液壓閥的密封結構設計改進研究

韓俊艷 李志云 李瑞清

（太重集團榆次液壓工業有限公司，晉中 030600）

在目前的管路控制系統中，液壓閥的利用比較普遍，其對于管路控制的效果影響也較大，所以，重視液壓閥的質量問題可以避免其在使用中的一些問題發生。對液壓閥的具體使用做分析研究，發現其使用中最突出的問題為泄露，而造成這一問題的主要原因是液壓閥本身的密封結構存在不合理的情況。針對泄漏問題以及問題產生的具體原因，詳細討論液壓閥的密封結構設計，對當前存在的不合理情況做改進具有突出的現實意義。

1 閥座與閥桿的密封結構改進

閥座與閥桿是液壓閥的重要組成部分，其密封結構設計的合理性會直接影響液壓閥的實用性，所以，對當前使用的液壓閥閥座和閥桿密封結構做分析，了解其不足并對其進行設計改進意義重大。

1.1 原密封結構分析

對當前使用的液壓閥做具體分析發現其密封結構主要采用了閥座與閥桿的錐面密封結構，在此種結構中，閥座和閥桿的密封錐面角被設計成了90°±0.2°。就材料利用來看，閥座選用的是非金屬材料聚甲醛，而閥桿所用的材料則為金屬材料1Cr13不銹鋼。兩種材料按照如下的密封機理做具體設計安排：當受到彈簧力和液壓力的雙重作用時，兩個錐面通過接觸形成一個環形的密封帶，這個密封帶的帶寬約為5～6mm。

對此種密封結構做具體的利用分析發現其存在三方面的顯著缺陷：其一是此種設計的工藝性較差，因為要將兩個錐面設計成上述角度，利用普通設備做加工是非常難實現的，這會增加加工和測量難度；其二是此種結構在利用中的抗污染性比較差，分析實踐運用發現當兩個錐面的角度完全相同時，密封帶會比較寬，而液體中會不可避免地存有鐵屑、灰塵等雜物，所以，在密封帶較大時這些雜物很容易夾在兩個錐面之間，最終造成密封不嚴而形成泄露；其三是在閥內左、右兩腔的液力作用下密封會呈現較明顯的不可靠性。

1.2 閥座與閥桿的密封結構改進

基于閥座和閥桿的設計問題，設計人員積極進行了設計改進并做了測試分析，發現其密封性相比原結構有了突出的進步，具體改進設計如下：將閥座錐面角設計成為100°，并將閥桿的錐面角設計成了90°，這樣，當閥座和閥桿接觸時能夠很好地保證在接觸的部位形成密封環帶。因為在此種狀態下工作壓力比較高，所以隨著閥座的微量變形，加之閥座和閥桿相差不大的角度影響，兩錐面在接觸位置會形成0.05～1mm的小密封環帶，二者的吻合度相較改進前會更高。

如上的設計改進，在具體利用中呈現出三方面的顯著優勢。其一是密封可靠性極大增加，由于閥座和閥桿的密封錐面存在角度差，因此，密封帶可以做準確的確定，這種幾乎為線型的密封帶在液壓力和彈簧力的雙重作用下，其密封性更加可靠。其二是抗污染性較好。由于此種結構設計下形成的密封帶幾乎為線型，所以，雜物存留情況較少，所以很少會出現污染的情況。其三是工藝性比較突出。閥座和閥桿之間的錐面角度為自由角度，加工精度有了明顯下降，所以，對于加工而言，難度大大下降。

2 橡膠O形密封圈與三角溝槽的密封結構改進

在液壓閥的具體利用中，橡膠O形密封圈和三角溝槽的密封結構對具體的密封效果也起著重要作用，所以，要分析二者存在的具體密封問題，這樣，結構設計改進才會更具針對性。

2.1 原密封結構分析

就當前的具體分析來看，液壓閥的密封結構采用了大量O形密封圈，而最常見的密封方式有固定密封和滑動密封兩種。就固定密封來講，其結構分為直溝槽密封、斜溝槽密封和三角形溝槽密封三種，而在實際利用中，采用較多的是三角形溝槽密封，對這種密封形式做具體分析發現其泄露十分嚴重。對這種具有高泄露性的結構做具體分析，發現其具有三方面的顯著缺陷。其一是工藝性較差。因為O形圈在三角形溝槽內做安裝需要有一定的壓縮量，這要求閥座倒三角的尺寸精度要提升，且要達到0.1mm的公差，這對于加工來講具有很高的難度。其二是密封的可靠性較差。采用O形圈和三角形溝槽密封結構，需要做到各點受力的均衡，但在實踐中，這種均衡性很難實現，所以，時常出現受力差異造成的泄露問題。其三是壽命比較短。O形圈在三角形溝槽內做安裝需要有一定的壓縮量，這種壓縮狀態會導致O形圈在工作和不工作的狀態下均受力，會導致O形圈彈性消失，而其彈性的消失會造成具體作用失效。

2.2 橡膠O形密封圈與三角溝槽的密封結構改進

針對橡膠O形圈與三角溝槽的密封結構所表現出來的問題，需要對具體結構做改進設計，這樣，其密封性才會更突出。就當前的分析來看，要得到可靠的密封結構，需要對液壓力的大小、作用點以及方向等關鍵性要素做重點考慮。對這些要素做分析并通過試驗探究發現結構改進最關鍵的部分是不讓O形密封圈內切于三角形溝槽內，即O形密封圈的斷面直徑要小于三角形溝槽的內切圓直徑。這樣一來，O形密封圈在非工作狀態下不會受到液壓力的影響。

具體分析此種結構改進，對其做試驗對比發現改進后的密封結構具有三方面的顯著優勢。其一是O形密封圈的使用壽命有了明顯的延長。在做具體的密封結構改進之后，O形密封圈只有在工作時才會處于受力狀態，而在非工作時，其處于自由狀態，這樣的結構改進使密封圈的彈性更容易恢復，所以壽命得以延長。其二是此種密封結構的密封可靠性有了顯著增加。從具體試驗分析來看，在壓力作用下，O形密封圈整體的受力會更加均勻，這樣一來，由于受力差異造成的泄漏問題可以得到有效避免。其三是工藝性比較高。采用此種密封結構極大降低了閥座的精度，使加工的工藝得到了簡化，不僅加工難度有所降低，加工成本也得到了有效控制。

3 結語

液壓閥在管路控制系統中發揮著重要作用，但常常因為密封結構的問題發生泄露事故，這導致液壓閥利用價值顯著下降，所以，在實際利用中必須對此問題進行解決。由于泄露的發生是密封結構不合理造成的，所以，對液壓閥的具體密封結構做詳細分析，確定結構不合理的顯著影響，并針對不合理結構做試驗改進，從而對液壓閥的密封結構進行調整，可以有效解決液壓閥的密封泄露問題，提升利用價值。總之，對液壓閥的密封結構做科學的設計改進現實意義重大。