装载机静液压系统用O形密封圈的研究与应用.pdf

试验 研究 T e s t a n d R e a s e a r c h 杠 拭 第4 7 卷 l 第 1 期 总第 5 0 7期 装载机静液压系统用 O形密封圈的研究与应用 张丽， 刘建锐 广西柳工机械股份有限公司 摘要 l 近期 ， 某型装载机静液压系统钢管和软管漏油现象频发 ， 经调查， 用于密封的 O形密封圈存在失效风险。 对比分析本 公司采用的 O形密封圈与标杆企业用 P a r k e r 牌 O形密封圈的材料性能，结果发现， O形密封圈失效是由自身的弹性不足， 抗压缩永久变形能力差造成的； 给出了除 O形密封圈本身性能外 ， 应对静液压系统密封漏油的若干建议； 采用一种压缩永久 变形率为 2 5 ％的胶号为1 8 1 9的新型O形密封圈， 经改进， 装载机静液压系统的市场漏油反馈显著降低 。 关键词 装载机静液压 ； O形密封圈； 压缩永久变形； 失效分析 工程机械液压系统密封失效的主要表现为污染和泄 漏。 污染主要为系统外界的气体、 液体或固体颗粒进入液 压系统； 泄漏主要是液压油经过密封措施漏出液压系统。 泄漏和污染都与液压系统的密封措施失效密切相关【 1】 。 工 程机械液压系统分为静 态 液压系统和动 态 液压系 统 ， 其 中， o形密封圈作为装载机静液压系统中最广泛的 密封形式， 主要用于角密封、 2 4 。 锥密封、 过渡接头密封、 软管接头密封及法兰接头平面密封等。 之所以应用广泛， 主要是因 。形密封圈属于“ 傻瓜式” 密封 ， 即在 。形密封 圈使用时 ，人为的错误因素几乎可以忽略不计。此外 ， o 形密封圈并不需要大的负载力即可实现零泄漏密封。综 上可知， o形密封圈自身的性能对装载机静液压系统密 封起着至关重要的作用圆 。 本文以某型装载机静液压系统钢管和软管漏油现象 为切入点 ，通过对比研究本公司现采用的 。形密封圈和 标杆企业用 P a r k e r 牌 。形密封圈的多种性能参数 ，探索 密封失效原因， 并改用一种胶号为 1 8 1 9 的新型 。形密封 圈， 取得 良好使用效果。 1 O形密封圈失效分析 1 ． 1 O形密封圈失效实例 本公司近期接到某型装载机市场反馈，一批钢管和 软管出现漏油现象， 经拆解发现， 原起密封作用的 。形密 封圈已经被压扁变形， 按压时无回弹， 且 。形密封圈投入 工作时间较短 ， 失效 。形密封圈见图 1 。 作者简介 张丽 1 9 8 1 一 ， 女， 山东菏泽人 ， 工程师， 硕士 ， 研究方向 材料研究与应用。 2 。 ，6 1 I 工 稚 缸 拭 I 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 试验 - 研究 T e s t a n d R e a s e a r c h 图 1 失效的 。 形密封圈 1 ． 2 试验分析 取 4 类 每类 3 个 o形密封圈进行拉伸性能、 热空 气老化性能及压缩永久变形性能测试。4类。形密封圈 分别是 A -本公司供方 1 提供的胶号为 1 9 4 2 4的。形密 封圈； B 一本公司供方 2 提供的胶号为 Y I 8 4 3 5 的 。形密 封圈； c 卜本公司的库存产品， 胶号为Y I 9 4 2 4 的 。形密 封圈； D P a r k e r 牌丁腈橡胶 。形密封圈。 1 ． 2 ． 1 拉伸性能的测定 试验条件 常温 。 计算试样的拉伸强度及扯断伸长率。 1 拉伸强度 鲁 ㈩ 式中 卜定伸应力或拉伸强度， MP a ； F试样所受 的负荷 ， N； A 试样的横截面面积， ra m 2 ； d 一试样的横截面直径 ， n l l T l 。 