液壓源低壓安全閥密封失效分析及改進措施

2014-03-31 孫永生北京精密機電控制設(shè)備研究所

　　預(yù)研伺服液壓源在進行低壓安全閥可靠性試驗時發(fā)現(xiàn)：壓力腔加壓到一定程度時，部分安全閥不能及時按照設(shè)計預(yù)定開啟，部分不能達(dá)到設(shè)定泄流量，并存在漏油現(xiàn)象。為此，對低壓安全閥進行故障清查與分析，最終確定了改進閥體結(jié)構(gòu)和優(yōu)化加工工藝方法的研究方向。

0、引言

　　某預(yù)研伺服液壓源的低壓安全閥在進行靈敏度試驗時存在約30%的安全閥不能按照設(shè)計要求正常進入工作狀態(tài)，并且出現(xiàn)滲漏油的問題，嚴(yán)重影響相關(guān)組件的裝調(diào)，進而影響整體液壓源的可靠性驗證。通過對低壓安全閥進行故障查找與分析，最終確定：閥體的結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷及加工質(zhì)量問題是本次故障產(chǎn)生的根本原因。因此，對閥體結(jié)構(gòu)進行改進，并通過優(yōu)化的機加工藝方法確保安全閥的使用可靠性。

1、問題描述

　　低壓安全閥的裝配結(jié)構(gòu)及泄漏油部位，如圖1 所示。

　　設(shè)計要求：當(dāng)箱體低壓孔壓力升至1.5MPa 時，安全閥開啟;當(dāng)壓力升至2MPa 時，泄流量≥0.9L/min;當(dāng)壓力降至≤1.2MPa 時，安全閥應(yīng)關(guān)閉。

　　實際試驗過程：當(dāng)箱體低壓孔壓力升至1.5MPa時，60%的安全閥開啟;升壓至2MPa 過程中，安全閥陸續(xù)開啟，并在安全閥閥體與箱體相接處、與排油管組件相接處隨機出現(xiàn)連續(xù)點滴至線狀泄漏油現(xiàn)象; 從排油管組件流出量為≤0.65L/min。安全閥在開啟試驗中合格產(chǎn)品與嚴(yán)重泄漏油產(chǎn)品曲線分析對比見圖2 所示。

液壓源低壓安全閥密封失效分析及改進措施

2、故障清查與分析

　　2.1、故障清查

　　將低壓安全閥拆卸、分解、清理后對比發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)泄漏油和不能正常開啟的安全閥存在以下故障點，如圖3 所示。

閥體故障點示意圖

圖3 閥體故障點示意圖

　　(1)密封圈出現(xiàn)不同程度的劃傷;

　　(2)閥體兩端螺紋倒角處殘存毛刺;

　　(3) 閥體安裝密封圈端面處存在不同程度的不規(guī)則徑向劃傷。

　　2.2、產(chǎn)生故障原因

　　(1)由于受空間、重量限制，依據(jù)“結(jié)構(gòu)簡單、降低加工難度”的設(shè)計原則，此低壓安全閥采用螺紋空刀槽兼做密封槽的結(jié)構(gòu)。

　　(2)車削螺紋過程中，使螺紋始末端與兩端倒角形成近似尖邊及毛刺，并未完全清除。

　　2.3、故障分析

　　(1)O 形圈是靠機械壓緊力或介質(zhì)壓力的自緊作用下產(chǎn)生彈塑性變形而堵塞流體泄漏通道的。

　　O 形圈的壓縮率及與密封面的接觸面積大小，是影響密封效果的重要因素。壓縮率大，可使O 形圈與密封面間的接觸面積增大，但壓縮率過大時，還可以導(dǎo)致O 形圈永久變形，從而導(dǎo)致密封失效;壓縮率小，使O 形圈與密封面間接觸面積小，降低密封效果，甚至導(dǎo)致密封失效。無系統(tǒng)壓力時，O 形圈受A、B 面對其產(chǎn)生的初始壓應(yīng)力，產(chǎn)生一定程度彈塑性變形，與A、B 密封面間形成初始接觸面。如圖4a 所示。

　　系統(tǒng)壓力產(chǎn)生時，壓力油經(jīng)擠出間隙流入密封槽，對密封圈產(chǎn)生軸向應(yīng)力，使O 形圈彈塑性變形增大，同時與A、B、C 面產(chǎn)生擠壓接觸面，增大接觸面積，增強密封效果。如圖4b 所示。

　　本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為螺紋退刀槽兼做密封槽，壓力油不僅從擠出間隙，而且會通過螺紋間隙進入退刀槽，對O形圈不僅會產(chǎn)生軸向力，還會產(chǎn)生徑向力;由于螺紋退刀槽比獨立密封槽空間大，O 形圈相應(yīng)的移動空間增大。因此，O 形圈會增加與A 面的接觸面積，卻減小或脫離與B、C 面的接觸，進而減小密封效果，最終導(dǎo)致密封失效。如圖4c 所示。

O形圈受力狀態(tài)