分析液压缸活塞杆密封失效原因及防止措施

　　0 前言

　　液压系统因密封不好造成泄漏，是系统的一种常见故障，也是影响系统正常工作的重要因素。有资料显示，40％左右的机械设备故障是由于密封失效引起的。与此同时，随着液压系统向着高压、大流量等方向的发展，对密封件的工作条件也变得更加苛刻，系统泄漏，密封件破损等各种问题也更加突出。本文介绍了往复式运动活塞杆密封失效的原因，并提出了相应的防止措施。

　　1 流体动压

　　1．1 拖拽压力导致密封失效

　　特定类型的密封的性能由密封界面间隙的流阻支配，界面间隙按一般工程标准很小。例如，定制浮动衬套密封形成约lOum的间隙；液压橡胶密封和机械密封可能在小于1 um厚的自生液膜上滑动。当密封槽开在缸体上时，密封件和活塞杆之间存在着动态间隙。此外，在密封件周围还存在着可能起流体动压作用的其他功能性间隙。流体通过间隙被运动的活塞杆拖拽到密封处，导致压力升高到密封前的一较高压力P1，有时远远超过液压系统的工作压力p，随着活塞杆往复运动的进行，最终会导致密封件严重挤出损坏。受力如图1所示。

　　图1 密封圈流体动压

　　1．2 防止拖拽压力措施

　　拖拽压力仅在被拖向密封的流体只能通过同一窄小间隙返回时发生。由于密封件与活塞杆之间的密封，大部分间隙中的流体不可能透过密封件随活塞杆流回。因此，避免这种升压的方法是给流体提供一低流阻返回的途径。在实际应用中，常采用如下方法，在活塞杆和支承环上分别切进螺旋槽和凹槽，且使螺旋槽的横截面积至少为活塞杆和支承套之间间隙的3倍。当间隙流体的压力达到一定程度时，间隙流体能通过螺旋槽流回。其结构原理如图2所示。

　　图2 间隙流体通过螺旋槽返回

　　2 背压

　　2．1 产生背压失效的原因

　　在活塞往复运动的情况下，密封依靠活塞杆和密封的接触表面之间的流体膜中的弹性流体动压作用。此时，由于弹性流体动力润滑的存在，密封件或多或少会带一些油膜出去，粘附在活塞杆表面。从密封效果(泄漏)角度来看，油膜越薄，密封效果会越好。但从密封件的摩擦磨损及使用寿命角度来看，一定厚度的油膜润滑，能降低摩擦力和减少磨损，提高密封件的使用寿命。所以，活塞杆密封问题，实际上是密封和摩擦磨损及润滑的矛盾，仅使用一个密封元件，很难同时达到零泄漏和低摩擦的要求。将两个密封件串联起来使用是解决这一矛盾的最常用方法。如图3所示。