液壓系統(tǒng)管路接頭密封性能改進

曾 毅,孟昭龍,于冬威,郭 棒

(1.北京航天發(fā)射技術研究所,北京 100076;2.北京特種工程設計研究院,北京 100028;3.文昌衛(wèi)星發(fā)射中心,海南 文昌 571300;4.西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,四川 西昌 615000)

0 引言

液壓系統(tǒng)以其靈活高效、經(jīng)久耐用、高度集成化、單位體積推力大等技術優(yōu)勢,廣泛應用于特種車輛行業(yè)。對于工況復雜的移動車輛來說,液壓設備在運行過程中發(fā)生的“跑冒滴漏”問題,一直是影響液壓系統(tǒng)正常工作的難點之一。

根據(jù)故障頻次統(tǒng)計,某特種車液壓系統(tǒng)管路滲漏油問題占液壓系統(tǒng)故障總數(shù)的80%以上,且基本上為端面密封圈處的外泄漏。油液泄漏不僅影響外觀、污染環(huán)境,嚴重時更會影響系統(tǒng)的正常工作。

本文圍繞特種車液壓系統(tǒng)管路漏滲油現(xiàn)象進行深入研究分析,通過設計一種新型過渡接頭,在盡量保持原有系統(tǒng)管路的情況下,實現(xiàn)了有效提高接頭密封、降低管路滲漏故障的目標。

1 液壓系統(tǒng)管路滲漏機理分析

液壓系統(tǒng)管路采用37°球形接頭,密封形式如圖1所示。其漏點集中在旋入直通接頭的端面密封圈處,而旋入直通接頭端面密封失效的主要原因是由于車輛在復雜路面行駛中產(chǎn)生的振動,引起了旋入直通接頭松動導致金屬密封圈的密封比壓下降,接頭密封面間隙增大進而產(chǎn)生油液滲漏。

圖1 37°球形接頭密封形式

為了保證管路的可靠密封,密封件既要有足夠的彈性變形填滿密封面上的微觀不平處,還要有足夠的剛度以防止在高壓介質的作用下被擠入表面間隙內(nèi)。密封件受擠壓而產(chǎn)生壓縮變形,并在密封面上產(chǎn)生接觸應力。當介質壓力小于密封件因壓縮而產(chǎn)生的表面接觸應力時,該處就能形成可靠密封。

接頭端面密封使用的金屬密封圈靠安裝時的預壓縮而獲得初始變形和接觸應力,如圖2所示。接頭裝配后在振動環(huán)境下,金屬密封圈的壓縮量減小,由于金屬密封圈變形較小,因此密封預緊力將逐漸減少甚至消失。當密封介質壓力大于密封件對表面的接觸應力時,則密封機能喪失,就會出現(xiàn)接頭密封處漏油的故障。

圖2 金屬密封圈的靜密封原理

2 對原有管路的改進

2.1 通用24°錐形接頭介紹

目前國際通用的24°錐形接頭由于采用彈性軟密封,具有耐高壓、沖擊和振動,密封損壞后更換密封圈就可重新使用等優(yōu)點,已經(jīng)在國內(nèi)外大量使用。

24°錐密封形式如圖3所示,當旋入直通接頭旋進塊體后,接頭柱端的ED圈貼緊塊體端面,起到密封作用。因ED圈為橡膠密封圈,變形量大,可以通過控制接頭的擰緊力矩較為準確地控制壓縮量,使得密封圈有較大的補償量,因此在振動條件下密封性能大大增強。

圖3 24°錐形接頭密封形式

2.2 新型37°球形接頭設計

由于37°球形接頭和24°錐形接頭相互間不通用,無法直接替換。若采用24°錐形接頭,則硬管需要重新配制,工期長、費用高。借鑒端面軟密封的思路,將旋入直通接頭端面密封更換為軟密封圈。又金屬密封圈高度較高,若直接采用橡膠密封圈替代則同樣高度的橡膠密封圈容易發(fā)生擠壓變形,操作性和可靠性差。

因此,在綜合考慮可靠性、操作性和經(jīng)濟性的情況下,設計了一種新型37°球形接頭。基本思路為:旋入端采用ED圈密封,另一端仍為37°。設計時充分考慮了原接頭下墊銅墊圈后的高度,因此實際改造時無需改變閥箱內(nèi)管路,只需將原接頭和銅墊圈由帶ED圈的旋入直通接頭代替即可,如圖4-圖6。

圖4 修改后端直通密封形式

圖5 旋入直通接頭更改前

圖6 旋入直通接頭更改后

3 試驗驗證情況

3.1 試驗目的

試驗的主要目的如下:

1)在常溫下進行靜壓及壓力沖擊試驗,檢驗新型37°球形接頭與37°管接頭的密封性能;

2)在-40 ℃低溫下進行靜壓及壓力沖擊試驗,檢驗新型37°球形接頭與37°管接頭的低溫工作時的密封性能;

3)在低溫-50 ℃存儲后恢復到常溫進行靜壓及壓力沖擊試驗,檢驗新型37°球形接頭與37°管接頭的低溫存儲后的密封性能;

4)在+60 ℃高溫下進行靜壓及壓力沖擊試驗,檢驗新型37°球形接頭與37°管接頭的高溫工作時的密封性能;

5)在+65 ℃存儲后恢復到常溫下進行靜壓及壓力沖擊試驗,檢驗新型37°球形接頭與37°管接頭的高溫存儲后的密封性能;

6)在振動環(huán)境下(模擬四級公路跑車路況)進行靜壓及壓力沖擊試驗,檢驗新型37°球形接頭與37°管接頭的抗振動密封性能。

3.2 試驗設計

將已經(jīng)配置好的原閥箱中閥組的油口更換成新設計的37°錐形密封接頭,并將對應出口的12根管路配置在12管夾之中,如圖7、圖8所示。配置完成后,按圖9搭建試驗臺,開展閥箱測試。

圖7 閥組

圖10 低溫試驗

3.3 試驗結果

閥箱按照設計工況開展了常溫工作、高低溫存儲、高低溫工作、振動沖擊等試驗后,各接頭密封良好,無滲漏情況,驗證了方案的可靠性和有效性。

4 結論

采用新型37°接頭完成了47臺車輛液壓管路的改造,并隨整車完成了低溫-40 ℃工作,-45 ℃存儲,高溫+60 ℃工作,+65 ℃存儲和4000公里的跑車試驗。改進后的液壓管路密封性能良好,未發(fā)現(xiàn)管路滲漏現(xiàn)象,密封性能得到有效的改進。