液压系统泄漏的预防与控制

液压系统泄漏的预防与控制

0液压缸泄漏的原因分析不仅对能源的消耗消耗了能量，还污染了环境。预防和控制泄漏已成为机械工作者的研究重点。但泄漏普遍存在于液压系统中,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方面加以控制,使泄漏降到最低1动密封泄漏形式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由于液压锁系统泄漏的原因和影响因素2.1液压系统制造存在的问题(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影响阀系统泄漏的主要因素包括以下几个方面1确立件、管接头、液压油的选择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块插孔的加工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螺钉安装的密封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。42后续维护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，应实现合理选择和正确设计1压力下实测内泄漏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1500r/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O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。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—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。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密封密封的可靠性由于密封件的设计、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O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3最佳5膜体系的确定在液压油的选择中,要综合考虑液压油的各项性能,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4减少阀组中的管路长度和管接头的使用量,降低管路泄漏的可能性在液压管路的设计中,正确选用管接头、管材和连接螺纹,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5蓄能器的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(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6变量和速度配合油温过高会造成油液黏度降低,内泄漏加大,润滑性能下降,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件的磨损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辅助供油泵为减少空穴和气蚀,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在制造和加工方面，应合理选择加工工艺，并重要部门确保加工质量1安装孔道的确定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Ra0.4μm,螺纹与其贴合面之间垂直度允差为0.05mm,插装阀安装孔的粗糙度为Ra0.8μm,一般流道的表面粗糙度为Ra12.5μm。所有孔的定位允差为0.1mm,深度允差0.2mm,所有孔与所在端面垂直度的允差为φ0.05mm,螺孔加工精度为7H,各孔道之间的安全壁厚不得小于3～5mm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孔精度高,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孔道,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2加工精度的确定对各种盖板、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Ra3.2μm,螺纹与其贴合面之间垂直度允差为0.05mm。3严格按照工艺要求加工对法兰、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Ra0.8μm,平面度要达到0.01/100mm3.3要确认安装和调试，首先要进行安装和正确的安装1密封圈的安装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孔的深度是否合格、密封圈是否失效、各个零件是否清洁干净等。22油油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密封件安装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4螺钉的安装和装配对螺纹连接件,要根据类型和使用条件选择合适的长度、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。5硬管装配的弯曲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检查连接螺钉的预紧力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应定期、每季度检查维护，并进行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滤芯清洗和油液氧化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