2 扯断伸长率 E o 1 0 0 ％ 2 式中 酹一扯断伸长率 ， ％； c _ ． _ 一。形密封圈扯断时的伸长量 ， m m； 0形密封圈的初始内周长， 本例取为2 0 r 一 。 各试样的拉伸试验结果见表 1 。 表 1 拉伸试验结果 扯断时 2倍面积 伸长量 拉伸强度 扯断伸长 式样编号 应力 F ／ N 2 A ／ mm 2 C ／ mm MP a 蛊 E d ％ A1 1 5 3 8 ． 9 2 4 0 1 7 ． 1 5 l 0 o A A2 1 6 9 8 ． 9 6 4 2 1 8 ． 8 6 l 1 0 A3 1 4 5 9 ． 0 0 4 4 1 6 ． 1 1 1 2 0 B1 1 9 5 1 0 ． 8 6 6 0 1 7 ． 9 6 2 0 0 B B 2 2 4 3 l 1 ． 44 5 8 2 1 ． 2 5 1 9 0 B 3 2 2 3 l 1 ． 3 4 5 8 1 9 ． 6 6 1 9 0 C1 1 8 4 9 ． 7 8 5 3 1 8 ． 81 1 6 5 C C 2 l 8 4 9 ． 7 8 5 3 1 8 ． 8 1 1 6 5 C 3 1 7 6 1 0 ． 0 6 5 2 1 7 ． 4 9 1 6 0 D1 3 8 7 2 2 ． 1 3 8 3 1 7 ． 4 8 3 1 5 D D2 4 0 4 2 2 ． 2 l 8 8 1 8 ． 1 8 3 4 0 D3 4 5 0 2 2 ． 2 1 8 4 2 0 ．2 5 3 2 0 1 8 l 工 霏 靠 械 1 2 l0 侣 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杠 拭 第4 7 卷 I 第 1 期 总第 5 0 7期 由表 1 可知， 各试样的拉伸强度基本一致， 均大于给 出的标准值 1 0 MP a ； 各试样 的扯断伸长率参差不齐 ， 但也 均能满足标准值 1 0 0 ％， 其中 D试样的扯断伸长率优于其 他 。形密封圈， 平均达 3 2 5 ％ 。 1 ．2 ． 2 热空气老化性能的测定 试验条件 1 0 0℃X 7 0 h ， 到达规定时间后， 立即从老 化箱中取出试样， 在室温下停放 1 6 h ， 试样在进行测量前 停放不应超过 6 天。 试样进行热空气老化试验后，计算扯断伸长率变化 百分率 警 10。 ％ 3 式中 fi E ， 试样热空气老化后的扯断伸长率变化百分 率 ， ％； 试样热空气老化前的扯断伸长率， ％； E ， 试样热空气老化后的扯断伸长率 ， ％ 。 各试样 的热空气老化性能测试结果见表 2 。 表 2 热空气老化性能测试结果 扯断时 2 倍面积 伸长量 拉伸强度 热空气老化后扯 扯断伸长率变化百分 式样编号 应力 F ／ N 2 A ／ m m 2 C ／ m m “ M P a 断伸长率 ， 率 平均值 ％ Al 1 9 0 1 0 ． 8 O 3 5 1 7 ． 5 9 7 5 A -38 ． 6 4％ A2 1 7 5 1 0 ．6 3 3 2 1 6 ． 4 6 6 0 B1 2 0 0 1 0 ． 6 6 4 4 1 8 ．7 6 1 2 O B B2 1 8 8 1 0 ． 5 7 4 6 1 7 ． 7 8 1 3 0 - 3 5 ． 3 4 ％ B3 2 3 0 1 0 ． 5 7 4 5 21 ． 7 5 1 2 5 C1 2 O 6 1 0-3 2 4 9 1 9 ． 9 7 1 4 5 C C 2 1 8 5 1 0 ． o 6 4 2 1 8 ． 3 9 I 1 0 - 2 4 ． 4 9 ％ C 3 1 8 1 1 0 ． 2 8 4 3 1 7 ． 6 0 l 1 5 D1 1 8 6 9 ． 9 O 8 3 1 8 ． 7 8 3 1 5 D -6．