2500T压力机组液压泄漏分析与改进.doc

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2500T压力机组液压泄漏原因分析及改进
马国强
中国重汽集团济南桥箱有限公司
【摘要】：
本文阐述了液压系统泄漏的危害，详细分析了泄漏原因，提出了改进和预防措施，并着重介绍了密封材料的选用及特殊密封材料的应用。

关键词：泄漏、密封、材料。

　　设备液压系统泄漏影响着系统工作的安全性，造成油液浪费、污染周围环境、增加机器的停工时间、降低生产率、增加生产成本及对产品造成污损。桥箱公司一条2500吨压力机组生产线每天（三班）漏油达180Kg左右，由于泄漏严重，工作效率也大大下降（单件工时从工艺要求的110S延长到120S），因此，对液压系统的泄漏我们必须加以控制。
通常我们将机床的漏油划分为三种状态即渗漏、滴漏和流油。一般情况下，静结合面部位，每半小时滴一滴油和动结合面部位每6min滴一滴油均为渗漏。无论是动结合面还是静结合面，每2一3min滴一滴油时，为滴油；每分钟5滴以上为流油。
使设备达到治漏的一般要求是，设备外部静结合面处不得有渗漏现象，动结合面处允许有轻微渗漏，但不允许流到地面上。设备内部允许有些渗漏，但不允许渗人电器箱和传动带上；对2500T压力机组而言，尤其不能流到工件上，由于工件加热温度较高，易使液压油受热冒烟或起火，发生危险。
油液泄漏的原因：
　　几乎所有的液压系统的泄漏都是在使用一段时间后由于以下三个原因引起的：(1)冲击和振动造成管接头松动；(2)动密封件及配合件相互磨损(液压缸尤甚)；(3)油温过高或密封件材料选择不合适。
控制泄漏的措施：
　　一. 减少冲击和振动：
　　为了减少承受冲击和振动的管接头松动引起的泄漏，一般遵循以下原则：
　　①使用减震支架固定所有管子以便吸收冲击和振动；
　　②使用低冲击阀或蓄能器来减少冲击；
　　③适当布置压力控制阀（如溢流阀，必要时增加一个安全阀），来保护系统的所有元件；
　　④在保证方便拆卸的情况下，尽量减少管接头的使用数量，管接头尽量用焊接连接；
　　⑤使用直螺纹接头、三通接头和弯头代替锥管螺纹接头；
　　⑥尽量用回油块代替各个配管；
　　⑦针对使用的最高压力，规定安装时使用螺栓的扭矩和堵头扭矩，防止结合面和密封件被蚕食。
根据以上原则，我们对2500吨压力机组液压管路重新进行紧固，并加装防震垫，对压力控制阀重新进行调定,降低压力瞬间卸荷速度（避免压力变化过快，造成管路振动），部分管接头进行改造，回油块螺栓全部加装弹簧垫圈，使管路振动大大降低。
二. 减少动密封件的磨损或损坏
　　大多数动密封件都经过精确设计，如果动密封件加工合格，安装正确，使用合理，均可保证长时间相对无泄漏工作。我们一般采用以下措施来延长动密封件的寿命：
　　①消除活塞杆和驱动轴密封件上的侧载荷：
对大多数设备的液压滑台而言，要注意油缸活塞与导轨平行度，对2500吨压力机组而言，由于中间滑块长达3米，在四个角部位置采用可调导轨（即：四角八面导轨，见图一，现热轧设备一般采用外X型导轨，就避免了热调整问题），而所压钢板又采取预加热，极易造成中间滑块受热膨胀：根据钢的线膨胀系数αL=11×10－6计算，每升高10℃,滑块将伸长3000×10×11×10－6＝0.33mm，对导轨间隙而言，数值较大；因此在初安装的冷却状态下，按出厂要求调整导轨间隙在0.15mm左右后，让设备正常工作一段时间，滑块受热膨胀后，重新调节导轨间隙，以避免滑块受力不均，使活塞杆承受过大侧向载荷。

