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液压密封件失效分析与防治

时间:2013-12-26 19:35:03来源:本站 点击:

 

摘 要:本文针对焦炉设备在特定工作环境中出现密封件失效的部位和和形式进行了研究,深入分析了密封件失效的原因,并提出一些相应的防治措施,提高了密封件工作的可靠性和使用寿命。关键词:密封件 失效 原因 防治 0 前言 在液压系统中,密封件是用来防止工作介质的泄漏及外界灰尘和异物的侵入...
摘  要:本文针对焦炉设备在特定工作环境中出现密封件失效的部位和和形式进行了研究,深入分析了密封件失效的原因,并提出一些相应的防治措施,提高了密封件工作的可靠性和使用寿命。
关键词:密封件  失效  原因  防治
0     前言
     在液压系统中,密封件是用来防止工作介质的泄漏及外界灰尘和异物的侵入,其工作的可靠性和使用寿命,是衡量液压系统好坏的一个重要指标。在焦炉设备的液压系统中,由于焦炉特定工作环境、温度、结构等原因,经常出现因密封件失效,使整个系统效率下降,发热增大及油温升高,导致系统动作秩序错乱,焦炉设备无法正常运行。为了焦炉设备的稳定、可靠、经济运行,我们有必要对液压密封件失效的原因进行分析并采取一定的防治措施,以提高密封件工作的可靠性和使用寿命。
1  密封件的失效形式
在焦炉设备液压系统中各种密封件失效主要表现为外泄漏和内泄漏。外泄漏的部位主要是:液压缸活塞杆与端盖之间的密封失效;阀与阀板及阀与阀之间联接处密封失效;换向阀两端的密封失效;油管管接头之间密封失效;液压泵或液压马达旋转轴密封失效等。内泄漏的主要是液压元件内部液流通道之间的密封件损坏引起的,例如:液压缸活塞的组合密封(Y形密封圈和支撑环)失效引起的液压缸内泄;组合阀内部的密封失效引起的液压阀内泄等。我们在检修过程中发现密封件损坏是密封失效的主要表现形式,以下是焦炉设备液压密封件损坏的几种形式。
1.1磨损
液压密封件安装于金属滑动面之间,往复摩擦会引起密封件磨损。液压油内污染物(特别是金属杂质)、外界污染物也会致使密封件磨损。金属表面粗糙度较高,安装得太紧等因素都加速了这种磨损。如拦焦车、推焦车取门台车移动液压缸,该液压缸的密封件损坏主要是由于液压缸活塞杆长期裸露在外,焦粉、焊渣等在移动液压缸动作时随活塞杆一起磨损液压缸轴头密封件,造成液压缸外泄露。
1.2谷部开裂
唇形密封件的谷部(如图1)箭头所指处是应力集中部位,当液压系统瞬间负载过大时,密封件受到较高的压力冲击,容易开裂,主要表现在Y形密封圈、V型密封圈上。
图1  谷口开裂
1.3翻转和扭转
密封件翻转和扭转主要表现在唇形密封件,以密封件从沟槽中被挤出为特征的。如液压缸运行时,活塞密封沟槽里的压力比较大,该压力作用于密封件的根部,根部被磨损掉了,再在摩擦力的作用下,密封件被翻转过来并从密封沟槽里挤出,密封唇被切开或压断,也可能产生整圈或麻花状的局部扭转。这两种失效失效形式在推焦车和拦焦车推压液压缸中比较常见。
1.4挤压变形
    密封件会在高压下产生软化现象,受压力作用进入密封面之间缝隙(如图2)。密封件与密封沟槽之间的相对运动会促进这一过程,缝隙挤压导致密封件完全损坏,表面撕裂或破碎,还可能出现塑性变形等异常。在液压缸端盖密封和油管接头密封中比较多见挤压变形的损坏。
图2  挤压变形
1.5偏磨
以前密封件都是模具注塑成型,在材料熟化的过程中,由于收缩率的变化使得密封件偏心,从而导致密封支持面偏心,引起偏磨。随着密封件工业技术的发展,目前密封件大多采用车削加工,加工精度得到了大幅度的提高,密封件本身偏心导致的偏磨很少见。密封件受到径向载荷,在往复运动中会引起偏磨,如推焦车平煤小炉门开闭液压缸,该液压缸密封件损坏是由于液压缸活塞杆在往复运动中不能与缸体保证同心,使活塞杆偏磨轴头密封件,造成液压缸外泄露。
1.6老化
密封件的长期使用或者保存不当等原因,导致密封件的强度、弹性、抗溶胀性能下降,变硬、变脆失去弹性。由于焦炉设备在高温环境中工作,大多密封件都是由于长期高温引起老化失效。液压系统压力调的过高也会加速密封件的老化,所以我们必须将焦炉设备液压系统的压力调整到额定工作压力,对密封件的使用寿命有好处。
除上述几种失效形式外还有膨胀、局部剥离、烧蚀等其它失效形式。其中密封件磨损、偏磨、老化是焦炉液压设备密封件损坏的主要表现形式。
2 密封件失效原因分析
密封件的失效轻者影响系统工作、能源浪费、污染环境,重者引起失火、爆炸,危机人生安全。因此,准确判断密封件的失效原因,采取相应处理措施是十分必要的。
2.1质量问题或选型不当
密封件结构设计和选型不合理;制造工艺和精度达不到使用要求;旋转轴唇形密封圈弹簧尺寸误差大,并造成松动;密封材料的耐油性能差或者与液压介质的相容性差等都会造成密封件失效。
2.2装配质量差
由于液压装配件本身的加工精度不够,表面粗糙度大,安装孔口没有倒角或去毛刺等处理都会引起密封件在安装时被剪切或划伤。装配环境不清洁,将杂质带进密封部位;没有安装在正确的位置上,使密封件压坏;安装的精度不足引起偏心等也会导致密封件损坏。
2.3污染
液压系统介质污染后杂质颗粒随着液压油在系统内循环,会造成液压元件(特别是液压缸)密封件的磨料磨损,腐蚀磨损、膨胀变形等使密封失效。所以使用过程中必须及时检查油液的污染度,合理确定换油周期,确保液压介质具有良好的使用性能。外界环境的污染也会加剧密封件的磨损。液压系统的大多数故障都是由于液压介质污染引起的。
2.4使用不当
密封件在高温高压下工作,引起密封件老化过度,失去弹性,产生泄露。维护保养到位、不彻底。压力调得过高,液压冲击太大,油管接头松动。错用密封件,大小规格不适合。
3    密封件失效防治
焦炉设备液压密封件失效主要是由密封件损坏造成的,因此提高密封质量,正确安装和使用密封件,加强液压设备管理是防治密封失效的有效措施。
3.1正确选择密封件材料
在焦炉设备液压元件和系统中,常用的密封材料主要以合成橡胶为主。合成橡胶具有密封材料所必需的优良弹性和机械强度,又有较好的耐油性和耐热性。焦炉液压设备一般选用46 抗磨液压油和水一乙二醇(抗燃液压油)作为液压介质,装煤车和拦焦车与明火接触,所以选用水一乙二醇作为液压油,推焦车和交换机则用46 抗磨液压油。
水乙二醇具有良好的抗燃性、低温流动性(凝点低,可在一20~50℃的温度范围内使用)以及黏温特性,稳定性好,使用寿命较长。水乙二醇含有35%~55%的水,还含有能溶于水的乙二醇、丙二醇或其聚合物,以及一些水溶性的增黏、抗磨、防锈、消泡等添加剂,以增强其工作性能,但需定期检测其黏度、含水量、pH值及污染度。水乙二醇也有它的缺点,如我们的新型密封材料聚氨酯、硅橡胶与水乙二醇的相容性比较差,不宜用于以水乙二醇为液压介质的液压系统的密封件,这一点要切记。
目前我们应用较广泛的为丁睛橡胶,耐油性能好,能和大多数矿物基油及油脂相容。聚四氟乙烯也是一种比较好的密封件材料,化学稳定性好,耐热、耐寒性好,耐油、水、气、化学药品等各种介质,机械强度较高,耐高压、耐磨性好,摩擦系数极低,自润滑性好。氟橡胶耐热、耐酸碱及其它化学药品的效果良好,特点是耐高温、耐天候、耐臭氧和化学介质,几乎耐所有的矿物基和合成基液压油,但遇蒸汽、热水或低温场合,有一定的局限。尼龙在液压缸的支撑环、导向环上应用比较多。下表1中列出了常用密封件材料与液压介质的适应性。
表1  常用密封材料与液压液适应性
                 抗  磨         水-乙        磷酸酯
液压油         二 醇        合成液
 
