液壓(yā)系統中,洩(xiè)漏影響産(chǎn)品的質量,是必須要考慮的問題。例如液壓缸,嚴重(zhòng)的洩漏不(bú)僅會使設備周圍(wéi)的(de)環境受到污染,還會導緻(zhì)液壓(yā)缸工作腔的壓力降低,使液壓缸無法正常工作。采(cǎi)取比較先(xiān)進的方法,有效地防止洩漏,使(shǐ)液壓系統實現“零洩漏”是液壓行業(yè)多年來始終追求(qiú)的目标。另外,準确地分(fèn)析液(yè)壓系統洩漏産生的最初原因,可以幫助我們及時排(pái)除液壓系(xì)統的洩漏故障(zhàng)。作為機械專業的學生,我們(men)通(tōng)過對《液壓與氣壓傳動》課程的學習以及查閱相關資料,結合自己專業實習、工程訓練和日(rì)常生活中的所見(jiàn)和(hé)所(suǒ)想,就常見洩漏故障問題,分(fèn)析了液壓傳動的洩漏(lòu)形式及原因,提出控制洩漏的措施。
相對(duì)于(yú)機械傳動,液壓傳動是一門新的技術,起源于(yú)1654年帕斯卡提出的(de)靜壓傳動原理。它是以液(yè)體為工作介質,通過能(néng)量轉換裝置來進行能量傳遞的一種傳(chuán)動形式。液壓傳動具有如下(xià)優點:
①工作液體可以用(yòng)管道輸送到(dào)任何位(wèi)置(zhì);
②執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(dì)布置傳動機構;
③液(yè)壓傳動能将原動(dòng)機的旋轉運動變(biàn)為直線運動;④可以方便地實現無級調速;
⑤載荷(hé)控制、速度控制以及方向控制容易實(shí)現,也容易進行集中控制、搖控和自動(dòng)控制;
⑥液壓傳動平穩無振動;
⑦具(jù)有良好的潤滑條件(jiàn)可提高液壓元(yuán)件工作的(de)可靠性和(hé)使用壽命;
⑧液(yè)壓元件有(yǒu)利于實現标準(zhǔn)化(huà)、系列化和通用化。因此,液壓傳動在國民(mín)經濟各部門中得到了廣泛的應用。
但液壓傳(chuán)動也存在着一些缺點(diǎn):
①存在液體流動的阻力損失、油液的洩漏以及機械摩擦,故效率較低;
②對控制工作溫度(dù)要求較高;
③由于工作液體的洩漏(lòu)和可壓縮性,液壓系統的剛性較差使(shǐ)液壓系統無法保證嚴格的傳動比(bǐ);
④對工作液體的使(shǐ)用維護要求十分嚴格;
⑤液壓元件成本較高;
⑥液壓系統的故障判斷和處理(lǐ)較難,要求工(gōng)作人員技術水平和專業知識較高。
其中(zhōng)工作液體的洩漏一直是不可(kě)避免的問(wèn)題,其解決方法也是各行各業研(yán)究的重(zhòng)點之一。
洩漏按流向可分為(wéi)内洩漏和外洩漏。外洩漏主要是指液壓油從系統洩漏到環境中,産生在液壓系(xì)統的液壓管路、液壓閥、液壓缸和液壓泵(液壓馬達)的外部;内洩漏(lòu)是指由于高低壓側(cè)的壓力差的存(cún)在以及密封件失效等原因,使液壓油在系統内部由高壓側流(liú)向低壓側,如液壓傳動中油(yóu)液從高(gāo)壓(yā)腔向低壓腔的(de)洩漏(lòu);從換向閥内壓力通(tōng)道向回(huí)油(yóu)通道的洩漏等。洩漏的主要(yào)形(xíng)式有(yǒu)縫隙洩漏、多孔隙洩漏、粘附洩漏和動力洩漏等。
工程機械液壓系統的縫隙洩漏主要有兩種,固定密封處(靜接合面)洩漏和運動密封處(動(dòng)結合面)洩漏。固定(dìng)密封處洩(xiè)漏的部位主要包括液壓(yā)缸缸蓋與缸(gāng)筒的接合處等;運動密封處主要包括液壓(yā)缸活塞與缸筒内壁、活塞杆與缸蓋導向套之間。縫隙洩漏量的大小與壓力差、間隙等(děng)因素(sù)有關。
