预防和控制液压系统泄漏的措施
2023-11-10
来源:易榕旅网
Hvdraulics Pneumatics&Seals/No.9.2012 预防和控制液压系统泄漏的措施 孙 骞 ,朱小明1,2,杨丽红 (1.上海理工大学机械工程学院,上海摘200093;2.上海豪高机电科技有限公司,上海201102) 要:液压系统在工业自动化中得到广泛应用,但是液压系统的泄漏问题普遍存在,它不仅污染了环境还降低了系统的效率,对液压 系统泄漏进行预防和控制显得尤为重要,作者从液压系统的设计、液压元件的选择、密封件的选择、装配工艺、阀块的加工质量等诸多 方面提出预防和控制液压系统泄漏的措施。 关键词:泄漏;液压系统;措施 中图分类号:THI37 文献标识码:A 文章编号:1008—0813(2012)09—0043—05 The Measures to Prevent and to Control Hydrauhc System Leakage SUN Q 帆 ,ZHU Xiao-minga。,YANG Li-honga (1.College of Mechanical Engineering;Shan曲ai University for Science and Technology,Shanghai 200093,China;2.Haogao Mechatronics Technology(Shanghai)Co.,Ltd.Shanghai 201102,China) Abstract:The hydraulic system widely used in industialr automation,but hydraulic system leakage is ubiquitous which seriously pollute the environment and reduce the hydraulic system efficiency.Accordingly,it is particularly important to prevent and control the leakage in hydraulic system.Author bring forward the prevention and control measures for hydraulic system leakage,through the design of hydraulic system,the selection of hydraulic components and seals,the assembly technology,the machining techniques of hydraulic manifold and SO on. Key words:leakage;hydraulic system;measure O前言 液压泄漏不仅消耗能量,还污染环境,预防和控制 泄漏成了液压工作者的一项重要课题。但泄漏普遍存 收稿日期:2012—06—08 在于液压系统中,其中有一些泄漏是不可避免的.比如 各种滑阀的阀芯与阀套、液压缸活塞与缸体的缝隙造 成的内泄漏,以及液压泵的内泄漏等;还有一些泄漏是 在液压系统设计、液压系统元部件的加工、液压系统的 装配以及液压系统使用维护等方面由于人为因素或失 误造成的泄漏。液压系统的泄漏可以通过元件选择、密 封件选择、改善装配质量和提高阀块加工质量等诸多 作者简介:孙骞(1988一),男,山东临沂人,硕士研究生,研究方向为流体 传动与控制。 3)推杆修理 按线圈漆包线的线径和匝数重新绕制。修好的电磁铁, 用手摇动,感觉到可动铁心移动灵活,无阻滞一般湿式 电磁铁无需修理,最多是清洗而已。 参 考 文 献 [1】张利平,等.液压气动技术速查手册[M】.北京:化学工业出版 社.2006. 干式电磁铁的电磁阀,推杆在使用中,一是表面可 能产生划伤而漏油,二是推杆长度因磨损变短而引起 交流电磁铁通电时啸叫和换向不良等故障。湿式电磁 阀则无此问题。拉伤引起漏油时,可仿照尺寸重新加工 换上;如果引起交流电磁铁啸叫,一般要适当磨短推杆 尺寸;如果是引起换向不良。则要具体测量尺寸.一般 是推杆长度不够所致。 [2】姚春东,等.