葛本利

摘 要：液壓油缸作為液壓系統(tǒng)的重要組成部分，它密封性能的好壞直接影響到機(jī)械的正常使用和性能的好壞。本文主要對(duì)液壓油缸泄露的常見原因進(jìn)行分析并針對(duì)性地提出相應(yīng)的對(duì)策建議。

關(guān)鍵詞：液壓缸；泄露原因；改進(jìn)措施

1 前言

泄漏對(duì)于機(jī)械液壓系統(tǒng)而言，其屬于較為常見的故障問題。其中，在對(duì)使用一段時(shí)間的機(jī)械液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn)，泄漏問題在其中普遍發(fā)生。與此同時(shí)，隨著泄漏問題的出現(xiàn)，機(jī)械液壓系統(tǒng)會(huì)因此難以保持正常工作狀態(tài)，并且泄漏的液壓油會(huì)應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生危害。因此，為了避免泄漏問題在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中出現(xiàn)，需要對(duì)泄漏原因進(jìn)行細(xì)致分析，從而制定出科學(xué)有效的控制措施，對(duì)于加快機(jī)械液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展有著積極的意義。

2 液壓缸概述

在液壓設(shè)備中液壓缸占據(jù)重要的地位，一旦液壓缸出現(xiàn)故障問題，則會(huì)直接影響設(shè)備使用壽命和運(yùn)行狀態(tài)。其中，液壓缸泄漏可以將其分為外泄漏和內(nèi)泄漏，而內(nèi)泄漏問題是一種十分常見且十分隱蔽的故障，由于不能直接觀察故障問題，需要單方面將壓力油通入到液壓缸內(nèi)，待活塞停留在某一終端或某一點(diǎn)時(shí)，觀察另一油口是否存在漏油現(xiàn)象，從而判斷是否為內(nèi)泄漏問題。但這種方法對(duì)裝配復(fù)雜、質(zhì)量和體積較大的液壓缸來說，則并不是一種十分合理的診斷方法，對(duì)液壓缸的內(nèi)檢測(cè)精度具有較高的要求。本文以液壓系統(tǒng)的液壓缸為例，通過建立仿真模型的方式分析液壓系統(tǒng)中液壓缸的內(nèi)泄漏情況，并就分析結(jié)果得出相應(yīng)的液壓缸內(nèi)泄漏系數(shù)與系統(tǒng)負(fù)載的曲線關(guān)系，并根據(jù)狀態(tài)的產(chǎn)量及系統(tǒng)實(shí)際輸出量來明確系統(tǒng)中實(shí)際的內(nèi)泄漏系數(shù)。通過分析液壓系統(tǒng)空載下的實(shí)際內(nèi)泄漏情況，可以得出仿真結(jié)果，并驗(yàn)證得出的真結(jié)果，便可以有效分析液壓缸內(nèi)的泄漏情況。

3 液壓缸泄漏成因分析

3.1 密封件材料與液壓油的關(guān)系

液壓油種類對(duì)密封件材料的負(fù)面影響主要是使其體積膨脹，或?qū)⑾鹉z中可溶于某種油液的成分析出。工程機(jī)械常用液壓油有礦物型或合成型兩種。適用于礦物型的密封件材料有：丁睛橡膠、氯丁橡膠、聚氨醋橡膠、氟橡膠、聚氟乙烯橡膠等。如果使用合成型液壓油，會(huì)使丁睛橡膠的體積膨脹，其膨脹率可達(dá)75%～80%和100%～120%，故應(yīng)選用氟橡膠。所以密封材料與液壓油選擇匹配不當(dāng)，會(huì)使密封件發(fā)生膨脹軟化，機(jī)械強(qiáng)度降低，導(dǎo)致密封失效。

3.2 液壓油黏度與滑移面配合間隙的影響

液壓油的赫度大小對(duì)于保證密封裝置具有良好密封性能也有著不可低估的影響。液壓油滑移面的配合間隙，是指密封按照溝槽和滑移面在低壓一側(cè)的配合間隙。密封件在壓力作用下，其根部因由壓力加載引起的變形而有擠入配合間隙的趨向，一般情況下，間隙越大，影響程度越甚。但如果油膜厚度過薄時(shí)，則存在于密封副之間的油膜極易破裂，會(huì)造成密封件唇口與金屬面之間的直接接觸，在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生干摩擦，這往往是產(chǎn)生“爬行”及磨損的先兆。因此可知，保持適當(dāng)?shù)挠湍ず穸龋瑢?duì)維持密封裝置良好的密封性是必不可少的。

3.3 使用壓力的影響

液壓缸使用壓力影響密封件的變形和在密封副接觸面上產(chǎn)生的接觸應(yīng)力。密封件在壓力作用下，增大了擠出量和滑動(dòng)面的磨損，引起摩擦副發(fā)熱，促使溫度升高及增大其滑動(dòng)阻力。通常，工程機(jī)械液壓油采用的波形為矩形波或鋸齒波的交變壓力波形。如果采用恒定壓力波形，則會(huì)導(dǎo)致密封滑移面的油膜在伸出過程中易于破裂，使密封滑移面的磨損增大。而若采用脈動(dòng)壓力波形，則峰值壓力的加壓時(shí)間很短，變化速度過快，所以密封件不能隨其適應(yīng)變形，從而使密封的工作部位產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于其處于應(yīng)力變形的情況，很容易造成密封件破損。

