工程机械液压系统内泄漏故障的原因及预防措施

摘 要

针对工程机械液压系统内泄漏故障较难防治的问题，用机理分析的方法，探讨 内泄漏的根源与影响因素及其危害，提出了与使用单位密切相关的使用问题及其预 防措施。

关键词

工程机械 液压系统 内泄漏 预防措施

1 引言

随着公路事业的迅速发展，工程机械的品种和数量越来越 多，对工程机械的要求也越来越高。液压传动以运动传递平稳、 均匀，容易获得大的力和力矩，单位功率质量轻、体积小、结构 紧凑，反应灵敏、操作简单，易于实现自动化，自动润滑，标准 化程度高，元件寿命长等优点，被广泛应用于工程机械中。而液 压传动又有对液压油要求高、液压元件价格高、液压设备故障原 因不易查找等缺点，在使用过程中一旦出现故障，则很难准确诊 断，尤其是内泄漏故障，既看不见，又摸不着，没有一定的经验和诊断技术更是很难确诊。因此，对于液压系统内泄漏引起的 故障，维修人员往往不知所措，盲目乱拆或“头疼拿脚医”的情 况时有发生，甚至在“乱拆”工作中造成零部件的变形和损伤， 给使用单位造成工作被动及一定的经济损失。当费尽周折找到内 泄漏故障的部位时，人们通常采用以提高液压元件的几何尺寸精 度，表面粗糙度和加强密封以及换件的方法来处理内泄漏问题， 而未采取有效防范措施。事隔不久，势必再次发生内泄漏故障， 造成较大的浪费和损失。为了进一步做好这些大型贵重设备的使 用与维护，延长其使用寿命，使用单位必须重视液压系统的维护管理，必须研究分析找出内泄漏故障的根本原因，采取“对症下 药”的防治措施。

2 液压系统出现内泄漏故障的危害及机理分析

为了减少零件的磨损，两运动零件表面之间必须具有间隙， 因此产生液体的泄漏，而间隙密封是一种最简单而应用最广泛的 密封方法。液压系统中存在着很多的间隙密封，由于设计、制造 和装配误差、磨损不均和元件在工作中的变形等而产生缝隙，它 们因摩擦磨损而逐渐增大。当油液流经这些缝隙时，必然引起泄漏量加大，直接影响工程机械的正常运用，并造成工程机械操作 失灵、运转异常、效率降低、寿命缩短等，带来经济上的损失， 甚至发生安全事故，因此必须采用有效的方法来防止。在液压传 动中，常见缝隙形式有两种: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。油液经过小孔和缝隙的泄 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:

(1)楔形缝隙。这主要是因两配合平面间平行度低，磨损不均 或装配不当而形成的。由该缝隙引起的泄漏量为

式中:Q₁——泄漏量

ΔP——缝隙两端压力差

B——与油液流速垂直方向缝隙宽度尺寸

h₁、h₂——入口和出口缝隙高度，且h₁<h₂

μ——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

(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

式中:d——缝隙内圆柱面直径

ε——相对偏心量(ε=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

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

综上所述，内泄漏量Q的大小与缝隙两端压力差，液体粘 度，缝隙的长度、宽度和高度等值有关。内泄漏量Q和缝隙高度 h³成正比，说明间隙增加不多，会造成泄漏量大幅度增多;也说 明了为什么液压元件的配合尺寸要求具有很高的精度;还说明了 可用减少缝隙(磨损量)的办法来减少泄漏。因此，在要求密封的 地方应尽量减少缝隙量。内泄漏量Q与粘度μ成反比:当粘度下 降(油的粘度往往随工作温度变化)内泄漏量将增加。同时与缝 隙长度L成反比，与压力差ΔP成正比，而缝隙长度L与压力差 ΔP是固有尺寸和工作性能指标，不得随意改变，所以只能在 缝隙高度h³与粘度μ上研究分析内泄漏原因及其影响因素。

