机械液压系统内泄漏机理分析及对策探讨

摘要：机械的液压系统出现内泄漏，无法正常作业，直接影响到项目的工期及质量。而造成工程机械液压系统的内泄漏的因素有很多，以现有的技术和材料，要想从根本上消除液压系统的泄漏是很难做到的。本文对建筑机械液压系统的内泄漏的影响因素进行分析，并提出预防措施，减少液压系统泄漏。

关键词：液压系统;内泄漏;因素;对策

一、液压系统出现内泄漏的机理分析

液压系统内各零件之间有相对运动，为了减少零件的磨损，两运动零件表面之间必须具有间隙，间隙过小，会使零件卡死，间隙过大，会造成泄漏。如图1所示，泄漏是由压差和间隙造成的。分为内泄漏和外泄漏，外泄漏主要是指液压油从系统泄漏到环境中，内泄漏是指由于高低压的压力差以及密封件失效等原因，使液压油在系统内部由高压侧经缝隙流向低压侧，本文主要讨论内泄漏问题。在液压传动中，常见的缝隙有两种形式：一种是由两个平面形成的平面缝隙，如柱塞泵的缸体与配流盘；另一种是由内外圆柱表面形成的环状缝隙，如柱塞泵的柱塞和柱塞孔。液体在缝隙中的流动一般为层流，一种是压差造成的流动称压差流动，另一种是相对运动造成的流动称剪切流动，还有一种是在压差与剪切同时作用下的流动。那么油液流经缝隙时的泄漏量究竟有多大呢?一般来讲，液压系统中主要的缝隙及泄漏量是：

图1 内泄漏与外泄漏

1楔形缝隙。这主要是因为两配合平面之间平行度低，磨损不均或装配不当而形成的。由该缝隙引起的泄漏量为：

Q1=

式中：Q1――泄漏量

P――缝隙两端压力差

B――与油液流速垂直方向缝隙宽度尺寸

hl、h2――人口和出口缝隙高度，且h1

――液压油动力粘度

L――缝隙长度

2平行平面缝隙。如齿轮泵齿端与泵体之间的缝隙，齿轮端面与端盖间的缝隙等。其泄漏量为：

Q2=

3环形缝隙。它主要产生于柱塞和柱塞孔之间，换向阀的阀芯与阀体之间，以及液压缸活塞与缸体之间等配合处。其泄漏量为：

Q3=

式中：d――缝隙内圆柱面直径

8――相对偏心量(8=e／h，e为偏心距)其它参数含义同式(1)。

4圆环平面缝隙。如轴向柱塞泵中的油楔处等，其泄漏量为：

Q4=

式中：n――泄漏缝隙处数量

D、d――分别为圆盘的大、小直径。

其它参数含义同上。

液压系统总的内泄漏量为：

Q总=；(N为泄漏缝隙总数)

二、影响液压系统内泄漏的因素分析

从上述内泄漏量公式中可以看出，内泄漏量Q的大小与缝隙两端压力差、缝隙的长度、宽度、高度和液体的粘度等值有关。其最主要的因素是缝隙高度h，还有粘度。其他因素一般是设计时确定的，不得随意改动。下面就从缝隙高度h与粘度来研究分析引起内泄漏的因素。

1内泄漏量Q和缝隙高度h3成正比，这说明间隙增加不多，就会造成内泄漏量的大幅度增加。而间隙的产生主要是由于零件表面腐蚀、磨损导致的，主要有以下因素。

(1)空穴所产生的气蚀

在大气压下，液压油中可溶解10％左右的空气。气蚀的产生是由于在油液压力低于油气分离压力时，溶于油液中的气体便会游离出来，在油液中形成“空穴”，随着压力的逐渐升高，空穴的体积逐渐变小，当压力升高到某一极限值时，这些气泡在高压的作用下，就会发生爆裂，从而将高温、高压的气体迅速作用到零件表面上，发生穴蚀现象，造成零件表面的腐蚀，加速表面的磨损，引起间隙高度的增加。

(2)油液污染所引起的磨损

液压油的污染主要是指外界污染物混人液压油内，特别是颗粒污染危害比较大。建筑机械由于施工条件比较恶劣，容易受到污染，污染物进人液压系统后，会加速液压泵、马达及阀组等元件运动副的磨损。会增加密封件和活塞杆等的划伤，从而会引起缝隙尺寸超差，颗粒污染为液压元件损坏最快的因素之一，另外混人液压油中的水分会腐蚀金属，并能加速液压油老化变质。杂质若将吸油过滤器严重阻塞，导致液压泵吸油不足，产生气穴现象，也会引起噪声、振动、爬行、气蚀和冲击现象。可见液压油的污染会增加内泄漏，影响液压系统的工作性能，造成液压系统效率降低，元件寿命缩短。

