液压传动系统的泄露分析及对策

液压传动系统的泄露分析及对策

摘要：在液压传动中，液压油的泄漏是一个不可忽视的问题，如果泄漏得不到解决，不仅影响系统的工作性能，损坏液压元件，而且会浪费资源，造成环境污染。本文通过对密封机理的研究，对液压传动的泄漏形式及传动密封不良引起的泄漏原因进行了分析,提出了有效措施控制泄漏，促进液压技术在实际工作中发挥更大的作用。

关键字：泄露；密封；对策

0. 引言

液压传动是以液压油为工作介质来传递动力和能量的，具有传递动力大，运动平稳，控制方便等特点，在现代工作的各个领域应用十分普遍。在液压传动中，液压油的泄漏是一个不可忽视的问题，如果泄漏得不到解决，不仅影响系统的工作性能，损坏液压元件，而且会浪费资源，造成环境污染。因此密封装置的作用对液压元件与系统的正常工作至关重要。分析液压传动密封的失效，采取有效措施控制泄漏，促进液压技术在实际工作中发挥更大的作用。

1. 泄露的类型与形式

泄漏是指在液压元件及系统的容腔内流动或暂存的流体，由于压力、间隙等原因，少量越过容腔边界，由高压侧向低压侧流出的现象。

泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏是工作介质从高腔向低腔的泄漏，如液压传动中油液从高压腔向低压腔的泄漏、从换向阀内压力通道向回油通道的泄漏等。外泄漏是工作介质从工作腔向元件和系统外部的泄漏，如齿轮泵的端面泄漏、液压油管的渗透等。

液压系统的泄漏形式主要有缝隙泄漏、多孔隙泄漏、粘附泄漏和动力泄漏等[1]。

2. 泄露产生的影响

工作介质的泄漏会引起系统压力调不高；执行机构速度不稳定；系统发热；能量、油液浪费；造成控制失灵；液压系统和液压元件容积效率急剧下降；达不到所需的工作动力、使设备无法正常运作；外泄漏还会造成工作介质浪费和环境污染，油液泄漏有可能造成火灾等。下面以锁紧回路(如图1所示)为例说明液压系统中密封不良产生的泄漏对液压工作系统的影响。锁紧回路可使液压缸活塞在任意位置停止，并可防治其停止后窜动的回路。这种回路主要用于汽车起重机的支腿油路和矿山机械中液压支架的油路。

此回路的工作原理：换向阀右移，左位进入工作时，压力油经左液控单向阀进入缸的左腔，同时将右液控单向阀打开，使缸右腔液压油经右液控单向阀及换向阀流回油箱；反之，当换向阀左移，右位进入工作时，压力油进入缸右腔并将左液控单向阀打开，使缸左腔回油。而当换向阀处于中位（H型）或液压泵停止供油时两个液控单向阀立即关闭，活塞停止运动。这时就要求液控单向阀及各油路的接头处的密封性能很好，否则就无法使活塞长时间被锁紧在停止时的位置。如果出现泄漏，活塞就会在外力作用下向泄漏大的一端移动，轻则影响正常工作，重则造成生产事故。可见液压系统密封的重要性，解决和防治液压系统的泄露对生产、工作有着重要的意义[2]。

3. 泄露原因分析

3.1 泄露的一般原因

一般来说液压传动中产生泄漏的原因有设计、制造方面的问题，也有设备维护、保养等方面的问题。在实际中泄漏情况是很复杂的，往往是各种原因和各种情况的综合，但主要原因是组成液压密封工作腔的各零件间有间隙，且间隙两侧存在压差，即间隙是主要的泄漏通道。因此液压系统中泄漏大部分是由密封失效引起的。

图1 锁紧回路

3.2密封机理及密封失效

密封机理是L.H ore等人研究并提出的“泵汲”效应模型理论。该理论认为被密封液体的表面张力有助于防止泄漏，可保证密封系统中接触区的油液膜处于混合润滑状态下工作，其密封是通过油膜的“泵汲”实现的。也就是说，密封件的密封机理是由密封唇部，在运转过程中不断地将油液从大气侧泵汲到油侧。

