液壓機供錠夾持缸故障分析與改進

周 峰

（太重（天津）濱海重型機械有限公司 技術中心，天津 300457）

在液壓系統中，設置密封裝置和元件的作用在于防止工作介質泄漏，以及灰塵、異物等侵入。液壓機供錠夾持缸設計時，因O形密封圈具有密封性能可靠、密封溝槽結構簡單，且易拆卸、運動阻力小等特點，而被廣泛應用。但在實際工況下，應用于某廠的液壓機供錠夾持缸卻常常出現密封圈損壞，導致工作介質泄漏，難以實現設計意圖。

1 問題提出

某廠液壓機供錠夾持缸液壓回路如圖1所示。當電磁換向閥4左位接入回路時，液壓泵1輸出的壓力油進入夾持缸7的活塞腔，活塞前進，當活塞桿接觸欲夾持鑄錠后，活塞腔內壓力升高，當壓力升高到設定數值后，壓力繼電器6發出信號，使主油路換向閥工作，液壓泵1輸出的壓力油流入供錠缸，夾持缸由液控單向閥5保壓，使它保持夾持鑄錠狀態，滿足鑄錠夾持壓力需求。閥3為主油路安全溢流閥，與電磁閥換向閥2組成卸荷回路。

圖1 液壓機供錠夾持缸液壓回路

系統應用時發現，當液壓泵1輸出的壓力油流入供錠缸時，供錠缸快速進給，供錠夾持缸夾持不住鑄錠，有松動現象。

2 原因分析

供錠夾持缸夾持不住鑄錠，這說明夾持缸不能保壓，原因可能是夾持缸活塞腔一側的液控單向閥密封不嚴，或是夾持缸與管道之間連接管接頭存在泄漏，或是夾持缸內部密封失效。經排查，液控單向閥工作正常，各處管接頭也無外泄現象，由此推斷故障可能由夾持缸內部密封失效引起。

供錠夾持缸活塞密封結構如圖2所示，此種結構密封性能好，且結構簡單，易于安裝維護。通常情況下，作靜密封時，沒有泄漏；作動密封時，只有在高速移動時才有可能泄漏。本液壓回路中，夾持缸夾持鑄錠時處于靜止狀態，本應無泄漏。

圖2 供錠夾持缸活塞密封結構

供錠夾持缸活塞密封結構選用了O形密封圈。工作介質選擇不當容易引起O形密封圈的密封間隙變化，壓力沖擊容易使O形密封圈松動，灰塵和異物侵入系統也容易損壞O形密封圈，并最終都會引起夾持缸泄漏。若密封結構本身失效，引起泄漏也存在多種原因，如不合理的密封圈壓縮量，密封溝槽的加工精度差，溝槽尺寸存在偏差，導致密封安裝精度差，溝槽表面粗糙，導致密封圈安裝易劃傷。

結合實際工況分析，本系統選用的工作介質并無不當，系統內也無壓力沖擊現象，夾持缸安裝O形密封圈時能夠保證安裝精度，待拆卸O形密封圈后，也并沒有發現其表面有劃傷或斷裂等損壞現象。經檢查，密封溝槽表面粗糙度達到Ra=0.4μm，滿足密封圈安裝精度要求。由此，O形密封圈壓縮量不合理可能是造成夾持缸泄漏的主要原因。

O形密封圈屬于擠壓型密封，當工作介質處于沒有壓力或壓力較低情況下，靠預壓縮后所產生的回彈力給密封接觸面以一定壓力達到密封效果，當工作介質壓力提高后，在高壓作用下，O形密封圈被擠向溝槽的另一側，使其變形增大，密封接觸面加寬，密封接觸面處的壓力，除了預壓縮產生的初始接觸壓力外，還增加了由介質壓力升高產生的接觸面壓力，這就大大地提高了密封效果。基于上述工況，O形密封圈壓縮量是設計選型時的重要參數，一般用壓縮量κ表示[1]。

O形密封圈壓縮量

O形密封圈壓縮率

式中：d0——O形密封圈斷面直徑；

H——O形密封圈溝槽深度；

C——缸體與活塞之間間隙。

O形密封圈壓縮率大小直接影響密封性能和使用壽命，壓縮率過小，密封效果不好，壓縮率過大，使用壽命縮短。一般資料推薦，在極限工況下，O形密封圈的壓縮率最小值不低于11%，最大值不高于30%，作靜密封時參考大值，動密封時參考小值。

經過檢測驗算，供錠夾持缸活塞密封結構選用的O形密封圈壓縮率僅為7.5%，低于壓縮率最小值。由此，夾持缸O形密封圈壓縮率偏低是引起夾持缸泄漏，并導致夾持鑄錠松動的故障原因。

O形密封圈溝槽尺寸、公差直接影響O形密封圈壓縮率大小。在設計密封圈溝槽時，雖然有標準可遵循，但在具體設計時，溝槽尺寸、公差仍應根據實際工況確定。夾持缸液壓回路設計意圖明確，就是要在供錠缸快進時，夾持缸保壓，夾住鑄錠。當夾持缸保壓并夾住鑄錠時，其處于靜止狀態，活塞密封結構處的O形密封圈作靜密封用，因此，O形密封圈壓縮率應按作靜密封時選取，參考大值，并匹配確定O形密封圈溝槽尺寸、公差。

3 改進措施

重新設計供錠夾持缸活塞密封結構?？紤]夾持缸的保壓工況，以選取密封圈壓縮率較大值為原則，另外，考慮夾持缸也存在非保壓工況，此時活塞密封結構會有往復運動，密封圈壓縮率偏大也會對密封圈使用壽命不利。綜合以上諸因素，重新選用了O形密封圈，并充分權衡確定密封圈直徑和壓縮量，以及對O形密封圈溝槽尺寸、公差進行了匹配設計。

在對夾持缸活塞密封結構改進設計基礎上，對夾持缸液壓回路進行了優化設計。原回路壓力升高后，各個閥元件不可避免地會發生內泄，導致回路壓力下降，所以，這種回路只適用于短時間保壓，若需要長時間保壓，保證夾持鑄錠穩定可靠，須持續提供油液。采用蓄能器8、單向閥5組成的保壓回路如圖3所示，蓄能器8內的壓力油能補償夾持缸液壓回路各個閥元件的泄漏。

4 結論

圖3 改進后的夾持缸回路

本文通過分析某廠液壓機供錠夾持缸夾持鑄錠松動原因，確定夾持缸活塞密封結構所選用O形密封圈壓縮率過小，給出了重新選用O形密封圈，確定密封圈直徑、壓縮量，以及密封溝槽尺寸、公差等參數的改進方案，并提出在設計液壓缸活塞密封結構時，應結合實際工況，對O形密封圈壓縮率進行合理取值，同時匹配設計密封溝槽尺寸。

參考文獻：

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