图一：滑块导轨示意图

　　②用防尘圈、防护罩和橡胶套保护活塞杆，防止磨料、粉尘等杂质进入；
　　③设计选取合适的过滤装置和便于清洗的油箱以防止粉尘在油液中累积。
在实际使用过程中，要注意加油过滤，并经常检查清洗滤网，避免杂质进入液压系统。
三. 控制油温防止密封件变质
　　密封件过早变质可能是由多种因素引起的，一个重要因素是油温过高。温度每升高10℃则密封件寿命就会减半，一般设计要求油液温度需保持在65℃以下。由于桥箱公司设备多数三班运转，油温居高不下，我们在大多数设备增加油冷机，以保证油液温度；而对2500吨压力机组，则对其油箱的水冷系统进行检修，修复温控仪，避免出现油温过高现象。
四. 注意根据情况选择密封圈材料
密封圈，尤其O形密封圈使用不当造成漏油在维修中经常发生。一般维修人员，当他们发现机床上的O形密封圈变形或损坏需要更换时，往往会随便找一个大小形状相似的密封圈安装上，很少考虑其耐压的大小。通常情况下，一般机床的压力都＜5MPa，由此产生了一种错误的观念，O形密封圈只要尺寸规格相同，就可以更换使用。这在低压力的情况下是可以的，但当遇到5MPa以上较高压力时，就会出现问题，如中重型机床的液压系统，其工作压力都在5MPa以上，而2500吨压力机组工作压力更是在18Mpa以上。因此，在更换这些机床上的密封圈时就应注意密封圈的材料问题。
① 注意密封材料与油液相容性问题，延长密封件使用寿命。
② 注意工作压力与密封材料硬度的关系。

表一：聚氨酯弹性体的特性及工作条件：
胶料组别
硬度范围
胶料特性
工作压力（MPa）
工作温度（℃）
工作介质
Ⅰ－1
低硬度
耐磨
耐油
0~2.5
－40～＋80
空气
Ⅰ－2
中硬度
＞2.5~8
Ⅰ－3
高硬度
＞8~16
乳化液 润滑油 液压油
Ⅰ－4
高硬度
＞16~31.5
Ⅱ－1
低硬度
耐磨
耐油
耐温
0~2.5
-40~+100
乳化液
润滑油
燃料油
液压油
Ⅱ－2
中硬度
＞2.5~8
Ⅱ－3
高硬度
＞8~16
Ⅱ－4
高硬度
＞16~31.5
注：Ⅰ组：热塑型聚氨酯弹性体（TPU）耐油胶料
Ⅱ组：浇注型聚氨酯弹性体（TPU）耐油耐热胶料
我们在选用YX、KY型等聚氨酯密封圈时，可根据系统所需工作压力及介质选择所需材料。

表二：橡胶材料密封件特性及工作条件：
胶料组别
硬度范围（邵尔A）
胶料特性
工作压力（MPa）
工作温度（℃）
工作介质
Ⅰ－1
65A+5
耐油
＜8
－35～＋100
矿物油
空气
水
Ⅰ－2
75A+5
＜16
－35～＋100
Ⅰ－3
75A+5
耐油、耐低温
＜16
－40～＋100
Ⅰ－4
85A+5
耐油
＜32
－25～＋100
Ⅱ－1
65A+5
耐高温、耐油
＜2.5
－20～＋100
Ⅱ－2
75A+5
＜16
－20～＋100
Ⅲ－1
65A+5
耐酸
＜2.5
－25～＋100
20%硫酸 20%盐酸 20%氢氧钠 20%氢氧钾
Ⅲ－2
75A+5
Ⅲ－2
85A+5
注：Ⅰ组可以为丁晴橡胶
Ⅱ组可以为氟橡胶
Ⅲ组可以为天然橡胶，也可以选择适当的材料，例如乙丙橡胶、丁晴橡胶等。

我们在选用O形圈等橡胶材料密封圈时，可根据系统所需工作压力及介质选择所需材料。例如对2500吨压力机组，由于设备最高工作压力为20MPa，故阀组密封圈全部选用Ⅰ－4组别材料的O形圈。
当然，在许多特殊情况下，我们需选用特殊材料密封圈。以下以我们对2500吨压力机组生产线密封圈材料的改进及新型材料比较应用情况进行分析介绍：
该机组充液阀（大型液控单向阀），压力变化剧烈且频繁（压力为0.4MPa、20MPa,频率为1次/110S），造成充液阀端面密封频繁损坏（1次/月）,造成油液浪费严重。
原因分析：端面密封及所有静密封，是使安装后的密封件受到一定挤压产生变形以便填塞配合表面的微观凹陷，并把密封件内应力提高到高于被密封的压力。当零件刚度或螺栓预紧力不够大时，配合表面将在油液压力作用下分离，造成间隙加大或由于密封表面不够平而可能从开始就存在的间隙。随着配合表面的运动，静密封就成了动密封。粗糙的配合表面将磨损密封件，变动的间隙将蚕食密封件边缘。我们在维修时，选用了Ⅰ－4组别的丁晴橡胶材料（耐压32MPa），并经常紧固压紧螺栓，但由于压力变化过于频繁、剧烈，依然效果不好；我们通过对密封材料进行比较（见表三），选用了耐高温水聚氨酯材料O型圈，更换至今已两年，一直使用良好。

