隔膜式蓄能器故障分析及結構改進

周桂鳳

（泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000）

0 前言

某些汽車制造廠家采用隔膜式蓄能器作為懸掛系統液壓空氣彈簧以吸收沖擊力。油液實際上是不可壓縮的，所以不能儲存壓力能，隔膜式蓄能器是利用氣體的可壓縮性來儲存油液，采用氮氣作為可壓縮介質。隔膜式蓄能器由液體部分和氣體部分組成，隔膜用作氣體密封隔離件，液體部分作為傳力介質，氣體部分作為彈性元件，吸收沖擊，減小振動。

隔膜式蓄能器分焊接式結構和螺紋式結構，焊接式結構由焊接的密封壓力容器、橡膠隔膜、閥座組成，橡膠隔膜完全密封在容器殼體內，用以隔離液體和氣體，不可更換。螺紋式結構由上殼體、下殼體、橡膠隔膜、閥座、鎖緊螺母組成，橡膠隔膜可更換。本文討論的是隔膜式螺紋結構蓄能器故障及結構改進。圖1為隔膜式螺紋結構蓄能器示意圖。

1 工作原理及常見故障

蓄能器在工作前，首先按充氣壓力P0的要求進行充氣（一般為氮氣），在工作過程中，蓄能器不斷地儲存與釋放油液，因此，腔內的壓力與容積在不斷地變化，這種變化是通過隔膜式橡膠皮碗的變形來完成，當橡膠皮碗發生故障時，蓄能器失效。根據多年的使用經驗，隔膜式蓄能器的常見故障為：（1）漏氣；（2）漏油。

蓄能器漏氣主要發生在充氣螺釘處，主要原因是蓄能器在使用一段時間后，充氣螺釘經過多次拆裝，組合墊圈容易被損壞，失去密封作用，加之蓄能器在使用過程中，總是處于充液與放液交替的變化過程中，系統中工作機構的壓力沖擊，不可避免地出現振動，使此處的螺紋聯接產生松動，造成密封能力下降。

圖1 隔膜式螺紋結構蓄能器示意圖

蓄能器漏油主要發生在上下殼體結合密封面處，主要表現為蓄能器內橡膠隔膜損壞，部分隔膜壓邊從上、下殼體縫隙內擠出撕裂并脫落，密封失效，導致漏氣、漏油。如圖2、圖3所示。

圖2 內橡膠隔膜損壞

圖3 隔膜壓邊撕裂

由于加工誤差、裝配誤差，再加上在內部液體高壓作用下金屬件產生的拉伸變形，同時上下殼體裝配過程中無止口定位，蓄能器上下殼體接觸面之間局部出現間隙，橡膠隔膜壓邊的一部分在液體壓力作用下，被擠入上、下殼體間隙中去，引起隔膜壓邊的局部應力集中，且隨液體壓力及間隙的增加而增大，以致在運動過程中將其咬傷切掉，當液體在高壓、高頻脈動時，隔膜更易發生間隙擠出現象。因而導致隔膜損壞出現漏油現象。圖4所示為理想結構下示意圖。圖5為隔膜間隙擠出圖。

圖4 隔膜理想狀態圖

圖5 隔膜間隙擠出圖

2 采取的措施及驗證

2.1 蓄能器漏氣

針對蓄能器漏氣，采取的措施為：（1）將充氣螺釘處組合墊圈更換為進口組合墊圈；（2）在氣帽處另增加一道O型圈密封。如圖6所示。

圖6 漏氣改進結構圖

2.2 蓄能器漏油

為防止橡膠隔膜的間隙擠出，則密封間隙必須相應減小。如減小密封間隙，勢必增加制作難度和制作成本。由于加工誤差和金屬件高壓變形使密封面存在間隙在所難免，不能保證密封面間的完全嵌合，為改善金屬件制作工藝和降低制作成本，行之有效的方法就是增加保護擋圈。加高硬度（紹爾90度）聚四氟乙烯擋圈結構克服了紹爾60度橡膠隔膜向外擠壓的問題。同時在上、下殼體之間增加了止口定位，降低了制作難度，當上下殼體接觸面出現局部間隙時，擋圈被擠壓在接觸面處填補間隙，阻止橡膠被擠出。而聚四氟乙烯擋圈因硬度較高，不會被擠出。聚四氟乙烯材料使用溫度范圍為-60℃～200℃，滿足了系統要求。經過計算和試驗驗證，選擇1 mm的聚四氟乙烯擋圈可以避免橡膠變形和擠壓失效問題的發生，如圖7所示。

圖7 漏油改進結構圖

3 結束語

改進結構后的蓄能器經過耐壓密封和動作試驗，合格率100%。在后續裝車使用過程中也未發生蓄能器漏油漏氣問題。