丁睛橡胶            +             +             -
聚四氟乙烯          +             +             +
聚氨酯              +             -             0
氟橡胶              +             +             +
尼龙                +             +             +
注:表中+适应;一不适应;O有限适应。
3.2做好液压元件加工装配
在液压零件加工装配过程中,要注意防止零件及密封件表面碰伤、拉毛、严格检查密封沟槽尺寸、配合面平面度与轴的圆度以及表面粗糙度,使其达到规定要求。目前,小型液压缸(如小炉门压紧液压缸、旋转液压缸、取门倾斜液压缸)的活塞杆、活塞我们采取自己加工后更换安装,由于加工条件的限制,往往加工精度不够,需要特别注意在装配过程中将密封件损坏。
3.3加强液压设备防护与管理
在日常工作中,要严格按照液压设备管理规定。加强对设备的检查,确保液压站回油过滤器完好,并对液压油定期进行化验。由于焦炉设备工作环境的恶劣,液压油最好每年更换一次,保证油液的清洁度符合国家标准,这样可以有效的防治液压系统故障。控制液压系统的工作压力和温度,使液压设备密封件在允许条件下使用,保证密封装置有良好的密封性能和较长的使用寿命。液压设备密封件的失效在液压缸上比较多,在液压缸上增加防尘罩(如图3)可以防止粉尘、杂质对密封件的损坏。
图3  液压缸防尘罩
3.4做好密封件库存保管
严格做好密封件的入库验收和保管工作。橡胶密封件在备件库内的保管期限一般不能超过2年,目前我厂密封件大多为零库存,供货周期短,所以采购密封件不要一次性大量采购,避免密封件长时间的闲置造成性能下降。贮存环境要避免阳光对密封件的直射,环境温度最好在20~30℃。此外,还要避免贮存在过于潮湿的与含臭氧的环境中,存放时不要将密封件重叠、加压堆放。
4 结束语
液压设备密封件的失效形式和原因多种多样,针对具体的失效形式,采取正确的防治措施,可以提高密封件工作的可靠性和使用寿命。
 
[1]  李壮云.液压元件与系统[M].北京:机械工业出版社,2005
[2]  广庭红,汪德涛.密封件使用手册[M].北京:机械工业出版社,1992
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