92 ％ D 2 l 9 4 1 0 ． 0 4 7 8 1 9 ． 3 2 2 9 O 注 A 3和 D3 试样试验后出现破损和缺隙， 故相关数据未收录， 但经专家判定， 并不影响对 0形密封圈性能的判定。 由表 2 可知，各试样经过老化后的拉伸强度与未老 化前基本一致， 扯断伸长率均有所下降， 其中A试样的扯 断伸长率下降幅度最为明显， 为 3 8 ． 6 4 ％； D试样的扯断伸 长率下降幅度为 6 ． 9 2 ％， 抗老化性能最佳。 1 ． 2 ． 3 压缩永久变形性能的测定 试验条件 1 0 0 o C 2 0 h ，采用压缩永久变形夹具将 试样夹紧； 试验完毕后， 立即松开夹具， 将试样在室温下 恢复 3 0 mi n再进行测量。 为测定 。形密封圈的压缩永久变形性能，制作压缩 永久变形夹具6 套， 夹具设计图见图 2 。夹具每层限制器 的高度为试样截面直径 3 ． 6 8 r n m 的 7 5 ％， 其公差为 0 ． 0 5mmI3 1 。 压缩永久变形试验计算式如下 阜二 1 0 0 ％ 4 d 1一， l 。 式中 B ， 试样的压缩永久变形率 ， ％； d ， 试样的初始轴向截面直径 ， mm； 试样恢复后的轴向截面直径， m m； 九 一 限制器的高度， 1 1 1 ／ ／ 1 。 各试样的压缩永久变形试验结果见表 3 。 由表 3 可知， 在相同条件下， C试样的压缩永久变形 率为5 5 ． 8 4 ％， 超出标准要求 3 5 ％ ， 不符合设计要求。 该现 2 口 ，6 1 I 工 稚 扛 拭 I 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 试验 - 研究 T e s t a n d R e a s e a r c h f I 1 I l f ， K - ． ／ } K - q l 厂 7 l I 『 L J l u _ - 』 图 2 压缩永久变形夹具设计图 象解释为 C试样 。形密封圈放置近 2 年，经过四季变 换， 又缺乏保养， 橡胶老化致使压缩永久变形率增大。D 试样的压缩永久变形率为 2 0 ％， 较其他试样小， 说明 D试 样的压缩永久变形性能较好 。 由此可见 ， 前文所述装载机静液压系统失效 。形 密 封圈 自身材料弹性不足 ， 抗压缩永久变形能力低是其被 压扁的重要原因。 o形密封圈在液压系统介质中工作一 段时间后 ， 因持续受制于系统高强压力， 老化速度加快， 使 。形密封圈在短期 内丧失弹性 ，造成静 液压系统泄 漏 。因此 ， 如何提升 0形密封圈的抗压缩永久变形能力 是解决 。形密封圈密封失效的关键 。 表 3 压缩永久变形试验结果 压缩前高 限制器高 压缩后高 尺寸变化 压缩永久变形率 式样编号 d 1 ／ m m h d m m d d m m d 1 一 d 2 ／ m m B 1／ ％ A1 3 ． 5 3 2 ． 7 6 3 ． 3 0 ． 2 3 2 9 ． 8 7 A A2 3 ． 6 2 ． 7 6 3 ． 3 4 0 ． 2 6 3 0 ． 9 5 B1 3 ． 5 7 2 ． 7 6 3 ． 2 9 0 ． 2 8 3 4 ． 5 7 B B2 3 ． 4 8 2 ． 7 6 3 - 3 2 0 ． 1 6 2 2 ． 2 2 B3 3 ． 5 4 2 ．7 6 3-3 6 0 ． 1 8 2 3 ． 0 8 C1 3． 6 2．76 3． 1 4 0．46 5 4． 76 C C2 3 ． 5 7 2 ． 7 6 3 ． 1 0 ．4 7 5 8 ． 0 2 C3 3 ． 5 8 2 ．7 6 3 ． 1 4 O ． 4 4 5 3 ． 6 6 Dl 3． 4 6 2．76 3_32 0． 