2内泄漏量Q与粘度成反比，当粘度下降时内泄漏量将增加。而影响油液粘度的主要因素是工作温度。

建筑机械液压系统油液的工作温度在30―80℃的范围内较好，此时液压元件的效率最高，液压油的抗氧化性处于最佳状态。如果工作温度超过8O℃以上，即视为油温过高。

油温过高时液压油粘度会降低，液压元件及系统内油液的泄漏量将增加，液压泵的容积效率降低；油液流经节流小孔或隙缝式阀口的流量增大，使原来调好了的工作速度发生变化，特别是对液压随动系统，影响工作稳定性，降低工作精度。粘度降低后相对运动零件表面的油膜变薄，会增加机械磨损。

油温过高时会使油液的氧化速度加快，导致液压油变质，使密封装置迅速老化，丧失密封性能降低其使用寿命。从而增加泄漏，影响液压系统正常工作。另外油温过高时会使液压元件产生热变形，液压阀类元件受热后膨胀，使其配合间隙减小，影响阀芯的移动，增加磨损，甚至卡住。以上探讨的是内泄漏的一些主要因素，这些因素可以从设计、制造、装配方面去预防，也可以从使用、维护、管理等方面去预防。

三、预防内泄露的主要措施

1合理选择液压油

在液压传动中，液压油既是传递动力的介质，又是剂，在某些元件中又起密封作用。而液压系统中的热量也往往是通过油液而逐渐扩散出去。因此又起冷却作用。所以合理地选择液压油是预防内泄漏的一项重要措施。选择和使用液压油时必须符合以下几点要求：

(1)具有合适的粘度和良好的粘温特性。粘度过大，油液流动时阻力增加，温升快，能量损失大，系统效率降低；粘度过小，会使油膜支承能力降低，而导致运动副间产生干摩擦，引起泄漏增加。

(2)具有良好的性能。液压油的性能保证在不同压力、速度和工作温度等运转条件下都有足够的油膜强度，以便构成液体，减少磨损。

(3)具有良好的抗氧化性，防锈性能好。液压油的化学性能稳定，就不易氧化和变质，不易产生腐蚀。

(4)抗乳化性和水解安全性好。即使有水混入，也能有较大的分离性能，起泡少，消泡容易。

(5)具有良好的抗泡沫性和空气释放性，不易产生气蚀。

(6)有良好的相容性，对密封材料的影响小，即油液与各种材料不起或少起化学作用，以免变质失效。

(7)清洁度好和可流动性优良。液压油质量应纯净，不允许有沉淀，应尽量减少机械杂质、水份和灰尘等含量。

2避免油温过高

控制液压油的工作温度(系统最高温度不超过80℃，液压油箱内温度不超过60℃)，油温过高会

加速液压油的氧化变质，油氧化变质生成的酸性物质对泵、马达等起腐蚀作用，配合表面产生热变形，增加磨，油温过高发热，液压油变质，密封圈硬化膨胀，使密封装置迅速老化变质，丧失密封性能。

这都会造成泄漏增加。所以应设计合理的高效的液压系统或设置冷却装置，增加液压油箱容积和散热面积，增加泄荷回路等使油液温度保持在60℃以下。

3合理选择密封件

液压系统的内泄漏，在很大程度上取决于液压系统密封的设计和密封件的选择，在设计中一般应考虑以下因素：

(1)在设计和加工环节中要充分考虑影响泄漏的重要因素――密封沟槽的设计和加工。保证精度和合理的间隙。

(2)选择密封件时要考虑到液压油与密封材料的相容性问题，应按使用说明书或有关手册选用液压油和密封件的型式和材质，以解决相容性问题，延长密封件的使用寿命。

(3)用防尘圈、防护罩和橡胶套保护活塞杆，防止磨料、粉尘等杂质进入造成液压系统泄漏。

(4)尽量消除活塞杆和驱动轴密封件上的侧载荷。

4精细加工，提高装配质量

所有的液压元件及密封部件都有严格的尺寸公差、表面处理、表面光洁度及形位公差等要求。如果在制造过程中超差，例如：油缸的活塞半径、密封槽深度或宽度、装密封圈的孔尺寸超差或因加工问题而造成失圆、本身有毛刺或有洼点、镀铬脱落等，密封件就会有变形、划伤、压死或压不实等现象发生使其失去密封功能。在装配过程中，要防止液压油被污染，防止水和空气的混入，同时应杜绝野蛮操作，防止过度用力使零件产生变形，装配前应对零件进行仔细检查，保持各结合面的正常间隙。

5要合理操作、定期保养

操纵各液压阀、不宜过快、过猛，也不宜过于频繁地加大油门，以减轻液压冲击。要定期检测液压系统各检测点压力、流量、温度、防止液压系统长期在不正常压力、温度下工作。应根据使用说明书规定，结合实际使用情况定期清洗或更换液压油滤芯，并每日检查液压油油位，不足时应及时补充。因油量不够或换油时造成系统中有空气，应根据使用说明书规定，怠速运转一定时间，操纵换向手柄，使液压缸往复运动数次或使液压马达运转一定时间，排除液压系统内空气。这样可减少液压系统磨损，防止内泄漏，并保证液压系统正常工作。

四、结束语

内泄漏的控制必须从设计、制造、装配与使用和管理等多方面加以综合控制，一旦发生泄漏，第一时间得确诊其原因，再采取合理的预防措施，减少液压系统内泄漏。