O形密封圈的失效原因及防止措施

徐光華

摘 要：密封性是液壓系統(tǒng)正常工作的基本要求，液壓傳動(dòng)已經(jīng)成為工程機(jī)械的主要傳動(dòng)形式。工程機(jī)械的應(yīng)用過(guò)程中，液壓系統(tǒng)的泄露，是機(jī)械效率下降的主要原因之一。O形密封圈在液壓系統(tǒng)中的使用較為廣泛，分析其失效原因，并探討工程機(jī)械在使用過(guò)程中的防止措施，對(duì)工程機(jī)械的運(yùn)用和保養(yǎng)具有積極的作用。

關(guān)鍵詞：O形密封圈；變形；磨損

在工程機(jī)械的使用中，液壓系統(tǒng)的泄漏會(huì)嚴(yán)重影響其發(fā)揮正常的工作性能。O形密封圈在液壓系統(tǒng)的應(yīng)用較為廣泛，在高溫、高壓的工作條件下，O形密封圈失效的主要原因是O形密封圈材料的永久變形、擠入密封間隙和運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。

1 永久變形

由于O形密封圈使用的合成橡膠材料屬于彈性材料，初期設(shè)計(jì)的壓緊量和回彈堵塞能力經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，彈性降低，產(chǎn)生永久變形，導(dǎo)致密封效果下降，最終發(fā)生泄漏。

1.1 溫度對(duì)永久變形的影響

高溫會(huì)加速橡膠材料的老化。工作溫度越高，O形密封圈的壓縮變形量越大。當(dāng)永久變形大于40%時(shí)，O形密封圈就失去了密封能力而發(fā)生泄露。

低溫會(huì)使橡膠材料的彈性表現(xiàn)降低，甚至消失。溫度在零下工作的O形密封圈，其初始?jí)嚎s可能由于溫度的急劇降低而減小或消失。在-50～-60℃的情況下，不耐低溫的橡膠材料會(huì)完全失去彈性，即使耐低溫橡膠材料，其密封性能也會(huì)急劇降低。

因此，在選用更換密封圈時(shí)，一定要嚴(yán)格按照技術(shù)要求，滿足工作環(huán)境。

1.2 系統(tǒng)壓力對(duì)永久變形的影響

液壓系統(tǒng)的壓力是引起O形密封圈永久變形的重要因素。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作壓力也在逐步提高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)。長(zhǎng)時(shí)間的高壓作用會(huì)使O形密封圈產(chǎn)生永久變形。

在設(shè)備的使用過(guò)程中，要合理地安排設(shè)備的作業(yè)時(shí)間，嚴(yán)格遵照設(shè)備作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，禁止超負(fù)荷作業(yè)，從而延長(zhǎng)使用壽命。

2 間隙咬傷

動(dòng)密封裝置由于運(yùn)動(dòng)學(xué)及工藝裝配等原因，配合件之間存在著一定的間隙。如果O形密封圈材質(zhì)較軟，而密封間隙又較大，在液壓油壓力的作用下，O形密封圈的一部分會(huì)被擠入間隙，引起O形密封圈局部應(yīng)力集中，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被切掉，造成O形密封圈的間隙咬傷。圖（2-1）。

由于活塞與液壓缸間存在著幾何精度和裝配精度的誤差，都會(huì)加劇間隙咬傷現(xiàn)象的發(fā)生。O形密封圈的硬度對(duì)于間隙咬傷也有較大的影響，液壓系統(tǒng)的壓力越高，密封圈硬度越小，咬傷現(xiàn)象越為嚴(yán)重。

防止間隙咬傷的措施：在維修裝配對(duì)于密封間隙要嚴(yán)格控制，超出精度誤差范圍的，一定要及時(shí)更換部件，選用密封圈時(shí)要滿足硬度指標(biāo)。另可配用適當(dāng)?shù)拿芊馊ΡＷo(hù)擋圈。圖（2-2）

3 扭曲現(xiàn)象

扭曲是指O形密封圈沿周向發(fā)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，一般發(fā)生在液壓系統(tǒng)的動(dòng)密封狀態(tài)。

引起密封圈扭曲的的原因很多，其中最主要原因是由于活塞、活塞桿和缸筒的間隙不均勻、偏心過(guò)大、O形密封圈斷面直徑不均勻，并由此造成密封圈周向各點(diǎn)受力不均勻，而發(fā)生扭曲。另外由于密封圈溝槽存在同軸度偏差、密封圈斷面直徑不均勻，都會(huì)使密封圈的密封高度不等現(xiàn)象。使密封圈部分壓縮過(guò)大，部分壓縮較小或不受壓縮，當(dāng)溝槽同軸偏差超過(guò)密封圈壓縮量時(shí)，密封完全失效。因此提高溝槽的加工精度是保證密封圈的可靠性。

另外在密封圈的安裝過(guò)程中，一定要注意密封圈的正常狀態(tài)，防止安裝造成的扭曲現(xiàn)象。

4 顆粒磨損現(xiàn)象

活塞及活塞桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，工作環(huán)境的灰塵和雜質(zhì)等被粘附在活塞桿表面，并被帶入到液壓缸中，積聚在密封圈兩側(cè)形成顆粒，加速密封圈的磨損，致使密封效果降低。因此在設(shè)備保養(yǎng)過(guò)程中，要經(jīng)常檢查并及時(shí)更換防塵圈。

5 摩擦力與O形密封圈的關(guān)系

在動(dòng)密封裝置中，摩擦與磨損是O形密封圈損壞的重要影響因素，磨損程度取決于摩擦力的大小，當(dāng)油液壓力很小時(shí)，O形密封圈摩擦力的大小取決于密封圈的預(yù)壓縮量，系統(tǒng)內(nèi)的壓力逐漸增大時(shí)，密封圈與缸體的接觸面積和摩擦力也隨之增大，壓力大于20MPa時(shí)，O形密封圈與缸體的接觸面積的增加也逐漸緩慢，摩擦力的增加也相應(yīng)緩慢。

摩擦力的增加，使O形密封圈與活塞桿間產(chǎn)生熱量，引起橡膠老化，導(dǎo)致O形密封圈失效，破壞密封性能。摩擦產(chǎn)生的熱量還會(huì)引起橡膠粘著，進(jìn)一步增大摩擦力，形成不良循環(huán)。

在設(shè)備運(yùn)用過(guò)程中，要注意液壓系統(tǒng)中的油量以及濾清器的檢查，保證液壓油的冷卻。

6 焦耳熱效應(yīng)

橡膠材料的焦耳熱效應(yīng)，是指處于拉伸狀態(tài)的橡膠遇熱收縮的現(xiàn)象。在安裝過(guò)程中，為了使密封圈在溝槽內(nèi)不發(fā)生竄動(dòng)，活塞在運(yùn)動(dòng)密封時(shí)，不發(fā)生扭曲現(xiàn)象，一般使它處于某種程度的拉伸狀態(tài)。但此法應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不良結(jié)果。密封圈因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱而收縮，進(jìn)而密封圈的張緊程度加大，如此反復(fù)循環(huán)，加速了密封圈的老化和磨損。

以上是對(duì)O形密封圈失效原因分析及防治措施的介紹，在工程機(jī)械的實(shí)際運(yùn)用中，起到了很好的效果。