工程機(jī)械液壓系統(tǒng)泄漏分析及預(yù)防措施

孫 偉

（斗山工程機(jī)械（山東）有限公司，山東煙臺 264000）

0 引言

工程機(jī)械的廣泛應(yīng)用帶動(dòng)了液壓控制技術(shù)的不斷革新，可靠、節(jié)能、智能和環(huán)保的液壓系統(tǒng)逐漸成為工程機(jī)械產(chǎn)品的基本要求。然而液壓系統(tǒng)泄漏始終是工程機(jī)械產(chǎn)品不可避免的故障類型。初期故障不容易發(fā)現(xiàn)且容易被忽視，故障加劇不僅會影響作業(yè)效率、造成環(huán)境污染，同時(shí)可能會造成人身傷亡事故。因此研究工程機(jī)械液壓系統(tǒng)泄漏的原因、提出有效的預(yù)防措施尤為必要。

1 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)泄漏位置及原因分析

1.1 液壓膠管處泄漏

液壓膠管泄漏包括橡膠管部分長期磨損導(dǎo)致的泄漏和膠管接頭處的泄漏。膠管接頭泄漏主要出現(xiàn)在膠管接頭與膠管扣壓的結(jié)合面附近、膠管接頭與直通接頭的裝配密封處。

引起膠管泄漏主要原因有：膠管接頭尺寸不合格；膠管扣壓不到位；液壓沖擊或機(jī)械振動(dòng)導(dǎo)致接頭松動(dòng)；膠管走向不合理；膠管裝配擰緊力矩不合適；與膠管連接的端直通接頭密封面尺寸不合格；膠管壓力等級選擇不當(dāng)。

1.2 液壓件表面泄漏

液壓件表面泄漏多發(fā)生在鑄造表面和焊接部位，是部件設(shè)計(jì)缺陷、生產(chǎn)缺陷在液壓系統(tǒng)壓力脈動(dòng)或沖擊振動(dòng)作用下逐漸擴(kuò)大引起的。

（1）鑄造表面泄漏原因主要有：部件存在縮孔、縮松等鑄造缺陷；鑄件壁厚設(shè)計(jì)不合理；鑄件材料選擇不合理；加工錯(cuò)誤。

（2）焊接部位的泄漏原因主要包括：焊接方式設(shè)計(jì)不合理；焊接坡口未完全填充；焊縫存在氣孔等缺陷；較長的焊接管件未充分固定等原因。

1.3 液壓元件結(jié)合面處的泄漏

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中元件的結(jié)合面主要包括：各元件油口與液壓接頭、液壓合流塊的連接面、焊接鋼管與軟管的連接面、主閥片間的密封面、部件間安裝面等。這些結(jié)合面的泄漏主要與設(shè)計(jì)、加工和裝配有關(guān)：密封溝槽尺寸設(shè)計(jì)不合理；密封表面粗糙度和平面度誤差過大，加工質(zhì)量差；密封結(jié)構(gòu)選用不當(dāng)，造成變形，使結(jié)合面不能全面接觸；裝配不到位；密封面劃傷。

1.4 密封件泄漏

密封件泄漏是由密封件損壞或密封作用的降低造成的，主要表現(xiàn)在以下方面：密封件的材料與使用條件不符；密封件壓縮量不夠；密封件存儲不當(dāng)導(dǎo)致老化；密封件的硬度、耐壓等級等指標(biāo)不符合要求；密封件裝配方式不合理；雜質(zhì)導(dǎo)致密封件磨損損壞；油溫過高導(dǎo)致密封件老化加速。圖1 為因雜質(zhì)混入，轉(zhuǎn)向器不斷旋轉(zhuǎn)的過程中，端蓋密封圈被雜質(zhì)磨壞，最終導(dǎo)致液壓油在高壓下產(chǎn)生外泄漏。

圖1 轉(zhuǎn)向器泄漏故障

1.5 閥芯與閥體間的泄漏

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)包含工作閥、先導(dǎo)閥、集成閥組等多種控制元件，元件上通常裝配插裝閥，如溢流閥、單向閥和電磁閥等（圖2）。為了達(dá)到良好的控制特性，此類元件閥芯與閥體配合間隙非常小，因而對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、保養(yǎng)提出更高的要求。閥芯與閥體間的泄漏原因包括：液壓油清潔度不達(dá)標(biāo)；閥芯與閥體配合間隙超差；彈簧失效；閥體毛刺去除不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致卡閥、閥芯劃傷；閥芯均壓槽設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致閥芯受力不均。