1 4 2 0 D D2 3 ． 4 6 2 ．7 6 3-3 2 0 ． 1 4 2 0 注 A 3 和 D 3 试样试验后出现破损和缺隙， 故相关数据未收录 ， 但经专家判定， 并不影响对 。形密封圈性能的判定。 2 新型 O形密封圈的选择 若不考虑 。形密封圈设计及液压系统沟槽设计、 装 配及系统的污染等因素 ， o形密封圈的选择还与液压系 统工作压力、 工作温度及环境温度密切相关 ， 即一种材料 制造 的 。 形密封圈也许适合于某一液压系统 ， 但在一个 水冷却系统中将会由于酒精或抗冻添加剂产生负作用而 失效 ； 一种材料制造的 。形密封 圈也许在低温时与液氧 2 0 I I 一．， 相容， 但在高温下完全不适用。 o形密封圈材料的选择应 该是综合的选择。 表 4 给出了本公司某型装载机、 挖掘机 使用“ P a r k e r ” 牌 。形密封圈 液压系统的工作环境参数。 考虑到装载机液压系统中主要采用静密封 仅活塞 头处为动密封 ， 环境温度对密封性能影响不大。结合上 述试验结果， 原采用的胶号为Y I 9 4 2 4 的 。形密封圈的工 作温度为 - 4 0 ℃～ 1 0 0 9 C， 可以满足装载机和挖掘机液 压系统工作温度的要求， 但压缩永久变形性能需要提升。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杠 拭 第 4 7 卷 I 第 1 期 总第 5 0 7 期 表 4 柳工装载机、 挖掘机液压系统工作环境参数 系统名称 系统工作温度 ／ ℃ 系统工作压力 P a 环境温度 ／ ℃ 装载机液压系统 6 0 - 8 0 1 6 - 2 3 - - 4 0 - 5 0 挖掘机液压系统 5 O ～ 8 0 2 1 ～ 3 1 ． 5 3 0 ～ 4 5 为此，选用柳工和供方针对柳工装载机产品共同研发的 压缩永久变形率为 2 5 ％的胶号为 1 8 1 9 的新型 。形密封 圈作为静液压系统的密封件。 胶号为 Y I 9 4 2 4 的 。形密封 圈与胶号为 1 8 1 9的新型 。形密封圈的物理机械性能对 比见表 5 。 表 5 胶料 Y I 9 4 2 4和 1 8 1 9号的 。形密封圈物理机械性能对比 胶号 Y I 9 4 2 4 1 8 1 9 5 5 邵氏硬度 度 8 8 _ 4 88 一 扯断强度 ／ MP a ， 不小于 1 0 1 0 扯断伸长率 ／ ％， 不小于 1 0 0 1 0 0 脆性温度 ／ C， 不高于 - 3 5 4 0 压缩永久变形 ／ ％， 1 0 0℃2 2 h ， 不大于 3 5 2 5 压缩率 ／ ％， 不大于 1 5 1 5 硬度变化 ／ 度 l 0 1 0 扯断强度下降率 ／ ％ l 8 1 8 扯断伸长率下降率 ， ％ 3 5 3 5 由表 5 可知 ， 胶号为 1 8 1 9的 。形密封圈的脆性温度 提升至不高于 一 4 0 ℃， 压缩永久变形率不大于 2 5 ％， 较胶 号为 YI 9 4 2 4的 。形密封圈的压缩永久变形率提高 2 8 ． 5 7 ％， 与挖掘机液压 系统用“ P a r k e r ” 0形密封 圈的压缩 永久变形率基本一致。 3 其他常见 O形密封圈密封失效形式及分析 上述分析是单纯地从 0形密封圈本身的性能出发进 行的分析 ， 除上述 。形密封圈材料本身的性能外 ， 影响静 液压系统密封失效的因素还有许多，现结合本公司的现 实情况，给出一些静态液压系统密封漏油的原因分析及 应对建议。 3 ． 1 O形密封圈沟槽设计不合理 。形密封圈安装进沟槽后，既要有一定的伸长量又 不能超出伸缩上线 ，建议静密封选择的 。形密封圈材料 压缩率为 2 0 ％ ～ 3 0 ％ 圈 ；沟槽的深度与 。