液壓缸活塞桿密封泄漏的原因及改進(jìn)方法

    液壓缸作為實現(xiàn)直線往復(fù)運動和擺動旋轉(zhuǎn)運動的液壓機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛的主要執(zhí)行元件。影響液壓缸泄漏的因素是多方面的，如密封件的質(zhì)量，液壓元件的機(jī)加工質(zhì)量，結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，以及裝配的質(zhì)量等。下面就對作直線運動液壓缸活塞桿密封泄漏的原因做簡單分析。大多數(shù)桿密封泄漏是由下列原因引起的：活塞桿或密封導(dǎo)向套的損壞；液壓油的污染；極端的工作溫度；化學(xué)物質(zhì)的侵蝕；工作壓力過高或過低。

1．活塞桿或密封導(dǎo)向套損壞

    活塞桿的損壞或密封導(dǎo)向套的損壞是導(dǎo)致桿密封失效的兩個最常見的原因。通常情況下，這種損壞是由于負(fù)載運動方向與液壓缸不同軸造成的。液壓缸是在載荷的作用下做直線往復(fù)運動的機(jī)構(gòu)，如果活塞桿和密封導(dǎo)向套互相偏心，就會對導(dǎo)向套形成側(cè)向負(fù)載，導(dǎo)致密封導(dǎo)向套表面的過度磨損，進(jìn)而損壞密封并產(chǎn)生泄漏。此外，對于行程較長，活塞桿直徑過小的液壓缸，由于剛性不足，在推力的作用下，活塞桿易發(fā)生撓曲變形而造成導(dǎo)向套承受側(cè)向力。液壓缸的活塞桿直徑及其行程決定了它工作時的最大容許推力，因此，在使用長行程液壓缸時，應(yīng)注意選擇足夠大的活塞桿桿徑，并在活塞桿上加止動管和液壓缸中間加支撐來保證必要的抗彎強(qiáng)度，減小側(cè)向力。

圖C (a)、(b)所示分別為密封導(dǎo)向套和密封件在單邊損壞的情況。圖D所示為活塞桿被磨損的情況。

 

    解決此類問題的方法：首先要保證活塞桿的直線度，加工時注意活塞桿與活塞的同軸度以及密封淘槽的加工尺寸；其次在安裝時要避免液壓缸軸心線與負(fù)載運動方向的偏離。在某些應(yīng)用場合，使用聯(lián)軸器、關(guān)節(jié)軸承或桿端浮動法蘭可以起到一定的補(bǔ)償作用，但是，這類安裝方式導(dǎo)致活塞桿與負(fù)載之間連接的緊定性喪失，通常要求更大的活塞桿直徑或者是活塞桿加止動管來彌補(bǔ)。此外，密封導(dǎo)向套的材料也決定它所能承受的負(fù)載，硬度較高的材料承載能力較強(qiáng)，但對活塞桿的損壞也比硬度低的材料要大。一些廠家的密封導(dǎo)向套選用硬度高的材料，從而使導(dǎo)向套在比較“干”的環(huán)境下工作，這種顧此失彼的方法反而使活塞桿受到

的損壞程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)向套選擇硬材料所起到的作用。

2．液壓油的污染

    液壓系統(tǒng)中的液壓油污染嚴(yán)重時，會導(dǎo)致密封件過早的失效。空氣中傳播的污染物可以被桿密封的第一道密封圈擋在外面，而懸浮在液壓油中的顆粒污染物會損壞密封件和恬塞桿的表面。如圖E和圖F所示，小顆粒污染物在密封件、導(dǎo)向套以及緩沖套上均造成明顯的磨損痕跡。

    水是礦物油介質(zhì)中常見的污染物，它會影響液壓油的潤滑性能，并在高溫(＞65℃)條件下引起密封材料的老化，使密封材料碎裂或者分解。普通聚氨酯材料密封件在高水基液介質(zhì)中，當(dāng)溫度高于50℃的情況下易發(fā)生水解，從而導(dǎo)致材料硬度和強(qiáng)度的變化引起密封失效。

混入油液的氣態(tài)空氣也是一種污染物，它會導(dǎo)致活塞桿密封材料發(fā)生物理性損壞，這種現(xiàn)象多發(fā)生在液壓缸垂直安裝的情況。在高壓狀態(tài)下，由于“氣穴”作用，在第一道密封件的唇口處，氣泡會被強(qiáng)烈地壓潰，局部產(chǎn)生極高壓力和高溫，造成密封件內(nèi)表面的高壓側(cè)和密封件的根部產(chǎn)生小刻痕，就像“被咬過”的痕跡。此外，圖G所示形狀的痕跡是由于液壓缸在工作時，氣泡穿過密封邊緣，到達(dá)密封運動副中的隙縫，并進(jìn)一步運動到密封圈的根底部時，壓力突然降低，氣泡團(tuán)迅速膨脹使唇型外圈損壞或者導(dǎo)致密封件的根部破洞而形成的。

