某型单作用液压缸动密封外泄漏故障分析与排除

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Failure Analysis and Elimination on External Leakage ofDynamic Seal of the Single·acting Hydraulic CylinderJiang Lingling Zhang Kai(Zhengzhou University for Science&Technology，Zhengzhou Henan 450064，China)Abstract：Aimed at the problem of external leakage of dynamic seal ring of the single-acting hydraulic cylinder，thefactors influenced status of sealing of this external seal ring were analyzed.such as external radius of loek head and its ex-terior surface polishing，related dimension of end sealing slot and its surface polishing，and model of O-rings and etc.Thecauses of failure were positioned with using the methods of elimination，element replacement and the principle analysis，which were unreasonable selection of the models of O-rings.Corresponding improving measures are taken，and the failuresare removed。

Keywords：hydraulic cylinder；dynamic seal；seal ring；leakage1 故障现象及初步分析某液压油缸的结构简图如图 1所示。主要包括锁头、端盖、弹簧、简体及密封组件等。压力油液由进油口进入液压缸后，随着压力的逐渐升高，压力油克服弹簧预紧力后压缩弹簧，使锁头产生向下运动。当系统开始卸载时，油缸 内油液压力迅速降低，当液压力与弹簧力失去平衡后，弹簧将推动锁头活塞向上运动，至此，该单作用液压缸完成-个工作循环。

该液压油缸在锁头在与端盖发生相对滑动时或动作后出现的外泄漏现象。为准确定位故 障发生的部位，作者进行了4组 (每组 6台液压油缸)试验，结果发现：收稿 日期 ：2012-09-20作者简介：蒋玲玲 (1984-)，女，硕士，主要从事机械与液压相关工作研究.E-mail：jiangl lingling###163.com(1)在该单作用液压缸动作后将液压系统卸载时，发现第-组5 及第二组 5 单作用液压缸端盖锁头上部缝隙处有微量油液渗出～油液擦掉，30 min后仍出现微量油液渗出。

(2)对第三组及第四组该液压缸动作试验后，发现第三组 2 、4 、5 和第四组 1 、6 液压缸端盖锁头上部缝隙处均有油液渗出，其中，第三组的 5 位出现大量泄漏～所有泄漏油液擦掉 ，30 min后仍出现油液渗出现象。

通过以上实验，初步判断泄漏原因主要在液压密封方面 ，主要是端盖0形密封圈 (见图1)的密封问题。影响该端盖 O形密封圈的密封状况的因素主要包括锁头外径及其外表面光洁度 、端盖内密封沟槽相关尺寸及其表面光洁度、O形密封圈型号。

下面将采用排除法对该液压缸产生漏油现象的可能原因进行分析。

2013年第4期 蒋玲玲等：某型单作用液压缸动密封外泄漏故障分析与排除 119o型密图 1 液压缸结构简图Fig 1 Hydraulic cylinder structure2 故障原因分析2.1 锁头外径及外表面光洁度锁头外径如果偏序者锁头表面有毛刺 、棱边均可使单作用液压缸动作时 O型密封圈无法起到密封作用 ，导致液压油沿上述缝隙渗出至单作用液压缸锁头外部。经过拆卸后重新测量出现泄漏的7件单作用液压缸锁头外径，发现均未出现尺寸超差现象，并且该7件锁头的外表面没有毛刺或棱边等影响其表面光洁度。

因此，该液压缸产生漏油不是因锁头外径尺寸加工误差及外表面光洁度不满足设计要求造成的。

2.2 端盖 内密封沟槽相关尺寸及表面光洁度如图2所示，在端盖内对密封圈密封作用有影响的2个尺寸为沟槽内直径 咖41：。O.2。 mm及沟槽宽度4.8 mm。在对拆卸下来的7件单作用液压缸端盖进行测量 ，得出的测量数据如表 1所示。

图2 端盖内密封沟槽相关尺寸Fig 2 The dimension of seMing groove of end cover表 1 测量数据Table 1 Test data mm可以看出，3组 5 单作用液压缸端盖加工尺寸严重超差，这与该位置出现大量泄漏现象吻合；其他端盖内密封沟槽 内直径加工尺寸也都存在偏大的现象。

在拆卸过程中还发现在密封沟槽中有部分细小沙粒 ，并且通过拆卸工作状态正常的液压缸端盖尧现其中有部分细小沙粒。

通过对比分析可以得出结论：端盖内密封沟槽内直径加工尺寸偏大是造成液压缸泄漏的-个主要原因，沟槽内表面光洁度也是影响液压缸泄漏的原因之2.3 O形密封圈型号及尺寸在拆卸7件液压缸过程中并未发现有 O型密封圈破损的情况。该液压缸端盖内选用密封 圈型号为34.5 mm×3.55 mm，查阅机械设计手册 发现，该型号的密封圈用于活塞杆动密封时所设计的密封沟槽内直径为39.995～41.1 mm，从以上实测数据可以看出该沟槽尺寸与所选用 O型密封圈型号不匹配。

