9%,已經(jīng)超限,如果按照推薦值,壓縮率會(huì)進(jìn)一步提高達(dá)到39%,但由于凸臺(tái)的作用,會(huì)使O形圈在擋圈和油口端面間存留一部分,從而降低壓縮率。分析該處小凸臺(tái)作用是組合密封結(jié)構(gòu)的二道密封,由擋圈與凸臺(tái)及O形圈共同作用。若擋圈加工精度無(wú)法保證或裝配工藝和O形圈的匹配問(wèn)題,O形圈在擋圈與油口端面間容易發(fā)生擠出變形。
3故障分析
故障Ⅰ:標(biāo)準(zhǔn)混亂導(dǎo)致漏油
德標(biāo)與國(guó)標(biāo)接頭在螺紋連接部分是可以緊密配合的,但是在密封結(jié)構(gòu)處有細(xì)微不同,在設(shè)計(jì)匹配或維修更換中,較容易混亂。配合關(guān)系如圖1,該管路為特殊件,采用德標(biāo)制,實(shí)際的管路接頭配合關(guān)系如圖2。圖1中卡套與接頭錐面有間隙,僅依靠O形圈輕微壓縮密封,24°錐面無(wú)法配合,在高壓狀態(tài)下O型圈受油液擠壓較易變形,發(fā)生漏油故障。圖2中密封型式為雙保險(xiǎn),錐面密封加O形圈密封,有較高的可靠性。
接頭與工作機(jī)連接處漏油。根據(jù)以上密封結(jié)構(gòu)分析,一般可接受的漏油原因?yàn)橄鹉z正常老化,導(dǎo)致O形圈延伸率降低、脆裂變形,發(fā)生滲漏。如果采用錯(cuò)誤的密封結(jié)構(gòu)匹配,接頭與工作機(jī)無(wú)法密封或者僅能暫時(shí)密封,也會(huì)發(fā)生滲漏。如下圖,油口無(wú)錐面倒角(或溝槽),
采用O形密封圈型式密封,在壓緊螺母鎖緊時(shí),擋圈推動(dòng)擠壓O形圈,由于油口沒(méi)有足夠的開(kāi)口角度和空間,旋緊過(guò)程中容易將O形圈擠壓脫出擋圈,無(wú)法密封。如果O形圈沒(méi)有脫出,由于橡膠彈性,壓緊螺母也容易在行駛過(guò)程中松動(dòng),造成泄露。因此要保證結(jié)構(gòu)配合的一致性。
4結(jié)語(yǔ)
在實(shí)際應(yīng)用中,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作壓力一般持續(xù)在8~12MPa,溫度在80~100℃。密封件在高溫高壓下,若使用規(guī)格不合適或性能不達(dá)標(biāo),極易造成早期老化損壞從而導(dǎo)致漏油。在樣車(chē)試驗(yàn)過(guò)程中,特制了尺寸較為精確的零件,兩種結(jié)構(gòu)均無(wú)滲漏現(xiàn)象,而在普通批量生產(chǎn)過(guò)程中,往往會(huì)有該類(lèi)早期故障的發(fā)生。根據(jù)統(tǒng)計(jì),采用端面密封型式,無(wú)論是紫銅墊圈或者橡膠組合密封墊圈均有良好表現(xiàn),而采用錐面密封則故障率較高,這與24°錐及接頭、O型圈的加工制造精度有直接關(guān)系。同時(shí),在維修服務(wù)工作中,也需要對(duì)具體結(jié)構(gòu)做細(xì)致觀察,不可盲目的只根據(jù)“能裝上”來(lái)判斷是否為合適的零件。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
李國(guó)斌(1989.02-),性別:男,民族:漢,籍貫:山西交城,當(dāng)前職務(wù):轉(zhuǎn)向懸架室主任,當(dāng)前職稱(chēng):主任設(shè)計(jì)師,學(xué)歷:本科。
(作者單位:徐州徐工汽車(chē)制造有限公司)