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液壓源低壓安全閥密封失效分析及改進(jìn)措施

文檔作者：孫永生劉曉靜王德志宋振坤張紅超文檔來源： 1．北京精密機電控制設(shè)備研究所 2．北京中科航天人才服務(wù)有限公司，		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月20日
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液壓氣動與密封／2014年第01期
液壓源低壓安全閥密封失效分析及改進(jìn)措施
孫永生 ，劉曉靜 ，王德志 ，宋振坤 ，張紅超
(1．北京精密機電控制設(shè)備研究所，北京100076； 2．北京中科航天人才服務(wù)有限公司，北京100048)
摘要：預(yù)研伺服液壓源在進(jìn)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(jìn)行故障清查與分析，最終確定了改進(jìn)閥體結(jié)構(gòu)和優(yōu)化加工工藝方法的
研究方向。
關(guān)鍵詞：低壓安全閥；密封失效；結(jié)構(gòu)改進(jìn)；優(yōu)化工藝
中圖分類號：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008—0813(2014)01—0078—03
Hydraulic Source Low Pressure Relief Valve Seal
Failure Analysis and Improvement M easures
SUN Yong-shens~，LIU Xiao-jingz,WANG De-zhi ，SONG Zhen-kun ，ZHANG Hong-chao
(1．Beijing Institute of Precision Mechanical and Electrical Control Equipment，Beijing 1 00076，China；
2．Beijing Zhongke Space Talent Service Co．，Ltd．，Beijing 100048，China)
Abstract： Some pre—research type servo hydraulic source in the low pressure relief valve sensitivity test found that pressure cavity
pressure to a certain extent， part of the relief valve is not in accordance with the design is scheduled to open in time， part cannot achieve
set discharge，and there is oil leakage．Therefore， an analysis of the fault inventory and low pressure relief valve， eventually determine the
improved body structure and the research direction of optimizing processing method．
Key words：low—pressure safety valve； seal failure； structure improvement； process optimization
0 引言
某預(yù)研伺服液壓源的低壓安全閥在進(jìn)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(jìn)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
收稿日期：2013—10—16
作者簡介：孫永~ (1957一)，男，寧夏中衛(wèi)人，高工，雙學(xué)士，研究方向為：液壓
傳動與控制。
·+ ··—·●一一—·+_
(2)正常情況下，伺服閥開口度應(yīng)在在“0”位附近
波動，根據(jù)實際經(jīng)驗，其范圍應(yīng)在5％左右，當(dāng)伺服閥開
口度大于10％就應(yīng)該引起關(guān)注和警覺：
(3)零位泄漏對HGC控制精度的影響與伺服閥的
工作模式有關(guān)：主閥的零位泄漏．開口度給定值基本不
隨負(fù)載變化；輔閥的零位泄漏較大時．主開口度隨負(fù)載
增大而增大。在實際應(yīng)用中應(yīng)觀察各種模式下的精度
變化。做到心中有數(shù)。
參考 文 獻(xiàn)
[1】石紅，王科俊，等．液壓設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究[J1．液壓與氣
動，2002，(2)．
『21 姜海軍，韓三峰，等．關(guān)于中厚板軋機HAGC常見故障排除
方法的優(yōu)化『J]．南方金屬，201l，(2)．
78
的裝調(diào)．進(jìn)而影響整體液壓源的可靠性驗證 通過對低
壓安全閥進(jìn)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(jìn)行改進(jìn)，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。
-+ -+ -+ *+ 一—·卜-—+一一—-●一一—— -+ -+ -+ 一+ -—+一
[31 張鵬，沈衛(wèi)民，等．軋機液壓AGC系統(tǒng)液壓故障分析與對策
lJ1．液壓與氣動，2011，(5)．
[4】龐銳．寬厚板軋機AGC油缸故障分析及改造IJ】．軋鋼，2012，
(2)．
[5】張久軍_車L機液壓壓下故障分析[J]．液壓與氣動，2008，(8)．
[6】李旺太．軋機AGC控制系統(tǒng)故障分析和處理[J]．鋁加工，
2010，f2)．
【7] 蘇顯．案例推理在軋機故障診斷系統(tǒng)的研究Ⅱ】．機械管理開
發(fā)，2008，(3)．
[8] 路甬祥．液壓起動技術(shù)手冊【M】．北京：機械工業(yè)出版社，2002．
【9】時培成，王幼民．液壓油液數(shù)字建模與仿真[J]．農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，
2007，(12)．
[10]李永堂，雷步芳，等．液壓系統(tǒng)建模與仿真[M】．北京：冶金T
業(yè)出版社．2003．
Hvdraulics Pneumatics&amp;amp; Seals，NO．O1．2014
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I>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
安全閥開啟方向
裁
j扯
曩
最
箱
圖1 低壓安全閥裝配結(jié)構(gòu)及泄漏油示意圖
合格品
／
，
／
／
， ，。
， ／
不合格品
U l l 7
箱體低壓孔壓力／MPa
圖2 開啟試驗過程中合格品與不合格品對比
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。 ． ．
毛刺殘留處 徑向劃傷毛刺殘留處
f I II l
l J， 一I Il I
s ＼，
喜 。。 45
×
圖3 閥體故障點示震圖
(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)0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
0形圈的壓縮率及與密封面的接觸面積大?。怯?