因此，设计中所选用的 O型密封圈型号尺寸与沟槽设计尺寸不匹配，是造成液压缸泄漏的主要原因。

润滑与密封 第 38卷3 0形密封圈的计算及选型从以上分析可以看出，影响该单作用液压缸锁头外泄漏的原因为： (1)所选用的 0型密封圈型号尺寸与沟槽设计尺寸不匹配； (2)端盖密封沟槽内直径加工尺寸偏大及沟槽内表面存在细小杂质。

从 O型密封圈密封机制可知 ，0型密封圈 良好的密封效果很大程度上撒于 0型密封圈尺寸与沟槽尺寸的正确匹配，以形成合理的密封圈压缩量与拉伸量。若 0型密封 圈压缩量过小，就会 引起泄漏 ，压缩量过大，则会导致 O型密封圈橡胶应力松弛而引起泄漏。同样，0型密封圈在工作中拉伸过度，会使 0型密封圈截面直径 d变小，而造成 0型密封圈的压缩率降低 ，以致引起泄漏。往复运动密封 0型密封圈在装入沟槽内而起预密封作用的示意图如图3所示。液压密封原理中用压缩率 和拉伸率 O/来衡量 0型密封圈的预密封作用 。

图3 0型密封圈预作用示意图Fig 3 Preaction diagram of 0-ring压缩率：： Ⅱ式中：d 为 0型密封圈在工作状态下的实际截径；H为沟槽深度。

拉伸率： D d- 1 (2)式中：D为轴径；d为0型密封圈在拉伸前的初始截径 ；d.为 0型密封圈内径。

对于不同形式的密封，0型密封圈的压缩率及拉伸率选取也不同。针对于本文中单作用油缸锁头处的往复运动密封，国内0型密封圈压缩率的选取范围- 般是 10% ～20%，拉伸率的选取要求是 1.5% ～2.0% 。拉伸量太大，不但会导致 0型密封圈安装困难，同时也会因截面直径发生变化而使压缩率降低，以致引起泄漏。拉伸后的0型密封圈的实际截径d 与拉伸前的初始截径d有以下经验公式：丌T ----Td √l -0.35 l×d (3)本文中所使用的 O型密封圈型号为 34.5 mm×3.55 mm。已知参数 d3.55 mm，H3.11 mm，D34.94 mm，d 34.5 mm，根据以上三式 ，可计算在拉伸状态下的压缩率 W3.115%，拉伸率 Ot1.156%，拉伸后实际截径 d 3.21 mm。

因此 ，由于所选型号 的 0型密封圈在拉伸状态下的截径 d 变小，导致该密封圈在使用过程 中的压缩率变小，也即压缩量不能满足往复运动密封的要求，致使该单作用油缸内油液通过 0型密封圈与密封沟槽之间的间隙缓慢泄漏。

通过查 阅相关设 计手册 ，预采用 O型密封 圈35.5 mm×3.55 mm对替换原有密封圈。采用以上三式等闲进行计算，可得到在拉伸状态下的压缩率 W22.25%，拉伸率Ot-1.434%，拉伸后实际截径 d 4 mm。

从计算结果可以看出，当采用 35.5 mm×3.55mm密封圈后的压缩率为 22.25%，比推荐值稍大，理论上可以满足使用要求，但是安装到位后，该密封圈的截径 d 比初始截径d稍大 ，所以，在安装过程中该密封圈并非处于拉伸状态，而是处于微量压缩状态，因此在安装时要注意防止密封圈被啃伤，避免造成严重的油液泄漏。

综上所述 ，该液压缸端盖处的油液泄漏原因主要是设计上所选 O型密封圈型号尺寸与沟槽设计尺寸不匹配。更改合适的 0型密封圈型号后，理论上可以解决该单作用液压缸动密封外泄漏油的问题。

4 液压缸端盖密封改造在现倡第三组 5 液压缸端盖换成加工尺寸合格的端盖 ，并且将 7件有漏油现象的液压缸端盖密封沟槽内的杂质清理干净。然后用 35.5 mm×3.55 mm0型密封圈替换原来的 0型密封圈，在装配完成后进行 100次的液压缸锁头伸缩动作，然后关闭系统，24 h后无任何泄漏现象发生。然后，将部分液压缸端盖 0型密封圈再次更换为 34.5 mm×3.55 mm 0型密封圈，动作液压缸锁头5个伸缩循环后油液渗漏故障复现，从而证实该液压缸端盖处油液泄漏的主要原因是所选 0型密封圈型号与沟槽设计尺寸不匹配。

针对以上故障原因，制定了相应的液压缸端盖改2013年第4期 蒋玲玲等：某型单作用液压缸动密封外泄漏故障分析与排除 121造措施 ：(1)对现有的液压缸，清理端盖密封沟槽内的杂质，并重新测量沟槽深度，对不满足设计要求的予以修复处理；(2)将所有液压缸端盖的动密封更换成型号为35.5 mm×3.55 mm的0型密封圈。

采用以上措施改造后，作者选择4组共 24件单作用液压缸进行了100次伸缩动作试验，无任何泄漏现象发生，从而彻底解决了该单作用液压缸动密封外泄漏的故障。

5 结束语针对某型单作用液压缸动密封存在的外泄漏故障，采用了排除法、元件替换法和原理分析法对产生该故障的各种可能原因进行了验证和排除，最终确定了故障原因，并根据故障原因采取相应措施，排除了故障。