液壓元件中(zhōng)的各(gè)種蓋闆,由于表(biǎo)面粗糙(cāo)度的影響(xiǎng),兩表面之間不可能完全接觸,在兩(liǎng)表面不接觸(chù)的微觀凹(āo)陷處,形成許多截面形狀多樣、大小(xiǎo)不等(děng)的空(kōng)隙,空隙的截(jié)面尺寸(cùn)與表面粗(cū)糙度有關。多空(kōng)隙洩漏,液體需流經彎曲的衆多(duō)空隙,在做密(mì)封性能試驗時,需經(jīng)一定的保壓時間,洩(xiè)漏才能顯露出來。
粘(zhān)性液(yè)體與固體臂之間有一定的粘附作用,二者(zhě)接觸後,在固體表(biǎo)面上粘附上薄薄的一層液體,若固體表面上的膜較(jiào)厚時,油膜會因相(xiàng)互運動而被密封圈刮落産生粘附(fù)洩漏。防止粘附洩漏的基本辦(bàn)法是控制液體粘附層的厚度。
在旋轉(zhuǎn)軸的密封表(biǎo)面上,若留有螺旋加工的痕迹,當軸轉動時,液體在轉軸(zhóu)回轉力的作用下沿螺旋痕迹的凹槽流動。若螺旋痕迹(jì)的方向與軸的轉(zhuǎn)動方向一緻時,由于螺旋痕迹的“泵油”作用,就會産生(shēng)動力洩漏。動力洩漏的特點是軸的(de)轉速越高,洩漏量越大。防(fáng)止動力洩漏,應(yīng)避免在轉軸的密封表面和密封圈的唇邊上存在"泵油"作用的加工痕迹或(huò)利用動力洩漏的原理,利(lì)用螺旋痕迹的泵油作用,将洩漏油泵回,阻止洩漏。
液(yè)壓系統産生洩漏(lòu)的原因多而複雜,本(běn)文(wén)主要從密封(fēng)件洩漏、工作油液污染、元件制造裝(zhuāng)配精度超差、油液(yè)溫升發熱以及液(yè)壓系統壓力沖(chòng)擊等方面歸納分析(xī)。
在液壓(yā)缸中,一提(tí)及洩漏就會首先考慮到密(mì)封件,因為密(mì)封件(jiàn)是液壓缸中最主要的防止洩漏的元件。它主要有YX型密(mì)封圈、組合密封圈、U型(xíng)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(hé)密封圈、U型密封圈主要靠在壓力油的壓力作用下産生張力(lì),使内、外唇邊張開來實現密封的,對(duì)内、外唇邊線性質量要求很高;V型密封圈、O形圈、格來圈(quān)、斯(sī)特封主要靠壓縮量來密封。密封件的物化性能等方面的質量直接影響液壓缸産品的質(zhì)量。
密封(fēng)件洩漏的原(yuán)因主要有以下幾方(fāng)面:
①密封件質量有問(wèn)題。密(mì)封件材質為劣質,且制造工藝和精度都(dōu)達不到要求,以(yǐ)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(sù)度和溫度等方面的要求,或者(zhě)密封件的類型選用不當。
③密(mì)封件的安裝(zhuāng)溝槽設計不當,安裝間隙與壓縮量選擇不合理;配偶件的加(jiā)工精度和表面粗糙(cāo)度未達到要求;安裝(zhuāng)時未加保護而(ér)損傷唇口或使外界雜物(wù)混入;貯存時(shí)溫度、濕度不(bú)當,受氧和臭氧的侵蝕變質等。
④液體(tǐ)中的氣泡經過密封唇邊時,氣泡被壓縮為原來(lái)尺寸的幾分(fèn)之(zhī)一。這種氣泡(pào)到達密封件的(de)非壓力側時,便迅速釋放(fàng)出能量,使密封唇邊損壞。
另一方面,當含有一定(dìng)比例的油(yóu)蒸汽的(de)氣泡,因受壓達到足夠高的溫(wēn)度時,就會自燃,以緻燒壞或熔化支承環,甚至會發生密封件的局部燒(shāo)壞和(hé)碳化。