形密封圈的截面 直径应符合相关标准要求。 除了沟槽的大小和深度外 ， 沟 槽的倒角也不容忽视， o形密封圈在静液压系统密封中， 一 般是 。形密封圈的一侧有压力， 压力迫使 。形密封圈 挤出压板和沟槽配合的间隙 ， 当没有倒角或倒角过小时 ， 尖角就会剪切 。形密封圈， 导致 。形密封圈失效， 液压 油泄漏 ， 密封失效。 安装面的粗糙度和平面度也是影响 。 形密封圈密封效果的因素，当安装面的粗糙度和平面度 不符合设计要求时，安装面就像锯齿一样在结合处形成 缝隙， 导致密封失效 。 3 - 2 装配不合理 在安装较大 。形密封圈时，一般需要专用的安装工 具， 在安装过程中要特别小心， 以防切伤或划伤 0形密封 2 D 16 1 l 2 ’ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 试验 - 研究 T e s t a n d R e a s e a r c h 圈表面。在安装 。形密封圈前， 一要检查并保证 。形密 封 圈本身光滑、 清洁 ， 无毛刺、 裂痕 、 老化龟裂 ； 二要检查 并保证安装槽光滑 、 清洁 ， 无毛刺 ， 密封面平整无凹痕。 安 装时要涂抹润滑脂 ， 以免安装 时脱槽 、 刮伤 ； 安装后需要 检查并保证 。形密封圈无错位、 脱落、 折皱、 扭曲和划伤。 4 使用效果及结论 4 ． 1 使用效果 本公司某型装载机在部分部位使用新型 。形密封圈 后， 未出现不良质量反馈。同年， 该新型 。形密封圈推广 至福田装载机正式使用 ， 在后续的跟踪调查中， 没有不 良 质量反馈。 4 ． 2 结论 1 通过对 比发现 ， 0形密封圈的弹性不足及压缩 永久变形能力不足是静液压密封失效的关键原因。 2 使用压缩永久变形率为 2 5 ％的胶号 为 1 8 1 9 的 新型 0形密封圈后， 漏油反馈明显降低。 参考文献 【 1 1 韩慧仙．曹显利． I程机械液压 。形圈密封失效的原因和 NNND 1 ． 机床与液压． 2 0 1 0 ． 3 8 1 6 1 0 5 ． 【 2 】 卢新波， 张中明． o形圈材料选择与密封结构设计 液压 气动与密封 ， 2 0 1 2 2 2 6 2 9 ． 【 3 1 邵天敏． 压缩永久变形对 0形圈密封性能的影响m． 润滑 与密封 ， 1 9 9 7 4 4 7 - 4 9 ． f 4 1 王惠娟． 液压系统中的密封失效原因及国产液压密封水平 分析 排灌机械， 2 0 0 5 ， 2 3 6 4 2 4 5 ． 【 5 】 蔡树铭 ． 秦舜英， 李宝祥． 降低 0形圈压缩变形的措施田． 润滑与密封 ， 1 9 8 7 3 4 4 5 0 通信地址 广西柳工机械股份有限公司柳工装载机公司 5 4 5 O 0 7 收稿日期 2 0 1 5 - 1 1 - 0 3 工程车辆消声器性能分析及优化 张战文， 耿彦波， 苏俊收 徐工集团江苏徐州工程机械研究院 摘要 I 介绍发动机排气噪声的特点 ， 论述消声器性能评价指标及相互关系 ， 对现有某型号工程车辆用消声器进行性能仿 真分析， 指出其存在的缺陷， 进而对原消声器进行优化， 并通过台架及实车试验 ， 对比分析了优化前后消声器在压力损失 、 插 入损失及传递损失三方面的性能改善， 验证仿真分析的正确性和可行性。 结果表明， 优化后的消声器的空气动力学性能及声 学特性均有较大改善， 取得了很好的消声效果。 关键词 消声器； 排气噪声； 传递损失 ； 插入损失； 压力损失 作者简介 张战文 1 9 8 7 ， 男， 工程师， 研究方向 振动噪声控制技术研究。 2 2 『 工 缸械{ 2 。 佑 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m