液壓源低壓安全閥密封失效分析及改進(jìn)措施
預研伺服液壓源在進(jìn)行低壓安全閥可靠性試驗時(shí)發(fā)現：壓力腔加壓到一定程度時(shí)，部分安全閥不能及時(shí)按照設計預定開(kāi)啟，部分不能達到設定泄流量，并存在漏油現象。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)閥體結構和優(yōu)化加工工藝方法的研究方向。
0、引言
某預研伺服液壓源的低壓安全閥在進(jìn)行靈敏度試驗時(shí)存在約30%的安全閥不能按照設計要求正常進(jìn)入工作狀態(tài)，并且出現滲漏油的問(wèn)題，嚴重影響相關(guān)組件的裝調，進(jìn)而影響整體液壓源的可靠性驗證。通過(guò)對低壓安全閥進(jìn)行故障查找與分析，最終確定：閥體的結構設計缺陷及加工質(zhì)量問(wèn)題是本次故障產(chǎn)生的根本原因。因此，對閥體結構進(jìn)行改進(jìn)，并通過(guò)優(yōu)化的機加工藝方法確保安全閥的使用可靠性。
1、問(wèn)題描述
低壓安全閥的裝配結構及泄漏油部位，如圖1 所示。
設計要求： 當箱體低壓孔壓力升至1.5MPa 時(shí)，安全閥開(kāi)啟;當壓力升至2MPa 時(shí)，泄流量≥0.9L/min;當壓力降至≤1.2MPa 時(shí)，安全閥應關(guān)閉。
實(shí)際試驗過(guò)程： 當箱體低壓孔壓力升至1.5MPa時(shí)，60%的安全閥開(kāi)啟;升壓至2MPa 過(guò)程中，安全閥陸續開(kāi)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連續點(diǎn)滴至線(xiàn)狀泄漏油現象; 從排油管組件流出量為≤0.65L/min。安全閥在開(kāi)啟試驗中合格產(chǎn)品與嚴重泄漏油產(chǎn)品曲線(xiàn)分析對比見(jiàn)圖2 所示。
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，出現泄漏油和不能正常開(kāi)啟的安全閥存在以下故障點(diǎn)，如圖3 所示。
圖3 閥體故障點(diǎn)示意圖
(1)密封圈出現不同程度的劃傷;
(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“結構簡(jiǎn)單、降低加工難度”的設計原則，此低壓安全閥采用螺紋空刀槽兼做密封槽的結構。
(2)車(chē)削螺紋過(guò)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)O 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。
O 形圈的壓縮率及與密封面的接觸面積大小， 是影響密封效果的重要因素。壓縮率大，可使O 形圈與密封面間的接觸面積增大，但壓縮率過(guò)大時(shí)，還可以導致O 形圈永久變形，從而導致密封失效;壓縮率小，使O 形圈與密封面間接觸面積小，降低密封效果，甚至導致密封失效。無(wú)系統壓力時(shí)，O 形圈受A、B 面對其產(chǎn)生的初始壓應力，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。
系統壓力產(chǎn)生時(shí)，壓力油經(jīng)擠出間隙流入密封槽，對密封圈產(chǎn)生軸向應力，使O 形圈彈塑性變形增大，同時(shí)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)品結構為螺紋退刀槽兼做密封槽， 壓力油不僅從擠出間隙，而且會(huì )通過(guò)螺紋間隙進(jìn)入退刀槽，對O形圈不僅會(huì )產(chǎn)生軸向力，還會(huì )產(chǎn)生徑向力;由于螺紋退刀槽比獨立密封槽空間大，O 形圈相應的移動(dòng)空間增大。因此，O 形圈會(huì )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，最終導致密封失效。如圖4c 所示。
圖4 O 形圈受力狀態(tài)
(2)雖然使用專(zhuān)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(guò)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密，進(jìn)而導致壓力油沿劃傷溢出。
4、小結
通過(guò)對產(chǎn)生問(wèn)題的低壓安全閥進(jìn)行故障分析，查出故障點(diǎn)，從而進(jìn)行結構改進(jìn)、優(yōu)化加工工藝方法，最終使產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足使用要求。并且為此類(lèi)型產(chǎn)品的結構設計及生產(chǎn)提供了可借鑒的參考意見(jiàn)及方法。