包括氣體污染、顆粒污染、水污染等。
①氣體污染(rǎn):在大(dà)氣壓(yā)下,液壓油中可溶解10%左右的空氣,在液壓系統的高壓下,在油液中會溶解更多的空氣或氣體。空氣在油液中形(xíng)成氣泡,如果液壓支(zhī)架在工(gōng)作過程中在極短的時間内,壓力在高低壓之間迅速變換就會使氣泡在高壓側産(chǎn)生高溫在低壓(yā)側發生(shēng)爆裂,如果液壓系統的元件表面有凹點和損傷時,液壓油就會高速沖向(xiàng)元件表面,加速(sù)表面的磨損,引起洩漏,此(cǐ)種由空穴(xué)現象造成的腐蝕作(zuò)用稱為氣蝕。
②顆粒污染:由于試驗台被顆粒污染,導緻洩漏的(de)幾率很小,但在實際中(zhōng)仍然存在。液(yè)壓缸使用過程(chéng)中(zhōng),由于上述原因産生的顆粒,有(yǒu)的粘(zhān)附在密封元件上,有的粘附在活動面上,刮傷密封元件的密封面,導緻密封元件失效,使(shǐ)液壓(yā)缸産生洩(xiè)漏。這種故障通過除去未去幹淨的毛刺,清洗各個元件,再更換密封元件就可排除;比較嚴重有的會“拉(lā)缸”,這種故障的排除就(jiù)比較麻煩;更嚴重(zhòng)的可導緻(zhì)缸筒報廢。
③水污染:由于工作環境潮濕等因(yīn)素的(de)影響,可能會(huì)使(shǐ)水(shuǐ)進入液壓系統,水會與液壓油反(fǎn)應,形成酸性物質和油泥,降低液壓油的潤滑性能(néng),加速部件的磨(mó)損,水還會造成控制(zhì)閥的閥杆發生粘(zhān)結,使控制閥(fá)操縱(zòng)困難,劃傷(shāng)密封件,造成洩(xiè)漏。
所有的(de)液壓元件及密封(fēng)部件都有嚴格的尺寸公差、形位公差等要求。如果在(zài)制造過程中超差,例(lì)如:油缸的活塞半徑、密封槽深度或(huò)寬度、裝密(mì)封圈的孔和尺寸超差或因加工問題而造成失圓、本身有毛刺或窪點、鍍層脫落等,密封件(jiàn)就會有變形、劃傷、壓死或壓不實等(děng)現象發生,使其失去(qù)密封功能,将使零件(jiàn)本身具有先天(tiān)性的滲漏點,在裝配後或(huò)使用過程中發生滲漏。系統裝配粗糙,缺乏(fá)減振、隔振措施;系統超壓使用,未做到(dào)按規定對系統适(shì)時檢查及易損件壽命到期但未及時更換等都會造成系統洩漏。
液壓系統工(gōng)作時,要控(kòng)制油液溫度,溫度過高,會(huì)産生以下現象:
①多數情況下,當油溫經常超過60℃時,油液黏(nián)度大大下降,不僅使潤滑油膜變薄,摩擦力加大,磨損加(jiā)劇,而且密封圈膨脹、老化、失效,結果導緻液壓系統(tǒng)産生洩漏。據研(yán)究(jiū)表明,油溫每升高10℃則密封件的壽命(mìng)就會減(jiǎn)半。
②油液溫度升高後,體(tǐ)積膨(péng)脹,壓力升高,而洩(xiè)漏随壓力的升高而加大,從而使洩(xiè)漏增加。
③油溫升高使間隙(xì)脹縮變化。一般配合(hé)零件材質(zhì)不(bú)同,材料熱膨脹系數不同,當油溫升(shēng)高時,配(pèi)合零件因脹縮變化不(bú)同,會使配合間隙發生變化,當間隙變大時,造成洩漏增加。
液壓系統中(zhōng)由于(yú)頻繁換(huàn)向,在較高(gāo)壓力下突然啟動油泵或關(guān)閉閥門及缸體快速動作都會造成瞬時峰值壓力高達工作壓力的(de)好幾倍,有(yǒu)時足以使密封裝置、管道(dào)或其它液(yè)壓元件損壞而造成洩露。