从上述内泄漏量公式与技术设计角度及现场观察来看，造成内泄漏的主要原因是缝隙控制问 题和液压油使用及其温升发热，液压油变质，密封圈硬化膨胀; 缝隙控制必须从设计、制造、装配与分析使用条件及其管理等多 方面加以综合控制，这是解决内泄漏的关键。在实际工作中产生 内泄漏的原因有设计、制造、装配方面的问题。如配合间隙选择 不当、几何尺寸精度差、表面粗糙度低、加工粗糙、装配不良、有 污物等;也有设备维护、修理、使用条件等管理方面的问题。而前 者对使用单位来说，只能从设备的购置上去预防。如购置性能设 计优良、质量可靠的产品;而对后者必须加强管理力度，并采取 有效的对策、措施来防止。至此，可以得出结论，与使用有关的影 响液压系统内泄漏的因素是:①因润滑不良，油液污染(主要是 磨屑等颗粒污染物)使硬颗粒嵌入缝隙并使零件腐蚀、磨损，导 致缝隙尺寸超差或产生不必要的缝隙;②液压油选用牌号不当或 油温过高使液压油粘度μ下降、油液变质，加剧磨损等，其中非 正常磨损造成的缝隙尺寸超差与液压油使用密切相关。

3 对液压油的要求

在液压传动中，液压油既是传递动力的介质，又是润滑剂， 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、使 用、维护、保管液压油是关系到液压设备工作的可靠性、耐久性 和工作性能好坏的重要问题。早在1965年，美国国家流体协会就做出了“液压系统的故障至少有75%是由于油液的污染所造 成”的结论。因此必须正确的掌握液压油的各种理论性质，合 理地使用液压油，从而减少液压系统出现故障的次数。要保 证液压系统在各种情况下均能够可靠有效且经济地工作，液 压油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。粘度是液压油的 重要指标，对一定的液压系统，只能应用粘度变化范围有限的 工作介质才能正常工作。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，增加泵的容积损 失，并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，系统效率也要降低。

2)具有良好的润滑性能(抗磨性)。液压油的润滑性能保证 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，以便构成液体润滑，减少磨损。

3)具有良好的抗氧化性。液压油的化学稳定性能好，不易 氧化和变质。

4)良好的抗剪切安全性。

5)防锈性能要好，不产生腐蚀。

6)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。

7)具有良好的抗泡沫性和空气释放性。

8)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。

9)清洁度好和可流性优良。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。

10)燃点、闪点应满足环境温度，挥发性要小，润滑油符合 这方面要求，即可保证其工作安全可靠。

正确合理地选择液压油是保证整个液压系统高效率、正 常运转的前提。我们要根据机械设备的工作环境和使用条件 (如工作温度范围、压力范围、液压系统设计的特点、泵的类型、 防磨损及防泄漏的要求、工作寿命、介质与材料的相容性、经 济性及环境因素等)选择适当的液压油。工程机械出厂时厂家 根据液压泵、马达、阀生产厂样本、并结合系统特点，给用户推 荐了液压油的品种和牌号，在使用中我们应根据工程机械使 用地区的气温等实际情况，再根据粘度要求确定液压油牌号。

4 液压油污染的原因与危害

按照基本要求正确地选用液压油，再加上合理地使用和 维护，就可以有效地提高液压设备的工作性能、效率、经济 性、可靠性和使用寿命。如果不注意使用，液压油经常受到污 染，则质量好的液压油也会很快性能变差、使液压系统不能 正常工作。

