液壓缸活塞桿密封泄漏的原因及改進方法

    液壓缸作為實現直線往復運動和擺動旋轉運動的液壓機構，結構簡單，工作可靠，是液壓系統中應用極為廣泛的主要執行元件。影響液壓缸泄漏的因素是多方面的，如密封件的質量，液壓元件的機加工質量，結構設計的合理性，以及裝配的質量等。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。大多數桿密封泄漏是由下列原因引起的：活塞桿或密封導向套的損壞；液壓油的污染；極端的工作溫度；化學物質的侵蝕；工作壓力過高或過低。

1．活塞桿或密封導向套損壞

    活塞桿的損壞或密封導向套的損壞是導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運動的機構，如果活塞桿和密封導向套互相偏心，就會對導向套形成側向負載，導致密封導向套表面的過度磨損，進而損壞密封并產生泄漏。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，活塞桿易發生撓曲變形而造成導向套承受側向力。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度，減小側向力。

圖C (a)、(b)所示分別為密封導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載運動方向的偏離。在某些應用場合，使用聯軸器、關節軸承或桿端浮動法蘭可以起到一定的補償作用，但是，這類安裝方式導致活塞桿與負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。此外，密封導向套的材料也決定它所能承受的負載，硬度較高的材料承載能力較強，但對活塞桿的損壞也比硬度低的材料要大。一些廠家的密封導向套選用硬度高的材料，從而使導向套在比較“干”的環境下工作，這種顧此失彼的方法反而使活塞桿受到

的損壞程度遠遠大于導向套選擇硬材料所起到的作用。

2．液壓油的污染

    液壓系統中的液壓油污染嚴重時，會導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中，當溫度高于50℃的情況下易發生水解，從而導致材料硬度和強度的變化引起密封失效。

混入油液的氣態空氣也是一種污染物，它會導致活塞桿密封材料發生物理性損壞，這種現象多發生在液壓缸垂直安裝的情況。在高壓狀態下，由于“氣穴”作用，在第一道密封件的唇口處，氣泡會被強烈地壓潰，局部產生極高壓力和高溫，造成密封件內表面的高壓側和密封件的根部產生小刻痕，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，到達密封運動副中的隙縫，并進一步運動到密封圈的根底部時，壓力突然降低，氣泡團迅速膨脹使唇型外圈損壞或者導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罩來防止外部污染物進入液壓缸等。液壓油含水的檢查是通過對有問題的油樣和新油樣進行比較來進行的，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，除非系統要求十分嚴格，一般不予處理，如果水分含量較高(＞1%)，則應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，在水基介質中，聚氨酯應工作在50℃以下，才能避免密封件復合材料的水解。暴露于高溫或低溫的工作環境中的密封件通常會出現硬化、破裂、易碎等現象，如圖H所示。因此在某些應用場合，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．化學物質的侵蝕

    一些油液會和密封件發生反應。液壓油液的生產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）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商和油液生產商聯系，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。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，有桿腔端采用回油節流將造成活塞桿密封承受幾乎等于系統壓力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流控制的工況下，會發生低壓泄漏，當活塞桿伸出的時候，系統壓力可能會達到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。