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管接頭O形圈密封故障分析及防范措施

文檔作者：李國真，張麗琴，陶鵬文檔來源：柳工機(jī)械股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年10月18日
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液壓氣動與密封／2O1S年第06期
doi：1 0．3969~．issn．1 008-081 3．201 5．06．01 4
管接頭O形圈密封故障分析及防范措施
李國真，張麗琴，陶 鵬
(柳工機(jī)械股份有限公司，廣西柳州545006)
摘要：該文基于工程機(jī)械產(chǎn)品的液壓管接頭O形圈常見漏油現(xiàn)象，從管接頭O形圈的設(shè)計、裝配及儲存等多方面分析液壓管接頭產(chǎn)
生漏油故障的原因，結(jié)合作者長期從事這方面的工作中積累的一些經(jīng)驗與體會，總結(jié)出一系列有效的措施。
關(guān)鍵詞：管接頭；O形圈；故障分析；防范措施
中圖分類號：TB42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1008—0813(2015)06—0038—03
Coupler O—ring Seal Failure Analysis and Preventive M easures
LIGuo-zhen,ZHANG Li—qin,TAOPeng
(Guangxi Liugong Machinery Co．，Ltd．，Liuzhou 545006，China)
Abstract：This paper introduces common leakage phenomenon of O—ring based on the engineering machinery products．The causes analy—
sis 0fOil leakage is from the design of0-ring assembly and storage etc．The autho~engaged in this work longly,summed up a series ofelfective
measures．
Key words：coupler；O-ring；fault analysis；preventive measures
0 引言
在所有液壓管接頭的密封形式中，O形圈的密封是
液壓系統(tǒng)附件結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)用最廣泛的一種密封方式，
其主要特點是：尺寸小裝拆方便、動靜密封均可用、靜
密封幾乎沒有泄漏、單件使用雙向密封、動摩擦力小、
價格低等。但在整個液壓系統(tǒng)附件的故障模式中，由
于各種原因，管接頭的漏油問題，始終成為工程機(jī)械液
壓系統(tǒng)漏油的主要因素。本文結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、手冊及
實際改進(jìn)經(jīng)驗，從設(shè)計、制造、裝配、儲存等方面對液壓
管接頭O形圈密封漏油的問題進(jìn)行分析。
1 管接頭常用0形密封結(jié)構(gòu)類型
在工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中，使用頻率較高的管接頭O
形密封結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)如下：24。錐O形圈密封，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
IS08434—1，這是工程機(jī)械行業(yè)螺紋連接類型中使用頻
率最高的密封結(jié)構(gòu)，普遍用于管子內(nèi)徑為25ram以下的
收稿日期：2015—05—14
作者簡介：李圍真(1981一)，男，廣西柳州人，工程師，本科，研究方向是