3.4 使用速度和溫度的影響

由于液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封裝置滑移面的油膜厚度與液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的1/2次方成正比，即速度越高，油膜越厚，其結(jié)果與油的豁度一樣，高速時(shí)容易漏油，極低速時(shí)油膜極薄，易于破裂，從而造成密封滑移面的干摩擦，導(dǎo)致磨損過大和誘發(fā)“爬行”；另一方面，在高速下運(yùn)動(dòng)，由于滑移面潤(rùn)滑不良，摩擦大，增大了發(fā)熱引起溫度升高，泄漏量增加。

各種密封材料的適應(yīng)溫度范圍差異比較大，但總的要求是高溫下不軟化，不易分解；低溫下不硬化，不脆裂。因此選材時(shí)要準(zhǔn)確掌握密封件的工作溫度。密封材料一般是溫度越高，強(qiáng)度越低。無論高溫還是低溫，永久變形都會(huì)很大。橡膠的硬化除受溫度影響外，還受環(huán)境條件和使用時(shí)間長(zhǎng)短的影響。

使用溫度的變化會(huì)使密封材料物性發(fā)生變化，高溫時(shí)密封副過盈量減少，擠出量增加和表面龜裂、破損；低溫時(shí)也會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象。而且由于溫度變化，對(duì)液壓油的豁度也帶來影響，即高溫時(shí)油的豁度變小，低溫時(shí)油的豁度增大。因此直接影響形成密封膜的厚度，從而影響了液壓缸的密封性能。

3.5 液壓缸泄漏與液壓油污染的關(guān)系

液壓油的污染主要有以下三種情況造成：殘留污染是液壓元件生產(chǎn)裝配中及運(yùn)輸過程中混入污染物；次污染是液壓元件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中因磨損而產(chǎn)生的粉末污染；外來污染是活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶入液壓缸的粉塵污染。液壓缸是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最易受到污染而且又是抗污染能力最差的液壓元件，因此通過防塵圈由活塞桿帶入的外來污染物極易濃縮成“磨料”嵌入密封件唇口或被帶入液壓缸滑動(dòng)配合面的間隙中，進(jìn)一步造成摩擦學(xué)機(jī)理而產(chǎn)生的次生污染物。因此，液壓油污染將是密封裝置失效的前奏?，F(xiàn)今國(guó)際上對(duì)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)液壓油的污染控制一般采用NAS8-10級(jí)。

4 改進(jìn)措施

4.1 選擇正確的密封件

在選擇密封件過程中，通常建議選擇易變性以及具有彈性的材料，從而提升密封件的密封性，避免液壓缸出現(xiàn)泄漏問題。此外，密封件應(yīng)建議選擇抗腐蝕能力強(qiáng)、硬度以及體積在長(zhǎng)期工作后保持穩(wěn)定、壓縮性以及復(fù)原性好、機(jī)械強(qiáng)度與硬度適中、可承受較大溫差變化的工況、加工制造方便以及性價(jià)比高等特點(diǎn)的材料，從而有效的對(duì)液壓缸泄漏問題進(jìn)行控制，提升液壓缸工作的可靠性與穩(wěn)定性。

4.2 提升密封件的抗磨損性

液壓缸當(dāng)中的活塞桿可用防塵圈、防護(hù)罩以及橡膠套等元件進(jìn)行保護(hù)，從而降低活塞桿以及驅(qū)動(dòng)軸之間的摩擦作用，并且可以有效的對(duì)灰塵以及其它污染物進(jìn)行預(yù)防，避免其進(jìn)入系統(tǒng)當(dāng)中。此外，可將過濾設(shè)備設(shè)置在系統(tǒng)當(dāng)中，從而提升液壓油的質(zhì)量，確保驅(qū)動(dòng)軸與活塞桿的運(yùn)動(dòng)不受影響，提升液壓缸的工作效率。

4.3 確保液壓油的油溫保持穩(wěn)定

鑒于液壓油的溫度與液壓缸當(dāng)中密封件的工作年限有著直接聯(lián)系，所以應(yīng)將油溫控制系統(tǒng)在液壓缸中進(jìn)行建立，并將冷卻裝置合理的設(shè)置在液壓缸當(dāng)中，確保油溫保持在合理的范圍之內(nèi)。此外，為了確保液壓油與密封件材料可以更好的相容，應(yīng)根據(jù)液壓油的類型來選擇密封件材料，從而避免泄漏問題出現(xiàn)在液壓缸之中。

綜上所述，液壓缸在使用過程中產(chǎn)生的泄漏可能是多方面因素造成的，為了提升機(jī)械液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作的可靠性與穩(wěn)定性，有必要對(duì)其泄漏問題的原因進(jìn)行分析，并制定科學(xué)合理的控制措施，對(duì)于機(jī)械液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展有著積極的意義。

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