響密封效果的重要因素。壓縮率大．可使0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0形圈
永久變形，從而導(dǎo)致密封失效；壓縮率小。使0形圈與密
封面間接觸面積?。档兔芊庑Ч?，甚至導(dǎo)致密封失效。
無系統(tǒng)壓力時，0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0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(jìn)入退刀槽．對0
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．0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(jìn)而減小密封效果，最終導(dǎo)致密
封失效 如圖4c所示。
通過擠出間隙的油壓
(a)o形圈受初始機械力
(b)o形圈在獨立密封槽內(nèi)受力
A
間隙的油壓對
生相應(yīng)徑向力
(c)0彤圈在螺紋空刀相內(nèi)受力情況
圖4 0形圈受力狀態(tài)
(2)雖然使用專用工具安裝密封圈。可以盡量避免
密封圈受入口及螺紋上殘留毛刺的破壞．但在滑入密
封槽的過程中很容易被螺紋末端倒角處尖邊及殘存毛
刺劃傷破壞
(3)密封端面存在徑向劃傷，使密封圈與密封端面
不能充分貼合嚴(yán)密。進(jìn)而導(dǎo)致壓力油沿劃傷溢出。
3 改進(jìn)措施
3．1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)
螺紋空刀槽兼做密封槽雖然結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，
79
i-IIIⅢ．1／刪壤
液壓氣動與密封／2014年第01期
但引起密封失效的因素多、密封效果差、降低產(chǎn)品可靠
性 因此。需對安全閥密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，增加獨立完
整的密封槽．從結(jié)構(gòu)設(shè)計上提高安全閥的可靠性與靈
敏度。
在低壓安全閥整體長度尺寸受限條件下．在核算
螺紋強度、連接強度允許的情況下。將原粗牙螺紋改為
細(xì)牙螺紋(M12-*M12xl。M14--~M14x1)，以此縮短螺紋
長度，為增加獨立密封槽留出空間；同時，根據(jù)迷宮密
封原理，細(xì)牙螺紋比粗牙螺紋具有更好的螺紋密封性。
方案一：在螺紋末端增加獨立的密封槽。如圖5a
所示。
方案二：在螺紋末端增加獨立的密封槽。如圖5b
所示
獨立密封槽獨立密封槽 獨
一
(a)密封槽位于螺紋末端 (b)密封槽位于螺紋始端
圖5 密封槽改進(jìn)方案
方案一與方案二綜合比對結(jié)果見表1：
表1 方案一與方案二對比
結(jié)合表1分析．最終確定低壓安全閥密封結(jié)構(gòu)改
為：與液壓源箱體相接端采取螺紋始端獨立密封，與排
油管組件相接端采取螺紋末端獨立密封。此外，嚴(yán)格要
求密封槽處所有棱邊倒鈍銳邊R 0．3并拋光。結(jié)構(gòu)改
進(jìn)后的低壓安全閥閥體示意圖見圖6。
圖6 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后閥體示意圖
3．2 優(yōu)化加工工藝
杜絕殘存毛刺、劃傷的質(zhì)量問題發(fā)生．是使產(chǎn)品能
夠滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)。通過對產(chǎn)品在裝配過程中可
80
能對密封圈造成的風(fēng)險因素梳理(見圖7)，針對改進(jìn)后
的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了相應(yīng)的加工工藝優(yōu)化。
裝配時對密封圈產(chǎn)生切應(yīng)力
圖7 裝配過程中密封圈潛在風(fēng)險因素
(1)閥體的密封槽、密封槽周邊的倒鈍圓角并拋光
由車工一次加工成型。不會造成毛刺產(chǎn)生．可以避免加
工缺陷的產(chǎn)生
(2)同理，排油管組件密封孔及其與端面相交棱邊
倒鈍R0．5并拋光亦由車工一次加工成型 由圖7可見．
雖然在閥體旋入排油管組件時．RO．5棱邊對密封圈有
切應(yīng)力，但屬于光滑過渡。不會對密封圈產(chǎn)生破壞。
(3)由圖7可見，閥體旋人箱體的過程中，密封圈
將受到箱體內(nèi)密封孔與螺紋孑L相接處棱邊的剪切力
由于受箱體外形限制．此處密封孔及螺紋只能由
數(shù)銑按著加工密封孔 加工螺紋底孑L 加工螺紋一去
密封孔與螺紋相交處毛刺并倒鈍的工藝順序加工而
成。由于相交棱邊距端面有一定的距離．手動使用刮刀
去毛刺倒鈍，不但有毛刺、銳邊殘留的可能性，而且很
容易劃傷密封孑L，進(jìn)而有形成多余物、密封失效的潛在
風(fēng)險。
針對此情況．對原工藝方法進(jìn)行優(yōu)化．設(shè)計刀具一
體化。通過使用專用刀具，將密封孔、螺紋底孔及相接
處倒鈍圓滑一次加工成型．避免安全隱患的產(chǎn)生。
4 小結(jié)
通過對產(chǎn)生問題的低壓安全閥進(jìn)行故障分析．查
出故障點，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)、優(yōu)化加工工藝方法．最
終使產(chǎn)品能夠滿足使用要求 并且為此類型產(chǎn)品的結(jié)
構(gòu)設(shè)計及生產(chǎn)提供了可借鑒的參考意見及方法
參 考 文 獻(xiàn)
【1] 王文斌，等．機械設(shè)計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004．
[2】孟少農(nóng)，等．機械加工工藝手冊[M】．北京：機械工業(yè)出版社，
1998．
[3】張紹九，等．液壓密封【M】．北京：化學(xué)_T=業(yè)出版社，2012．
】GB／T 3452．3—2005，液壓氣動用0形橡膠密封圈溝槽尺寸
【S]．
【5】GB／T 12242—2005，安全閥密封性能試驗方法【S】．

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