導(dǎo)語(yǔ)：工程機(jī)械油缸密封圈失效機(jī)理分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文對(duì)某型工程機(jī)械的油缸密封件在工作過(guò)程中的內(nèi)泄露故障進(jìn)行了分析，確定了內(nèi)泄露故障的主要原因在于密封件老化失效，并對(duì)失效機(jī)理進(jìn)行了分析。依據(jù)檢測(cè)和分析結(jié)果，對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的質(zhì)量控制提出了改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：密封圈；失效分析；改進(jìn)

失效廣泛存在于現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，導(dǎo)致產(chǎn)品服役期內(nèi)功能、性能降級(jí)或喪失[1]。本文針對(duì)某型工程機(jī)械液壓油缸內(nèi)泄露失效事件，開展了全面的檢查與分析。在液壓系統(tǒng)測(cè)試的基礎(chǔ)上，對(duì)密封圈開展了老化試驗(yàn)，驗(yàn)證了密封圈老化失效的機(jī)理。確定了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，并相應(yīng)的提出了質(zhì)量控制改進(jìn)措施。液壓油缸屬于工程機(jī)械產(chǎn)品中的核心部件，主要用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制，如舉升、前、后傾斜等動(dòng)作。其主要零部件構(gòu)成為缸筒、活塞、活塞桿、缸蓋、耳套等，在活塞和缸筒之間安裝有唇形密封圈防止油缸內(nèi)大小腔內(nèi)液壓油出現(xiàn)內(nèi)泄露（圖1）。某小型工程機(jī)械連續(xù)發(fā)生多起油缸內(nèi)泄露事故，油缸內(nèi)泄露時(shí)，整機(jī)主要表現(xiàn)為舉升緩慢、舉升無(wú)力等現(xiàn)象。經(jīng)對(duì)油缸拆檢檢查，初步確定為油缸密封圈發(fā)生失效，為進(jìn)一步確定原因，本文對(duì)密封圈失效產(chǎn)生的條件和原因進(jìn)行了分析，確定了失效的原因。

1試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

1.1故障潛在原因分析

根據(jù)油缸原理圖，采取演繹法對(duì)內(nèi)泄漏產(chǎn)生的過(guò)程進(jìn)行故障機(jī)理推導(dǎo)（圖1），當(dāng)油缸出現(xiàn)升（縮）動(dòng)作時(shí)，其基本過(guò)程如下：①液壓油由油道口進(jìn)入無(wú)桿腔（有桿腔）；②活塞在液壓油的作用下向前（后）移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)活塞桿向前（后）移動(dòng)；③由于活塞與缸筒之間存在間隙，部分液壓有進(jìn)入間隙，并向有桿腔（無(wú)桿腔）流動(dòng)；④同時(shí)安裝于活塞密封圈安裝槽中的密封圈，利用自身彈性阻擋進(jìn)入間隙的液壓油繼續(xù)向有桿腔（無(wú)桿腔）流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)密封；⑤當(dāng)安裝的活塞上的密封圈彈性下降或密封圈安裝出現(xiàn)配合間隙時(shí)，對(duì)進(jìn)入間隙的液壓油阻擋作用減弱或消失；⑥此時(shí)，進(jìn)入間隙的液壓油繼續(xù)向有桿腔（無(wú)桿腔）流動(dòng)，則內(nèi)泄漏產(chǎn)生。根據(jù)分析結(jié)果，認(rèn)為油缸產(chǎn)生內(nèi)泄漏故障的潛在原因有二：其一為活塞與缸筒之間負(fù)責(zé)液壓油密封圈，密封圈材質(zhì)為聚氨酯，存在密封圈彈性衰減的風(fēng)險(xiǎn)。其二為密封圈安裝槽，存在加工尺寸、粗糙度超差的風(fēng)險(xiǎn)。檢測(cè)安裝槽加工尺寸和表面粗糙度，均符合相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)的要求，可排除安裝槽加工過(guò)程對(duì)故障的影響。液壓油缸內(nèi)泄露的主要原因是活塞密封圈的密封功能失效造成。

1.2失效零件宏觀分析

密封圈的宏觀照片顯示，全新的密封圈樣件呈現(xiàn)出原材料應(yīng)有的淡黃色，而拆解故障油缸中發(fā)現(xiàn)的失效密封圈呈現(xiàn)出深黃色。檢測(cè)失效密封圈的彈性發(fā)現(xiàn)，密封圈已經(jīng)失去回彈能力，說(shuō)明密封功能已經(jīng)喪失，可初步判斷故障模式為密封圈老化（圖2）。

1.3密封圈失效機(jī)理研究

1.3.1失效時(shí)間分析對(duì)30起故障油缸的工作時(shí)間分析發(fā)現(xiàn)，油缸密封圈的失效時(shí)間集中于400-800小時(shí)，失效時(shí)間均值為670小時(shí)（圖3）。密封圈失效事件，屬于典型的早期失效，應(yīng)從液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)角度開展原因調(diào)查和分析。1.3.2液壓系統(tǒng)溫度分析考慮到密封圈老化與液壓油溫度具有強(qiáng)相關(guān)性。對(duì)小型工程機(jī)械在工作時(shí)的液壓油溫度變化，展開調(diào)查。對(duì)兩個(gè)主要型號(hào)的工程機(jī)械設(shè)備組織高速工作循環(huán)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，液壓系統(tǒng)油溫快速提升，整機(jī)運(yùn)行50分鐘后，液壓系統(tǒng)油溫可達(dá)110℃（圖4）。1.3.3密封圈老化試驗(yàn)為進(jìn)一步確認(rèn)液壓油溫對(duì)密封圈老化的影響，所選用的密封圈開展老化時(shí)間。試驗(yàn)所用密封圈型號(hào)為U801型聚氨酯橡膠，液壓油為HM46型抗磨液壓油，液壓油加熱方式為電阻式加熱器。測(cè)試不同溫度條件下，密封圈材料的有效工作時(shí)間和完全失效時(shí)間。測(cè)試表面，油缸密封圈有效工作時(shí)間和完全失效時(shí)間，在不同溫度下程明顯的變化特征，溫度越高有效工作時(shí)間和完全失效時(shí)間越短。當(dāng)液壓系統(tǒng)油溫上升到110℃以上時(shí)，密封圈壽命呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)，有效工作時(shí)間和完全失效時(shí)間均小于1000小時(shí)（圖5）。試驗(yàn)結(jié)果與油缸故障時(shí)間的分布高度契合，可以確定液壓油缸密封圈失效的主要原因是液壓油溫[2]。

2結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)液壓油缸密封圈失效的基本特征分析，判斷液壓系統(tǒng)油溫失控是導(dǎo)致密封圈老化失效的主要原因，是造成早期失效的內(nèi)在原因。因此，建議采取以下措施：①控制液壓系統(tǒng)油溫：液壓系統(tǒng)增加油溫升溫控制回路，將液壓油溫控制在100℃以下；②提升密封圈耐高溫能力：在成本允許的前提下，選用耐高溫能力較強(qiáng)的橡膠件作為液壓油缸密封圈，如氟橡膠等。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶春虎，杜楠，張衛(wèi)方.失效分析發(fā)展問(wèn)題的思考[J].失效分析與預(yù)防，2006（1）：1-5.

[2]液壓密封系統(tǒng)-密封件[M].NOK株式會(huì)社2006：8-9.

[3]蔣明華.工程機(jī)械液壓缸拉缸和密封圈損壞故障診斷研究[D].湖南：湖南師范大學(xué)，2017.

作者：上官琪 許征兵 朱斌強(qiáng) 張璇