4.1 液压油的污染原因

液压油的污染有两个方面的因素:一是液压油本身的变质 产生的粘度变化和酸值变化;二是外界污物混入液压油内。

液压油污染途径如图1所示。

4.2 液压油污染后的危害

一个优质产品的液压元件可能由于液压油污染而经常发 生故障，甚至失效。由于液压油污染使液压元件的实际使用寿 命往往比设计的寿命短得多。

1)污染物常使节流阀和压力阻尼孔时堵时通，引起系统 工作的压力和速度不时变化，影响液压系统工作性能或产生 故障。

2)加速液压泵及马达、阀组等元件的运动副磨损加剧，引 起内泄漏的增加，造成液压系统效率降低，元件寿命缩短。

3)混入液压油中的水分腐蚀金属，并能加速液压油老化 变质。

4)杂质若将吸油过滤器严重阻塞，导致液压泵吸气不足， 产生气穴现象，进而使运动密封件的磨损加快、提前损坏、密 封失效，会引起噪声、振动、爬行、气蚀和冲击现象，从而降低 液压系统的工作性能;若将进油或回油滤油器堵塞，将使滤油 器失效，甚至由于滤芯破裂使已附在滤芯上的污染物进入液 压系统中。

5)污物进入滑阀间隙，可能使滑阀卡住，导致执行机构动 作失控或其他故障。

5 预防液压系统出现内泄漏故障的措施

综上所述，使用单位为了预防与控制液压系统内泄漏故 障的产生，加强液压油的管理是控制液压油污染和保证液压 系统正常工作的重要环节。因此，在实际工作中必须加强三方面的管理:

第一，在液压元件加工与维修、装配过程中，防止液压油 被污染，防止水和空气的混入。必须严格控制加工精度、表面 粗糙度和减小其配合间隙与装配误差;

第二，在液压油、液压元件储运管理方面应做到以下几点:

1)要有合理的管理组织机构和规章制度，加强对液压油 及液压元件的清洁度管理，并严格按照规定进行、落实、检 查，液压油出入库要注明品名、产地、牌号、使用工程机械名 称、数量等。

2)液压油入库前应取样化验，化验合格后才准入库。

3)库存液压油应定期取样化验。如不符合性能指标，则不 准使用。

4)要有符合要求的贮存场所和贮存器具，仓库应具备良 好的通风、清洁、干燥、消防安全等条件，并避免强光直接照 射。

5)液压油应分类存放，杜绝混装、混放，以防止混用。

6)定期开展储油器及液压油的质量检查，符合规定要求 的液压油方可出库。

7)液压油出库、使用前要坚持过滤，保证液压油杂质含量 符合规定要求。

第三，在使用管理方面应做到以下几点:

1)建立登记卡和液压设备档案，每台机械均建立一个液 压油登记本，记录需用液压油品名及牌号并注明每次加油或 换油日期及数量，并由专人负责检查，有利于了解系统的密 封性能，也可避免在工作中误用异种油品。

2)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，应根据机械使 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。

3)根据使用条件定期对液压油进行油样分析，发现油液 污染严重时应立即查明原因，及时消除。其原因可能是外界 污垢大量侵入或系统内部出现异常污染源，应采取相应的措 施处理。液压油必须合理更换，以达到保证使用和节约开支的 目的。

4)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℃)，油温升高会加速液压油的氧化变 质，油的寿命会大大缩短，油氧化变质生成的酸性物质对泵、 马达等起腐蚀作用，密封件老化变形，配合表面产生热变形， 增加磨损，造成泄漏增加。

5)在液压系统故障排除时应遵守规范，保持清洁，禁止乱 拆乱放，防止污染物进入液压系统。在修理装配时防止环境污染，液压元件装配前各零件必须退磁并清洗干净。装配后 必须进行清洗和性能试验，一方面可以检测修理质量，另一 方面也可清洗杂质，所有液压管道要注意保护与密封。

6)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，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。

6 结束语

液压系统的内泄漏问题是当前一个重要的研究课题，不 能单纯的、传统的、消极的加强密封，而要系统性地去消除内 泄漏的根源，并采取有效措施予以治理。消除内泄漏的基本 观点是:立足于防、适当堵导。保持油液清洁是液压系统维护的 关键，加强严格的科学管理是最积极、最有效的办法。

工程建设机械2005.NO.8

使用与维修