液压传动实用技术[M】.北京:石油工业出版社, 2001. 4)电磁铁修理 干式电磁铁的修理主要是对可动铁心与固定铁心 的去锈去污。用油石砂磨二者接触面,将凹凸不平处磨 平,并擦干净,防止污物进入,造成接触面气隙过大而 引起电磁铁啸叫或发热。如果是电磁铁线圈烧坏,则应 【3]陆望龙,等.液压维修工速查手tiff[M].北京:化学工业出版社, 2010. f4】王洪波.液压系统泄漏探析[J].液压气动与密封,2012,(3). 【5】王洪波.手动换向阀故障分析[J】.液压气动与密封,2011,(7). 【6】李春.液压故障分析与改进措施【J].液压气动与密封,2008,(3). 43 液压气动与密封/2012年第9期 方面加以控制,使泄漏降到最 -21。本文通过分析液压 系统泄漏产生的原因和影响因素,详细探讨预防和控 制液压系统泄漏的措施。 1液压系统泄漏的分类 液压系统泄漏按照泄漏部位可以分为固定密封泄 漏和运动密封泄漏。固定密封泄漏主要有阀与阀块密 封面的泄漏、油缸油口连接处的泄漏、马达油口连接处 的泄漏、油泵进出油口连接处的泄漏等;运动密封泄漏 主要有泵主轴泄漏、马达主轴泄漏、伸出阀杆泄漏、液 压缸活塞杆泄漏等。 按照油液泄漏形式可以分为内泄漏和外泄漏。外 泄漏主要是指液压油从系统内部泄漏到外界环境中: 内泄漏是指由于系统高低压侧压力差存在以及密封件 失效等原因,使液压油在系统内部由高压侧流向低压 侧。其中。由于内泄漏诱因多、关联元件分布广、难以直 接监测等因素,再加上内泄漏是影响液压系统工作效 率的主要因素.过量的内泄漏将引起液压系统的控制 精度和效率发生波动,稳定性和可靠性降低,甚至丧失 原有的设计功能,内泄漏已成为液压系统防治的重中 之重【 。 2液压系统泄漏的原因和影响因素 2.1 液压系统泄漏主要原因 (1)液压系统设计存在缺陷或不合理地方; (2)液压系统加工制造存在问题; (3)液压系统装配方式存在错误; (4)液压系统设备使用中缺少维护与保养。 2.2影响液压系统泄漏的因素也主要有以下几个方面 的因素 1)设计因素 设计因素包括液压元件的选择、液压附件的选择、 密封元件的选择、管接头的选择、液压油的选择;液压 系统原理图、防振动、防冲击环节、消除活塞杆和驱动 轴密封件上存在的侧载荷、系统散热和油液污染控制 等方面的设计。 2)加工制造及储存运输因素 加工制造及储存运输因素包括阀块油口的加工、 阀块插孔的加工.密封部位的沟、槽、面的加工尺寸和 精度、粗糙度,静结合面的粗糙度等方面的加工质量, 密封圈、液压油等的储存和运输等。 3)装配和调试因素 装配和调试因素包括装配螺钉的选择、螺钉拧紧 力矩的加载、装配方式、螺栓防松措施、装配前的阀块 检查和污染物的清理、管路安装和静接合面的密封等。 4)后期维护保养因素 后期维护保养因素包括液压油污染物含量和油温 的定期检测、密封件更换、对空气中的粉尘和水分进入 液压系统的控制等。 3控制液压系统泄漏的措施 造成液压系统泄漏是多方面综合影响的结果,由 于液压元件固有的原因以及现有的技术和材料,要想 从根本上消除液压系统的泄漏是很难做到的,所以只 有从以上影响液压系统泄漏因素出发,采取合理有效 的措施尽量减少液压系统泄漏。 3.1 在设计方面要做到合理选择、正确设计 1)系统压力的选择、阀块材料的选择、液压元附件 的选择 液压系统在压力选择上不要过分追求高的系统压 力,系统压力不是越高越好,而是能够满足系统性能要 求即可。系统压力越高,内泄漏越大,外泄漏的可能性 也越大。某排量为40mL/r的轴向柱塞泵在额定转速为 1 500r/min时.在不同的系统压力下实测内泄漏如表1 所示。某10通径的中位0型机能电磁换向阀在不同的 系统压力下实测内泄漏如表2所示。 表1 某轴向柱塞泵实测内泄漏 系统压力 a 泄漏量mL/min 5 220 10 1020 15 1470 2O 250O 30 5820 表2某换向阀实测内泄漏 系统压力MPa 泄漏量mE/kin 5 O.2 10 1.12 15 6 2O 20 25 31 30 4&5 同时。为了减少系统由于液压元件造成的内泄漏, 在选择液压元件时,要考虑液压元件的自身固有泄漏, 如泵、蓄能器的容积效率,液压阀阀芯的内泄漏。