农机液压系统中密封件的失效分析

　　液压技术可使农业机械操纵灵活,同时可实现自动控制,从而提高其劳动生产率、机器使用性能和经济效益。因此在农业机械中,无论是半喂入式谷物联合收割机的割台升降、喂入壁的伸缩,还是拖拉机的负载换挡、农具升降以及双向犁的翻转、耙片角度的调整、宽幅机具的折叠等,都大量使用液压技术。液压技术已经成为现代化农业机械的典型标志[1]。而在液压系统中,油液泄漏是一个不可忽视的问题,而密封又是解决其泄漏故障最重要、最有效的手段。

　　农业机械液压系统中,最常见的密封形式是接触式密封,即靠密封件在装配时的预压力,以及工作时密封件在油压作用下产生的弹性变形,使其被密封的表面紧密接触,达到密封的效果。笔者主要以O形密封圈为例来说明其工作原理,并结合实例从设计、材料、安装、预热和润滑等方面对其失效原因进行分析。

　　1　O形密封圈的密封原理

　　O形密封圈是一种自动双向作用密封元件,应用于静密封时,是依靠其安装后截面承受接触压缩应力而产生弹性变形;而应用于动密封时,则是依靠其预压缩和加压后作用于耦合面上的接触应力,且由于O形圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力(图1[2])。因此它能在静止或各种运动条件下使用,应用极其广泛。

　　2　失效原因分析

　　在实际工作中,密封件的失效原因有很多,但是常见的主要有以下几个方面:

　　2.1　设计

　　2.1.1　压缩率ε。

　　式中,d0为O形密封圈在自由状态下的断面直径(mm);c为缸壁与活塞间隙(mm);h为沟槽深度(mm)。

　　实例:某半喂入联合收割机的割台升降液压系统,该机器使用不久就发生液压缸泄漏。拆开检查未发现零件有任何异常现象,更换密封件,使用一段时间后仍出现泄漏。经观察,O形圈并未产生扭曲、断裂、老化等现象,磨损也不严重。通过仔细分析,该处的O形圈属于圆柱静密封,测量断面直径为3.10 mm,沟槽深度为3.0 mm,压缩率为3.2%,远小于正常的压缩率范围(表1[3])。重新选择断面直径为3.50mm的O形圈,计算得压缩率为14.3%,属于正常的压缩率值范围。安装后,泄漏问题得到解决,并且该收割机一直保持稳定作业。

　　2.1.2　拉伸率δ。当O形圈安装在沟槽内时,若受到拉伸的数值过大,将导致O形圈断面过度减小,因为内径长度每拉伸1.0%,断面直径d0相应地减小约0.5%。O形圈的内径拉伸率按下式计算:

　　式中,d为活塞槽径(mm);d0为O形密封圈的断面直径(mm)。

　　实际工作中一般推荐O形圈的实际内径拉伸率小于2.0%。

　　2.1.3　沟槽间隙。工作中,还会经常发现O形圈上有很多深浅不一的凹坑。这是由于在介质压力作用下,O形圈的一部分被挤入沟槽间隙内,介质压力过高,超过其材料机械强度极限,O形圈被剪切撕裂,造成挤出破坏(图2[4])。