造成工程機械(xiè)液壓系統的洩漏的因素是多方面綜合影響的結果,以現有的技術和材料,要想從(cóng)根本上消除液壓系(xì)統的洩漏是很難做到的。隻有從以上影(yǐng)響(xiǎng)液壓系統洩漏因素出發,采取合理的措施盡量減少液壓系統洩漏。
在設計和加工(gōng)環節中要充分考慮影響洩漏的重要因素密(mì)封溝(gōu)槽(cáo)的設計和加(jiā)工。美國汽車行業工程(chéng)師協會(SAE)推薦以下(xià)兩種防止油口(kǒu)漏油的(de)解決辦(bàn)法。
①SAE直螺紋“O”形圈油口(kǒu):密封靠“O”形圈,連接靠直螺紋;
②SAE4螺栓法蘭:适用于較大油口。另外,密封件的選(xuǎn)擇也是非常重要(yào)的,密(mì)封表(biǎo)面的粗糙度通(tōng)常靜密封表為Ra3.2~Ra1.6,動密封表面為Ra0.8~Ra0.4。
如果不在最初全面(miàn)考慮(lǜ)洩漏的影響因素,将會給(gěi)以後的生産中帶來無法估量(liàng)的損(sǔn)失。
在液壓油的污染控制(zhì)上,要從污染的源頭入手(shǒu),加強污染源的控制(zhì),還要采(cǎi)取有效的過濾措(cuò)施和(hé)定期的油液質量檢查。為有效(xiào)地切斷外界因(yīn)素(水、塵埃、顆粒等)對(duì)液壓(yā)油缸的污染(rǎn),可加一些防護措(cuò)施等。
裝配方面。液壓(yā)系統(tǒng)裝配前,應檢驗元件的耐壓性能,檢查元件各結合面有無外滲漏現象(xiàng),若出(chū)現滲漏,則應采(cǎi)取相(xiàng)應措施。隻有(yǒu)當所有元件不漏不滲後才可正式裝進系統使用(yòng)。液壓元件和液(yè)壓系統在進行裝配時,要進行嚴格清洗,去毛刺(cì)、除焊渣,并進行必要的防鏽蝕處理,嚴格按照裝配(pèi)工藝要求(qiú)進行裝配,杜絕(jué)因裝配(pèi)引起的間隙(xì)畸變和毛刺、焊渣及鏽蝕物等形成的間隙磨(mó)料。
減小液壓沖擊。常用的(de)方法有:
①盡量降低系統的啟動、停止和換向頻率;
②對于需(xū)要頻繁換(huàn)向的液壓系(xì)統,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(lí),從而減緩(huǎn)液壓沖擊;
④加大管道通徑(jìng),盡量縮短管道長(zhǎng)度(dù)或采用橡膠軟(ruǎn)管;
⑤設置安全閥,系統壓力增大時,可(kě)起卸荷作用降(jiàng)低壓力沖擊(jī)。
機械在磨合期(qī)容易出現滲漏現象,這是由于部分鑄(zhù)造、加工等缺陷在裝(zhuāng)配調試時難于發現,但由于作業過程中的振動、沖擊作用,這種缺陷就被暴露出(chū)來,故應注意磨合期的(de)滲漏情況,作到及早發現、及時處理。
從技術上來看,國外正(zhèng)在生産(chǎn)配備有測(cè)試密封(旋轉密封)洩露量的傳感器的新型油封;并(bìng)且主軸集成了摩擦密封與迷宮式密封優點的氣動密封(fēng)也已(yǐ)問世;同時,U型橡膠(jiāo)件+ V型彈簧組成的可用(yòng)于壓(yā)力45MPa的(de)液壓系統“泛塞密封”等類型的(de)組合密封件大行其道。結束語
液壓系統中洩漏形式多樣,是液壓設備普遍存在(zài)的現象,原因也(yě)有多種,很難根除,應從設計、制造、安(ān)裝和使用等各方面認真細緻地加以解決。以上就是我們通過課程學習以及查閱相關資料,結合自(zì)己專業實習(xí)、工程訓練(liàn)和日常生活中的(de)所見和所想,分析的有關液壓傳動的洩漏形式及原因,并且提出控制(zhì)洩漏的部分措施(shī)。