系统 设计选择液压元件时,不要仅仅只看元件产品样本上 标注的流量压力曲线(很多样本的曲线是没有经过实 测或作了美化),有条件的话最好对其在选定的压力下 进行性能测试,在液压缸、液压泵、液压阀、密封件、液 Hydraulics Pneumatics&Seals/No.9.2012 压辅件等的选择中,选择其内泄漏量小的产品,这样可 以减少系统的泄漏量。提高液压系统的效率。 在选用液压阀时,一定要清楚其流量、压力范围和 流量一压力曲线,若选型过小往往会造成系统压力损 失太大,增加系统产热加快密封件的失效而产生泄漏。 能,如液压油的粘度、粘温特性、润滑性能、抗氧化性、 防锈性、抗乳化性、水解安全性、抗泡沫性、空气释放 性、相容性、清洁度和流动性等,选择那些品质优良的 液压油:并且还要注意在液压油的保存、运输、抽注和 使用过程中控制水分的侵入.因为过多侵入的水分会 和液压油发生反应,生成酸性物质和油腻,降低液压油 的润滑性能,加速部件的磨损.造成泄漏[61。 4)管接头的选用 在液压管路的设计中,正确选用管接头、管材和连 在选择阀块材料时,要根据工作压力要求合理的 选择阀块的材料,如果材料选择不当可能会造成阀块 破裂而引起泄漏。一般阀块的材料可以参考以下选择, 当工作压力<6.3MPa时,液压阀块可以采用铸铁 HT1200;当工作压力≥6.3MPa且<21MPa时,可以选用 铝合金锻件:当工作压力 ̄>21MPa时,液压阀块可以选 用35锻钢 。 2)密封件相关的设计和选择 由于密封件的设计、选择及密封件的失效造成的 系统泄漏占了液压系统泄漏的很大比例,所以对密封 件的正确选择,密封部位的合理设计也显得至关重要。 在设计中要注意一下几点: (1)密封部位的设计。①密封沟槽的设计要严格依 据标准,要有足够的精度和合理的压缩量,油口形式设 计成斜口和平面等0型圈密封形式,此类油口密封可 靠。②设计时尽量消除活塞杆和驱动轴密封件上的侧 负荷,防止侧载荷的存在,使密封圈的另一侧变形大加 快磨损而失效。③在设计时,要在重要部位(如活塞杆 处等)安装必要的防尘圈、防护罩和橡胶套,防止环境 中的尘埃和杂质进入系统,造成油液污染.进而加快密 封圈的磨损,破坏密封圈密封效果引起泄漏。④密封部 位的强度、表面的粗糙度及运动表面的几何精度不能 太低。密封部位的精度过低,会由于几何变形而造成密 封失效;运动表面的几何精度过低,在运动时会由于密 封件密封不严造成泄漏;密封件表面的粗糙度过低.可 能会造成表面油膜在运动时被破坏甚至无法形成.而 加速磨损。 (2)密封件的选择。①选择密封件应根据液压油与 密封材料的相容型式、负载情况、极限压力、工作速度 大小、环境温度的变化,按照使用说明书或有关手册, 选用与系统液压油相匹配的密封件的型式及材质,以 杜绝由于密封件的选择考虑不足引起的密封件失效而 造成的泄漏嘲。②在选用0型密封圈时.建议优先选用 D型圈,因为D型圈形状特殊,使其在使用过程中不易 出现0型圈的扭拧损伤,并且在低温作用时,其接触压 力比0型圈大,不易啃伤。最好不要使用组合垫圈。 3)液压油的选择和储运 在液压油的选择中。要综合考虑液压油的各项性 接螺纹,尽量选用叠加阀、插装阀、板式阀等组成液压 阀组.减少不必要的管路长度和管接头及法兰的使用 量,降低管路中存在的泄漏的可能性。在选用管接头时 建议优先选用Walform管道连接接头,因为这种管接头 的管子连接功能与密封功能是截然分开的,单独的密 封圈堵死了唯一可能的泄漏通路,并且在降低了装配 成本的同时,可保证再次装拆而不出现泄漏问题门 5)系统防冲击、减振设计 系统设计时可以通过以下两点采取必要的防冲 击、振动和噪声措施: (1)在所有管子处使用减震支架固定以便吸收冲 击和振动,以减少由于机械振动、液压冲击造成的管接 头松动而引起泄漏;在泵源位置存在压力脉动,要装补 偿接管、高压胶管、减震器或脉动吸收器[81。 (2)使用蓄能器来减少系统冲击。根据实际系统需 要选择匹配的蓄能器,合理确定蓄能器的有效容积、充 气压力、最高工作压力、最低工作压力。气囊式蓄能器 和隔膜式蓄能器有良好的吸收冲击和消除脉动能力, 可以优先考虑。 