流體連接件及密封件。
[4】 王深維．現(xiàn)代修井工程關(guān)鍵技術(shù)實用手冊【M1．北京：石油工
業(yè)出版社，201 1．
【5] 安青龍．割縫篩管損壞影響因素與載荷分析[J1．管理觀察，
2010，(1)：279—180．
低、中、高壓連接；法蘭式O形圈密封，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
ISO6162／SAE J518，建議用于管子內(nèi)徑為25mm以上的
低、中、高壓連接；角密封0形柱端密封，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)公制
IS06149／~制ISO1179／美制ISO11926，實現(xiàn)液壓元件
與管路之間的過渡連接；平面0形密封，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
ISO8434—3，液壓系統(tǒng)較為常用的螺紋連接、端面O形
形密封形式，與法蘭式O形圈密封功能相似。液壓管
接頭還有很多密封結(jié)構(gòu)形式，例如60o、74。、90。錐密
封、球密封等，在某些領(lǐng)域也得到較為廣泛應(yīng)用。
2 O形圈主要故障模式
從大多數(shù)市場反饋的整體來看，液壓管接頭O形
圈密封失效的主要形式為表面開裂漏油、切邊漏油、本
身缺陷漏油等。漏油的具體部位主要有兩種情況：一
是接頭體與液壓元件之間的連接處漏油；二是接頭體
與管路的連接處。這兩種情況引起的密封失效漏油占
85％左右。
3 液壓管接頭漏油問題原因分析
3．1設(shè)計原因
(1)管接頭的圖紙設(shè)計尺寸不符合密封標(biāo)準(zhǔn)要求，
【6】 車強(qiáng)．超稠油油藏水平井篩管損壞研究與保護(hù)對策[D】．北京：
中國石油大學(xué)，2009．
[7】 何育榮，朱海波．膨脹篩管的研制及現(xiàn)場試驗【J]．石油鉆探技
術(shù)，201 1,39(3)：106—109．
! ： ：
動，造成0形圈表面錯位(錯模)，在使用過程中從錯位
處擠出油液。
②0形圈修邊后殘留部分膠邊(凸延部)，也會造成
密封不嚴(yán)密而滲漏油液。
③修邊過度(修損，凹陷)：主要由于模具分型面處
老化損傷而使產(chǎn)品飛邊過厚不易修邊產(chǎn)生，也會造成
密封不嚴(yán)密而滲漏油液。
(3)橡膠材質(zhì)配置過程中的雜質(zhì)，使得表面有留痕
(多個小凹坑)，油液有機(jī)會從中滲出。
(4)生產(chǎn)過程中模具表面磕碰產(chǎn)生的凹凸缺陷，造
成0形圈表面產(chǎn)生凹凸缺陷，油液從中滲漏。
(5)開?？s裂(抽邊)：截面大的產(chǎn)品易出現(xiàn)抽邊問
題；主要因為膠料硫化速度過快或焦燒出現(xiàn)抽邊問題，
這是不可接受的。
(6)0形圈截面直徑、材質(zhì)配方及硬度等的不均勻，
導(dǎo)致0形圈的一部分沿工作表面滑動，另一部分則發(fā)
生滾動，從而造成0形圈的扭曲、開裂。
3．3 裝配原因
(1)現(xiàn)場裝配工藝文件不完善，未形成統(tǒng)一的、正
確裝配習(xí)慣。裝配工人未能按照規(guī)定的操作流程進(jìn)行
裝配，不同的人員裝配方式不一樣，部分0形圈在裝配
過程中就因過度拉伸或不規(guī)范操作已變形。
(2)裝配工人未經(jīng)專業(yè)訓(xùn)練，沒有適當(dāng)?shù)姆椒?，?
未遵守裝配工藝流程要求，用“蠻力”裝配，0形圈裝配
后的產(chǎn)品未出廠就已有潛在密封失效的可能。
3．4存儲原因
(1)存儲環(huán)境溫度過高或過低、潮濕、光照及有臭
氧等場所，都會促進(jìn)橡膠的老化，在整機(jī)上使用壽命
縮短。
(2)放置不當(dāng)，例如用細(xì)繩將0形圈捆扎后，掛在
釘子或金屬線上，因為這會使0形圈變形，損傷。
4 防范措施及方法
4．1設(shè)計要求
(1)接頭密封相關(guān)尺寸、O形圈尺寸公差及形位公