 

    解決方法：要注意在裝配前，無論是新裝還是檢修后重裝，所有零部件都必須認(rèn)真清洗；采用合理的過濾配置來降低油液的固體顆粒污染度。比較液壓缸和液壓缸油口與換向閥之間的那段管道中的油液容量，如果管道中存留的油液比液壓缸中的油液多的話，其中的油液就不易流回到油箱而經(jīng)過過濾，污染物將滯留在該部分液壓油中，引起密封件的損壞。解決方法之一是重新布置換向閥的位置，使它更靠近液壓缸，縮短管道長度，油液就可從液壓缸流回到油箱而被過濾和冷卻。其他的解決方法有使用金屬的活塞桿防塵圈或活塞桿防護(hù)罩來防止外部污染物進(jìn)入液壓缸等。液壓油含水的檢查是通過對有問題的油樣和新油樣進(jìn)行比較來進(jìn)行的，無水的新油樣是透明的，如果油樣含有0.5%的水，則將呈現(xiàn)混濁或煙霧狀；如果油樣含有1%的水，將像牛奶一樣了。對于含有少量水分（低于0.5%）的液壓油液，除非系統(tǒng)要求十分嚴(yán)格，一般不予處理，如果水分含量較高(＞1%)，則應(yīng)采取除水措施或更換油液。

3．極端的工作溫度

    工作溫度會限制密封件材料和密封件形狀的選擇，例如，在水基介質(zhì)中，聚氨酯應(yīng)工作在50℃以下，才能避免密封件復(fù)合材料的水解。暴露于高溫或低溫的工作環(huán)境中的密封件通常會出現(xiàn)硬化、破裂、易碎等現(xiàn)象，如圖H所示。因此在某些應(yīng)用場合，必須要控制液壓缸或者油液的溫度，保證液壓缸正常工作。

4．化學(xué)物質(zhì)的侵蝕

    一些油液會和密封件發(fā)生反應(yīng)。液壓油液的生產(chǎn)商通常會列出對常用密封材料的相容性，但卻沒有定義動密封材料的適用性。例如：液壓缸缸體用的O形圈膨脹10%是可以接受的，但對于動密封件（如：活塞桿密封），膨脹10%就會導(dǎo)致摩擦力的增大而加速磨損。圖I是Polypok材料的密封件在含有水分的礦物油中使用前后的對比，很明顯，使用后的密封件（右側(cè)）變得帶有黏性甚至破裂。另外，縮小的密封圈會縮在溝槽中，而膨脹的密封圈也很難從液壓缸中拆出。精制的礦物基液壓油對丁腈橡膠的影響較小，但磷酸酯型難燃液壓液對丁腈橡膠的影響就很大。通常情況下，一個簡單的試驗就可看出油液和密封件是否相容。一般可與密封件供應(yīng)商和油液生產(chǎn)商聯(lián)系，正確選用合適材料的密封件。

5．壓力過高

對于最新一代的聚氯酯材料的密封件，因高壓引起密封件失效極少出現(xiàn)。對于其他材料的活塞桿密封來說，往往由于疏忽了液壓缸有桿腔的增壓效應(yīng)，有桿腔端采用回油節(jié)流將造成活塞桿密封承受幾乎等于系統(tǒng)壓力2倍（視液壓缸活塞與活塞桿的面積比而定）的背壓，這種過高壓力工況下的持續(xù)工作會使活塞桿密封由于過度摩擦的原因很快磨損(見圖J)。

 

6．壓力過低

    聚氨酯材料的活塞桿密封能滿足低壓工況下工作的要求，一般不會發(fā)生低壓泄漏。而對于其他材料的活塞桿密封，在液壓缸有桿腔沒有節(jié)流控制的工況下，會發(fā)生低壓泄漏，當(dāng)活塞桿伸出的時候，系統(tǒng)壓力可能會達(dá)到20MPa，但液壓缸有桿腔中的背壓可能還不到2 MPa。一些唇型密封要求有一個最低的工作壓力才能起作用，只有在背壓高于3 MPa的時候密封效果才明顯，低于這個壓力，密封件就不會緊附在活塞桿表面，從而起不到密封作用。