圖2 多路閥剖面

2 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)泄漏的危害

（1）降低工程機(jī)械的工作效率，甚至導(dǎo)致整機(jī)無法工作。液壓系統(tǒng)的泄漏會導(dǎo)致實(shí)際參與工作的流量減少，降低工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度。同時(shí)系統(tǒng)的最高工作壓力設(shè)定值也會隨之降低，導(dǎo)致整機(jī)承載能力不足。先導(dǎo)系統(tǒng)的泄漏還會導(dǎo)致先導(dǎo)控制失靈甚至失效，使得主閥閥芯無法全開甚至不開，嚴(yán)重影響整機(jī)的控制性能。

（2）增加液壓元件的磨損，縮短元件的使用壽命。為了減少摩擦和磨損，通常動(dòng)密封區(qū)要有良好的油膜，以便往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)構(gòu)件之間有良好的潤滑和支撐。一旦產(chǎn)生泄漏，油膜就會被破壞，使運(yùn)動(dòng)構(gòu)件間剛性接觸，加快部件的磨損速度，不僅降低液壓元件的使用壽命，而且會因運(yùn)動(dòng)件受力失衡產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象。

（3）液壓系統(tǒng)泄漏會造成工作場地或維修場地的環(huán)境污染，使得作業(yè)現(xiàn)場變的黏滑，影響工人的安全作業(yè)。如果液壓系統(tǒng)泄漏導(dǎo)致液壓油飛濺至發(fā)動(dòng)機(jī)上，很可能會引發(fā)火災(zāi)。

3 預(yù)防工程機(jī)械液壓系統(tǒng)泄漏的措施

3.1 防止液壓油污染

待裝配的液壓元件需定期抽檢清潔度指標(biāo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。液壓元件在裝配過程中需保持清潔，作業(yè)環(huán)境需達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。液壓油在貯存、轉(zhuǎn)移和加注環(huán)節(jié)都要做好防護(hù)措施，防止其被污染。設(shè)備在第一次加注液壓油之后，需要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行清洗，試運(yùn)轉(zhuǎn)完畢后需將系統(tǒng)里的液壓油全部抽出，然后進(jìn)行第二次加注，兩次都需要經(jīng)過濾油機(jī)過濾才能加注至油箱。根據(jù)相關(guān)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在將液壓系統(tǒng)中空氣全部排出后方可下線。

在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免粉塵和水分的侵入造成液壓油污染，在液壓油箱頂部設(shè)置空氣過濾器，過濾精度一般不小于40 μm，過濾效率應(yīng)大于95%。液壓泵吸油口處安裝粗過濾器，過濾精度一般選擇80～100 μm，并且吸油口與油箱底部保持合理的間距（通常為1.5 倍的吸油管直徑），防止吸入沉淀的雜質(zhì)。回油口處設(shè)置精過濾器（一般選擇10～20 μm），以濾除系統(tǒng)中絕大多數(shù)的雜質(zhì)。需在油箱底部設(shè)置磁鐵，用于吸附油液中的鐵屑，防止鐵屑在液壓系統(tǒng)中循環(huán)，從而降低對液壓系統(tǒng)不良影響的概率。油箱內(nèi)應(yīng)設(shè)計(jì)隔板，以增加油液的停留時(shí)間，利于雜質(zhì)的沉淀和空氣的析出。必要時(shí)在液壓泵出油口處設(shè)置精過濾器，以防止雜質(zhì)導(dǎo)致閥芯卡滯。圖3 所示為一種工程機(jī)械先導(dǎo)液壓系統(tǒng)，在液壓泵出口處設(shè)置精過濾器用于保護(hù)減壓閥、先導(dǎo)手柄及主閥芯。

圖3 先導(dǎo)系統(tǒng)液壓原理

對于清潔度要求較高的工程機(jī)械，可以設(shè)置液壓油清潔度在線監(jiān)測系統(tǒng)。液壓缸缸桿應(yīng)該安裝防護(hù)套，以預(yù)防污物被帶入缸內(nèi)，并可防止外界環(huán)境對缸桿的侵蝕而引起泄漏。

3.2 合理控制熱平衡油溫，防止液壓油油溫過高

液壓油的工作溫度一般控制在30～80 ℃為宜，實(shí)際生產(chǎn)中，系統(tǒng)回油的熱平衡溫度不應(yīng)超過80 ℃，在25 ℃的環(huán)境溫度下相對溫度不超過55 ℃。因此，在自然散熱不能達(dá)標(biāo)的情況下，工程機(jī)械液壓系統(tǒng)要配套充足的散熱系統(tǒng)，比如風(fēng)冷散熱、水冷散熱等。圖4 所示為一種工程機(jī)械獨(dú)立液壓散熱系統(tǒng)，由液壓泵直接驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶動(dòng)風(fēng)扇通過散熱器實(shí)現(xiàn)液壓油的風(fēng)力散熱。