差整套選用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，特殊部位須將公差縮小范
圍并通過試驗驗證及評審，確保滿足密封要求后才能
發(fā)布設(shè)計圖紙。
(2)密封相關(guān)表面粗糙程度要求，見表1。
(3)硬度及壓力的匹配要求。
0形圈硬度與密封工作壓力密切相關(guān)，壓力越高，
硬度也是越高，抗擠出、抗泄漏能力越強(qiáng)，但抗?jié)B漏能
力越差。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)壓力情況選擇合適的硬
度，各種O形圈硬度對應(yīng)的工作壓力選擇，如表2。
設(shè)計人員不完全遵從標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計原則，關(guān)鍵尺寸未按規(guī)
定的尺寸參數(shù)設(shè)計，或者按照個人想法設(shè)計，未經(jīng)評審
或驗證就使用。常見的設(shè)計缺陷，如錐度公差、同軸
度、跳動度及表面粗糙度等要求不明確。
(2)不同的產(chǎn)品線，其液壓系統(tǒng)要求不同，有些現(xiàn)
行的標(biāo)準(zhǔn)公差參數(shù)范圍較大，并非在每個液壓系統(tǒng)都
滿足密封要求，設(shè)計人員未能根據(jù)系統(tǒng)實際情況進(jìn)行
公差范圍的優(yōu)化，未通過試驗驗證確定最優(yōu)的公差范
圍。往往因為密封處過松或過緊，導(dǎo)致0形圈失效。
(3)接頭結(jié)構(gòu)選型不合適設(shè)計時，關(guān)鍵部位接頭選
型不合適，也是造成密封漏油的原因之一。例如在管
路連接中，小通徑接頭，一般選用螺紋連接+錐密封連
接形式；大通徑接頭一般選用法蘭+壓板連接形式。這
在脈沖頻繁、高壓系統(tǒng)中選擇尤為重要。
(4)中間環(huán)節(jié)多次過渡轉(zhuǎn)接，制造、裝配等累計誤
差引起的漏油風(fēng)險或機(jī)會更大。
(5)管接頭的0形圈槽設(shè)計不合理(如槽寬、槽深
等)，填充率、壓縮率不能滿足密封要求，造成0形圈永
久壓縮變形或壓縮不到位。
(6)0形圈的材質(zhì)、硬度與系統(tǒng)壓力、溫度、介質(zhì)等
要求不匹配。 ’
在設(shè)計過程中，部分設(shè)計人員往往只考慮選用對
的規(guī)格，但未從系統(tǒng)使用的環(huán)境去綜合考慮，就默認(rèn)選
用已有的0形圈，O形圈與系統(tǒng)實際需求不匹配(如壓
力、溫度、介質(zhì)不匹配)，造成0形圈永久壓縮變形、老
化開裂等問題產(chǎn)生。
3．2制造原因
(1)管接頭制造原因。
①密封表面、密封溝槽加工粗糙度不符合要求，O
形圈在安裝及工作過程中表面易被劃傷。
②被密封的管接頭存在著幾何精度(包括圓度、橢
圓度、圓柱度、同軸度等)不良，零件之間裝配后不同
心，引起密封間隙的擴(kuò)大和間隙擠出現(xiàn)象的加劇。由
于密封溝槽存在著同軸度偏差，密封高度不相等以及0
形圈截面直徑不均勻等現(xiàn)象，可能使得0形圈的一部
分壓縮過大，另一部分過小或不受壓縮。當(dāng)溝槽存在
偏心即同軸偏差大于0形圈的壓縮量時，密封會完全
失效。密封溝槽同軸度偏差大的另一個害處是使0形
密封圈沿圓周壓縮不均。
③ 密封槽或柱端尖角未加工圓角或圓角太小，造
成O形圈切邊。
(2)0形圈制造原因。
①模具原因或是模具加工原因，或是模具配合松
39
液壓氣動與密~d-／2m s年第06期
表1各種密封表面粗糙度
表面 應(yīng)用場合壓力狀況 表面粗糙度
表2壓力及硬度對照表
邵氏硬度 -I-5 50 60 70 80 90
壓力一靜密封／MPa≤ 0．5 1 1O 20 50
壓力一動密封，MPa≤ O．5 1 8 16 24
4．2制造
(1)接頭：關(guān)鍵部位(密封槽、密封面)的制造，須編
制關(guān)鍵工藝卡，作為現(xiàn)場關(guān)鍵質(zhì)量控制點，尺寸、形位
公差、粗糙度等loo％JJnI合格。