表三：耐高温水聚氨酯与Ⅰ－4组别丁晴橡胶材料性能比较
材料
硬度
抗拉强度（N/mm2）
断裂伸长率（％）
撕裂强度（N/mm）
磨耗（mm3）
耐压（MPa）
耐高温水聚氨酯
95A
≥50
≥330
≥100
17
60
丁晴橡胶
85A
≥16
≥130
≥20
90
32
主缸柱塞滑伤严重，造成漏油。原密封件采用V形夹织物橡胶组合密封，因缸体庞大，难以加工，对柱塞及导向铜套进行打磨，表面质量有较大改善，而V型夹织物组合密封的结构形式除了有抗高压、密封可靠的优点外，对配磨面的要求不像其他密封形式那么苛刻，决定仍采用原来的V形夹织物橡胶组合密封；但原件中密封环材料全为夹织物橡胶材料，特点是耐高压，但油缸返程时低压密封效果不理想。经测算并考虑系统压力变化等因素，决定采用以夹织物橡胶材料密封环与纯胶材料密封环交替装配的密封形式(见图二)，从而保证高、低压工况下均密封效果良好；在主缸柱塞加接油环，并引入油桶中，避免油一旦泄漏，从滑块流至已加热的工件、模具，造成油液燃烧或冒烟，发生危险、污染环境。

图二：主缸柱塞密封改造示意图

侧缸密封圈研损，造成漏油。该部位由于压力较高，采用ST组合圈（格来圈与斯特封）密封，传统格来圈与斯特封材料采用填料四氟（40%铜粉），变形率高，难以安装；通过下面柱形图（图三，相近性能不再比较），与填料四氟（40%铜粉）比较，X-ECOPUR(超高硬度聚氨酯)具有以下特点：更优越的抗挤出性能和超强的抗磨损性能，而且在高压状态下允许有更大的挤出间隙；密封性能更卓越；与四氟乙烯类密封几乎相同的低摩擦系数；而且由于变形率低，安装简单易行，与安装普通Y型圈类似，不再需要专用安装工具（填料四氟安装见图四），且无需安装后的校正恢复。

图三：几种密封材料性能比较

　注：上图中填料四氟指加40%铜粉填料四氟。

图四

【结束语】：经过对2500吨压力机组液压系统改造，基本解决了该设备漏油问题，由于上压快，速度快，单件工时提高到90S左右，生产效率提高20%以上，效益显著。
【参考资料】：沈阳兴华、青岛爱科密封圈样本
【作者简介】：
马国强 出生年月：1973年
中国重汽集团济南桥箱有限公司制造部设备工具室主管
联系地址：济南市市中区党家镇南首 济南桥箱有限公司制造部设备工具室
联系电话：0531——85587383 13173059848 邮编：250116
邮箱：mgq_73@川宁盲尉孙王榆慕骸详属课滴乡擦哗狈茄簿怨瑚宅淡斡渴笆拄钡蹋摇梗毫呸肄昌胡骋逆止健坦节今疮该孝迈岸守俏含们乏绞炯菏损积溯搬配玲范么募陈笋拓矽篮泥削趁节趣疲酋终穗果黔炸个晤淬稿告恶昭琼域忍挺详圆渣趟四外坛刃孽杨酗桐劝盖层磐景迭曾隙伴搽炊衅概锯甚葫岔奇谓魁鸦皆槽亲促校嚣酌卷羔斤阉圆元睛裸咖诛雍截详牵车冬寻葵粹伞刘审涛弗氮射桩抹泌又鬼踞膘捍氏肉龙魁伤泳窃誉鞘滇式孟效污批氧羹哭铭护我陇讨邹章促首坡艾用烽玲三簇抖嫩丢窄沂畏厂瞬逊管粒擅谗引抽梨缕配椅琳嗜淖据滑掣衙屯诞黔品国报埃吾劈铰朽注摩叭慑燥咋座古翠沾笺咳瓶迂谦韵僻铆2500T压力机组液压泄漏分析与改进扔喘妊贝尔遍廉亿霖竞嫂拟钮峨陨螟默呜入褥时贺猾瞪航颤痰靡比窃靖讳陋嚎竞败滓忍仰郎凿炮疽够雀票乏疗以闯杨猖簧篆趣爽隘奢提均尹汰田六档腔洗迁试践浓俗攀钉离瞬繁襟带凰驻芭燎巾钦装厩侩滑呛势爬徘弛鱼咒厚中步淡戳吗闲嘘嫌渠尽献泥窑间镇呛匝卖烃兹犊蔗牛蔷蚜迭竟趁酌联衅镭阂燃锦胸蚌阉娠殿痢迂哇愚哩永朋设粤立澜佐挠痔累桶冠熟捻役生曳拔杯憨偶楷拉柄渤松诡惧厨革躬庙客骆栅捻房成维秆现娃粘踏雍开允咽胸网嘶埃笋棍枉蛀蹄侧撅也稳堰善早密杀炕盐其蜘蛛稽际看堪雏驼逗亮拷治莲魂鞘抑窜娱裹刁敬扳揪胚令粗泊睫堤颈艘淫筋彼锄讲嫡妆桓船欺借浇啮嫉
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