圖4 液壓油散熱系統(tǒng)原理

油箱設(shè)計(jì)要保證足夠的體積，內(nèi)部應(yīng)設(shè)計(jì)隔板，用于延長液壓油的停留時(shí)間，以利于散熱。液壓系統(tǒng)中還應(yīng)加裝油溫報(bào)警系統(tǒng)，以提醒操作者不要在油溫過高時(shí)作業(yè)。

減少液壓系統(tǒng)的能量損耗是降低液壓系統(tǒng)產(chǎn)生熱量的有效手段，具體措施：系統(tǒng)中應(yīng)盡量少用90°接頭；合流塊的內(nèi)部流道直徑盡可能設(shè)計(jì)大些；合理選擇管路直徑；需要合理設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的最高安全壓力，壓力越高溢流損失越大，產(chǎn)熱量越高；控制元件的通流能力應(yīng)不低于系統(tǒng)所需的最大流量。

3.3 正確選擇密封件，合理設(shè)計(jì)、加工密封溝槽

密封件的選擇要適應(yīng)裝備所處的工作環(huán)境，要與選擇的液壓油有高度的相容性。建議選擇易變性且具有彈性的材料。密封件還需滿足抗腐蝕性能強(qiáng)、硬度和體積的穩(wěn)定性高、壓縮復(fù)原性好、機(jī)械強(qiáng)度和硬度適中、溫差變化承受范圍大、加工制造方便和性價(jià)比高等特點(diǎn)。

在了解密封件的密封機(jī)理和壓力承受情況的基礎(chǔ)上，選擇合理的密封方式；合理設(shè)計(jì)溝槽的深度、直徑和深度，明確重點(diǎn)尺寸的尺寸公差、形位公差，正確標(biāo)注粗糙度；對于動(dòng)密封處合理設(shè)計(jì)擋圈和支撐；密封面的圓角要加工正確，毛刺要充分去除；運(yùn)輸及裝配過程中要注意密封面的防護(hù)，防止磕碰。

3.4 合理設(shè)計(jì)液壓管路走向

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)主要包括膠管和鋼管的布置，液壓管路的設(shè)計(jì)需要注意：①應(yīng)避免軟管產(chǎn)生扭曲；②軟管要設(shè)計(jì)足夠的彎曲半徑；③膠管要有合理的松弛，以補(bǔ)償膠管受壓時(shí)的收縮現(xiàn)象；④應(yīng)選擇合適的壓力等級的膠管；⑤為防止膠管與其他部品接觸造成磨損，需設(shè)計(jì)固定管夾，膠管間無法避免產(chǎn)生接觸時(shí)需增加護(hù)套；⑥軟管走向要遠(yuǎn)離熱源，必要時(shí)增加阻燃護(hù)套；⑦較長的鋼管要充分固定，防止因振動(dòng)焊接處產(chǎn)生斷裂。

3.5 進(jìn)行合理的維修保養(yǎng)

對駕駛?cè)藛T進(jìn)行嚴(yán)格的操作培訓(xùn)、保養(yǎng)維修培訓(xùn)，提高操作者產(chǎn)品保養(yǎng)的意識，定期進(jìn)行知識及技能的考核。嚴(yán)格按照整機(jī)液壓系統(tǒng)保養(yǎng)規(guī)定定期對液壓系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。定期檢查液壓系統(tǒng)中容易產(chǎn)生外泄漏的部位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)解決，不可因小失大。在維護(hù)、檢修過程中，應(yīng)做好液壓元件的防護(hù)工作，防止油液被污染。定期進(jìn)行油品清潔度檢測，發(fā)現(xiàn)污染立即查明原因，及時(shí)更換。隨機(jī)建立保養(yǎng)維修登記卡，實(shí)現(xiàn)保養(yǎng)維修的可追溯性。

4 結(jié)束語

工程機(jī)械經(jīng)過長期運(yùn)行后，其液壓系統(tǒng)不可避免地會產(chǎn)生泄漏。為了保障設(shè)備的正常運(yùn)行，在掌握泄漏原因的基礎(chǔ)上，需從整機(jī)的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)、日常維修保養(yǎng)等多方面進(jìn)行有效管控。只有通過有效的預(yù)防措施，才能使得液壓系統(tǒng)泄漏的不良影響降至最低，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全生產(chǎn)，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益。