从密封机理可知，密封件过盈量是保证密封性能的一个重要指标。过盈量过大或过小都会造成密封泄漏。在实际使用中有许多情况会引起过盈量改变，从而导致密封失效。密封件的损坏主要是由被污染的液体、不合格的沟槽或有毛病的密封表面及使用不当所引起的。

液压传动中密封失效形式主要有四类：过度磨损、挤出现象、变形和系统中的空气所引起的损坏[3]。

3.3造成泄露的几个重要因素

（1） 轴转速

图2 轴转速对密封寿命的影响曲线

轴的转速不仅影响到密封的泄漏，而且由于转速的改变，将引起温升、动载等变化，严重影响到密封的工作寿命。图2所示为油液温度保持在120℃时轴转速对密封寿命的影响曲线。

（2） 液压元件的表面粗糙度

液压元件表面粗糙度过大，密封件越易磨损，泄漏增加；相反，若过小，则表面上难以形成相对运动时所需的最小油膜，从而使密封件处在干摩擦或半干摩擦状态而过早磨损，导致密封性能不

μ内选取，这样泄稳定，泄漏也会增加。一般液压系统中液压元件的表面粗糙度宜在0.15～1.40m

漏最少。

（3）工作介质的粘度和橡胶材料

一般来说，工作介质粘度越低，越易泄漏，越高越不易泄漏。由于密封件上橡胶与不同油液的亲和性不同，因而会出现橡胶的膨胀或收缩。若油封唇部收缩过大，不能形成所需要的油膜而会造成泄漏。若膨胀量过大，唇部变形过大，其硬度强度和延伸率均降低（即唇部“软化”）后，唇部极易磨损，造成泄漏增加。

（4）工作压力和温升

液压系统压力越高越易泄漏。当工作压力大于密封耐压时，密封唇部易变形，中间发生凹陷，从而增大了接触宽度。实践表明，当压力从零增大到0.1MPa时，其接触宽度将是压力为零时的4倍。压力作用下接触宽度的增加使摩擦力矩增加，也使磨损加剧、温升提高、泄漏增加，进而影响密封的使用寿命。油温过高，润滑油膜变薄，摩擦力加大，磨损加剧，密封材料老化增快，使之变硬变脆，并可能很快导致泄漏。图3表明，随着油液温度的增高，其密封寿命将急剧下降，温度每增加10℃，密封寿命将缩短约1/3。

图3 油液温度对密封寿命的影响曲线

（5）工作介质的清洁度

液压系统的工作介质是液压油，如果油液不洁，或由于机械对元件在运转中产生的磨损粉末和切屑粉末以及外部侵入的灰尘，一旦进入油液油质将变差形成油泥和固形杂质，引起密封唇口与元件表面的划伤，从而导致密封的急剧磨损，泄漏增加。

4.泄露对策

为控制液压系统的泄漏，必须从检测、正确选用和使用密封件入手。

4.1泄漏检测

首先对液压系统的泄漏原因进行诊断，如图4所示，这是控制泄漏的关键。

图4 液压系统泄露检测顺序图

4.2密封件的选用和安装

1 密封件的正确选用

密封大多数采用具有弹性或易变形的材料，密封材料的正确选用是决定密封性能、防止泄漏的主要因素。因此，现代液压对密封材料的一般要求是：（1）抵抗工作介质侵蚀的能力强，长期工作体积和硬度变化小；（2）弹性和压缩复原性好，永久变形小，甚至还要求能够消除因活塞或活塞杆偏心引起的间隙；（3）材料致密性好，不渗漏；（4）具备适当的机械强度和硬度；（5）具有能与密封面贴含的柔软性和弹性；（6）在工作介质中有良好的化学稳定性，对工作装置中的液压油和润滑油有一定的耐受性，不溶胀、不收缩、不软化、不硬化；（7）抗腐蚀性能好，在酸、碱、油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘在金属表面上；（8）耐臭氧性和耐老化性好，经久耐用；（9）加工制造方便，价格低。任何一种材料往往不能全面满足上述这些要求，使用时应根据工作条件、要求来选择。

2 密封件的安装

为使密封可靠、寿命长，在设计密封槽时，要有适当的压缩率，不能过大也不能过小，过大则