蓄能器对减少系统的冲击和震动起着重要的作 用,它可以作为波动和脉冲的减缓及吸收器,所以在液 压系统设计中在冲击源附近添加适当数量的蓄能器, 可以很好的减少由于系统冲击引起的泄漏。液压系统 的液体受温度的升高或下降、换向阀突然换向、液压泵 突然停车、执行元件突然停止运动等原因,会使流体产 生速度和方向的变化,在液压系统中产生冲击,压力高 达正常值的数倍,这时如果溢流阀来不及动作.就会使 系统元件受损,但是若在靠近冲击源附近安装蓄能器. 就可以很好的吸收冲击;在封闭的液压系统中,由于温 度的升高,液体会受热膨胀,压力升高.若在管路中安 装一个蓄能器就可以吸收由于温度的变化造成的压力 波动嘲。 6)合理的系统散热设计 油温过高会造成油液黏度降低,内泄漏加大,润滑 45 液压气动与密封/2012年第9期 性能下降,元件磨损加大,使密封圈老化甚至失效。破 坏系统的密封和元件的性能,可以通过以下措施来控 制系统的温度: (1)在系统中合理设置卸荷回路,避免工作停止时 液压泵仍在高压溢流;对流量和速度要求变化较大的 系统,可以采取高低压组合、大小流量组合、电液融合 系统、采用变频机或比例变量泵等方式,避免使用单台 定量泵,减少能量损耗而发热; (2)油箱要设计合适的容积大小,以确保有足够的 散热面散热: (3)要避免使用过细过长,弯曲过多,截面变化频 繁的油管,以免造成油在管道内能量损失过大: (4)选择合适规格的阀、合理的过滤精度等,避免 造成过大的系统压差产生热量使系统发热: (5)添加隔热材料和反射板等,使系统和外界隔 绝,避免周围过高的环境温度使油温升高; (6)根据系统的要求正确选择合适类型和规格的 冷却器,其中包括水冷式,风冷式和制冷式,并保证冷 却器中的冷却液充足; (7)液压系统应该加装油温自动检测装置,实现系 统的油温过高保护,系统检测到油温过高时启动冷却 系统 。 7)液压系统防污染过滤设计 系统的液压油保持清洁可以增加油液的润滑性 能,减少系统零件的磨损。在系统设计时,要在吸油口、 高压出口、回油口以及重要零部件的前端设计过滤器。 采取在油箱的进气口,加装空气过滤器,油箱外循环过 滤的方法减少油箱对系统油液的污染。 8)防空穴和气蚀 为减少空穴和气蚀,在设计时要减小液流在间隙 处的压力降,尽可能地降低吸油高度、加大管径,同时 也要限制吸油管的流速,对高压泵采用辅助供油泵 。 3.2在制造加工方面做到合理选择加工工艺、关键部 位保证加工质量 1)阀块的加工 在阀块的加工中要保证各个密封部件的尺寸公 差、表面处理、表面光洁度及形位公差等要求。阀块上 安装阀和法兰的表面粗糙度应达到Ra0.4Dm.螺纹与 其贴合面之间垂直度允差为0.05ram.插装阀安装孑L的 粗糙度为Ra0.8Dm,一般流道的表面粗糙度为Ra 12.5Din。所有孑L的定位允差为0.1mm,深度允差 0.2mm,所有孔与所在端面垂直度的允差为 0.05mm. 螺孔加工精度为7H,各孑L道之间的安全壁厚不得小于 3-5mm[41o 当螺纹孔的几何精度和加工尺寸、加工精度不符 合要求时,会造成密封圈密封不严而泄漏。加工螺纹插 装阀的安装孔道需使用专用成形钻头和成形铰刀.用 专用加工刀具加工出的螺纹插装阀的安装孑L精度高, 效率高。最好不要用传统的加工方法去加工螺纹插装 阀的安装孑L道,不仅加工精度差,而且效率极低,会影 响螺纹插装阀及其密封件的性能甚至失效。阀块加工 完后一定要认真清理毛刺.残留在阀块中的毛刺或铁 屑很容易切坏插装阀上的密封圈和造成液压阀的卡 堵,使系统产生泄漏[11】。 2)静接合面的加工 对各种盖板、固定承压、阀板之间和阀块之间的结 合面要按照规定加工出相应的精度,平面度要不小于 0.01/100mm。管接头密封面的表面粗糙度应达到 Ra3.2Dm,螺纹与其贴合面之间垂直度允差为0.05mm。 3)密封沟槽处的加工 对法兰、阀板和阀块之间密封件的沟、槽、面的加 工要严格按照规范,保证加工质量。沟、槽的表面粗糙 度应不大于Ra0.8Dm.平面度要达到0.01/100mmt 。 3.3在装配和调试方面做到先检查后装配、正确装配 1)液压元件的检查 装配前要对装配零件和密封圈进行仔细检查。检 查倒角处和交口处的棱角或毛刺是否清除干净、密封 圈的规格和相配的沟槽是否相符、密封圈配合处表面 粗糙度及台阶孑L的深度是否合格、密封圈是否失效、各 个零件是否清洁干净等。 