(2)0形圈外觀質(zhì)量：模具的質(zhì)量決定著O形圈整
體外觀質(zhì)量，要求模具表面光潔無痕，制造流轉(zhuǎn)過程必
須實施檢查，確保表面無碰傷，加工后O形圈的外觀質(zhì)
量應(yīng)滿足ISO360 1—3或GB3452．2的要求。
4．3裝配
裝配工藝中必須明確O形圈的裝配方法及要
求。在進(jìn)行O形圈安裝時，須注意以下事項：
(1)確保各棱邊或過渡處已倒角或倒鈍并去除
毛刺。
(2)檢查被密封表面有無缺陷。
(3)清除所有的加工殘留物。
(4)安裝路徑上的螺紋需加防護(hù)套，以防螺紋尖角
刮傷O形圈。
(5)為了方便安裝，可對O形圈安裝表面涂潤滑
油脂。
(6)手動安裝時，不可使用尖銳工具，但要盡量有
效借助工具，以保證O形圈不扭曲。
(7)禁止過分拉伸O形圈。
(8)由密封帶制成的O形圈，禁止在其連接處進(jìn)行
拉伸。
(9)若進(jìn)行自動安裝，須做好充分準(zhǔn)備。例如：為
便于安裝，可在O形圈的表面涂鉬、石墨、敷上滑石粉
或用PrFE涂覆。
4．4 儲存
結(jié)合DIN7716、ISO2230、DIN9088等標(biāo)準(zhǔn)及改進(jìn)經(jīng)
驗，對O形圈的儲存、清潔、維護(hù)做了基本的規(guī)定。
(1)溫度：5℃一25％是比較理想的儲存溫度。應(yīng)避
免接觸熱源及陽光照射。從低溫儲藏狀態(tài)取出的密封
件，應(yīng)先將其置于2O℃的環(huán)境中，然后再使用。
(2)濕度：倉庫的相對濕度應(yīng)不小于70％，避免過
于潮濕或過于干燥，不可出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。
(3)光照：要避免太陽光及強(qiáng)的含有紫外線人工光
源。防紫外線的包裝袋可提供最佳的保護(hù)。建議倉庫
的窗戶上涂上紅色或橙色涂料或貼薄膜。
(4)輻射：避免電離輻射對密封件的損傷。
(5)氧和臭氧：橡膠材料應(yīng)避免暴露在循環(huán)流動的
空氣中。可通過包裝、纏繞、存放在氣密容器中或其他
合適方法實現(xiàn)此目的。臭氧對大部分彈性體有害，倉
庫內(nèi)避免有如下設(shè)備：水銀蒸氣燈、高壓電器設(shè)備、電
動機(jī)等設(shè)備。
(6)變形：橡膠件應(yīng)盡可能以自由狀態(tài)放置，避免
受拉伸、壓縮或其他變形。
(7)與液體或半固體材料的接觸：不得接觸溶劑、
油、脂或其他半固體材料。
(8)與金屬或非金屬材料的接觸：不允許接觸磁性
材料、鑄鐵、銅及其合金，或含有會損壞橡膠的材料。
不可用PVC材料來包裝密封件。不同材料的密封件不
可混裝。
(9)清潔：根據(jù)需要，可以用肥皂、水來清洗密封
件。但水不可接觸纖維增強(qiáng)密封件、橡膠金屬粘接密
封件、Au材料密封件。消毒劑、有機(jī)溶劑及有銳邊的
工具不得使用。清洗后的密封件應(yīng)在室溫下晾干，不
可接近熱源。
5 小結(jié)及建議
以上是常見的問題及防范措施，管接頭密封失效
的具體因素多種多樣，錯綜復(fù)雜，因此解決的措施和方
法應(yīng)是綜合多途徑、多環(huán)節(jié)、多方面的，才能較為全面
或徹底地解決問題。
參考文獻(xiàn)‘
『11 GB3452．1—2005，液壓氣動用O形橡膠密封罔尺寸系列及公
差【S]．
[2】 GB3452．3—2005，液壓氣動用O形密封圈溝槽尺寸【S】．
【3】ISO 8434—1：2007，用于流體傳動和一般用途的金屬管接頭
【s】．
[41 SAE J518：1993，法蘭式液壓管接頭[s]．
[51 路甬祥．液壓氣動技術(shù)手冊[M】．北京：機(jī)械工業(yè)出版社；2002．
【6】徐光華．O形密封圈的失效原因及防止措施[J]．科技資訊，
2007，(17)．
【7】 聞邦春．機(jī)械設(shè)計手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

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