2)油箱的清洁 油箱的清洁至关重要,装配前必须认真清洗,并用 棉绸察干。 3)密封件的储运和装配 在密封件的储存和运输中要正确保管密封件。要 避免密封件暴露在高温环境或低温环境中,不要让密 封件接触水、油及酸、碱物质,避开阳光直射、臭氧源 及放射线,为防止产生永久变形,应以自然状态存放 密封圈。 安装密封件时。要注意时效期限,不要弄错装配方 向,要有正确压缩率和配合间隙,在通过轴上的键槽、 螺纹等锐口部位时,应按要求使用引导工具以避免造 成密封件的划伤和扭曲。清洁时要用煤油清洗,一定不 要用汽油或柴油清洗防止密封圈老化[5】。 4)螺纹连接件的选择、装配 对螺纹连接件,要根据类型和使用条件选择合适 Hydraulics Pneumatics&Seals/No.9.2012 的长度、强度等。液压阀安装螺栓的强度和精度等级必 须符合液压阀的使用要求,并应采用测力扳手按规定 现油温过高,一定要及时排查原因,消除故障。 3)密封圈失效检测 日常维护时要定期对各阀门等活动部件、紧固件 和管接头等静结合处进行检查,查看是否有因为密封 件失效而引起的泄漏,如有发现要及时更换新的密封 的拧紧力矩拧紧。螺钉安装要严格按照操作规程操作, 杜绝野蛮操作,以免过度用力而使零件产生变形和密 封圈被挤出,造成密封失效;装配时要检查螺钉长度是 否合适,防止螺钉过长而导致压紧力不够而泄露。同时 为避免螺纹松动而导致泄漏。应采取必要的螺纹防松 措施。 圈。对像蓄能器这样的部件要保持适当的充气压力,充 气压力过高会导致密封圈失效。一般不要轻易拆卸系 统的液压元件,发现泄漏问题时要先从原理查找。必须 5)管路的安装和密封 管路弯曲半径要适当,不能过大也不能过小,要避 免软管存在扭转的情况。弯曲半径过小易产生横向裂 纹,过大易产生纵向裂纹,从而导致漏油。硬管装配应 按转弯处的半径大于油管外径3~5倍要求进行管路弯 曲;软管安装的弯曲半径应大于9倍软管外径,弯曲处 到管接头的距离至少要等于6倍软管外径。 管路的固定最好选用减振效果好的固定件,并在 合适位置固定,安装切忌强行装配,否则会带来管路变 形、产生安装应力,导致强度下降。 6)静接合面的装配 阀块上液压阀的安装面应平直,表面不能有径向 划痕,在不挤坏密封圈的前提下,适当增加连接螺钉的 预紧力,防止两个表面分离。对于各种端盖、盖板、管接 头、法兰接头等静止的结合面,由于表面粗糙度的存 在,使他们不可能完全结合,肯定存在接触空隙,所以 需要在结合面上采取涂液态密封胶的措施,以防压力 高时从空隙产生泄漏。 3.4在维护保养方面做到定期检测、及时更换 在使用阶段的定期检查、定期维护、及时处理是防 止泄漏、减少故障的最基本保障。维护人员可以在以下 方面采取措施: 1)油污的检测 要定期对油质进行检测,并做好记录。一般液压传 动系统每月检测一次,伺服系统要每两周检测分析一 次。系统中的高压过滤器、空气过滤器要每季度拆开把 滤芯清洗一次,吸油过滤器要每半年清洗滤芯一次。发 现油液污染时,要及时更换过滤阀芯,定期清洗油箱. 保持液压油的清洁度。油液氧化严重,要及时更换油 液。换油时,要把系统管路和工作回路及油箱的旧油都 替换,切忌新旧油混合使用 。 2)油温的检测 要定期对液压系统中的各温度表进行检查登记. 同时也要一并检查油箱中油液、冷却液是否充足。如发 拆卸时应将零件清洗并存放于洁净环境中『81。 4结束语 液压系统的泄漏有诸多的因素影响,所以在实际 应用中,要以预防为主,防治相结合;要合理的设计系 统,正确的液压元件、密封圈、管接头的选择,制定良好 的加工和装配工艺,保证加工和装配质量。同时.还要 在实际应用中严格按照作业规范,定期维护.出现泄漏 故障时,要根据现场实际现象做出正确的判断,及时修 理部件,把泄漏故障控制在萌芽状态 防止事态的进一 步扩大。治理完后还要总结经验教训,不断提升控制液 压系统泄漏的能力。 参考 文 献 【1]路甬祥.液压气动技术手册【M].北京:机械工业出版社,2002. 【2】雷天觉.新编液压工程手册[M】.北京:北京理工大学出版社, 1998. 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