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液压源低压安全阀密封失效分析及改进措施

文档作者：孙永生刘晓静王德志宋振坤张红超文档来源： 1．北京精密机电控制设备研究所 2．北京中科航天人才服务有限公司，		点击数：	更新时间： 2021年07月20日
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液压气动与密封／2014年第01期
液压源低压安全阀密封失效分析及改进措施
孙永生 ，刘晓静 ，王德志 ，宋振坤 ，张红超
(1．北京精密机电控制设备研究所，北京100076； 2．北京中科航天人才服务有限公司，北京100048)
摘要：预研伺服液压源在进行低压安全阀可靠性试验时发现：压力腔加压到一定程度时，部分安全阀不能及时按照设计预定开启，部
分不能达到设定泄流量，并存在漏油现象。为此，对低压安全阀进行故障清查与分析，最终确定了改进阀体结构和优化加工工艺方法的
研究方向。
关键词：低压安全阀；密封失效；结构改进；优化工艺
中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1008—0813(2014)01—0078—03
Hydraulic Source Low Pressure Relief Valve Seal
Failure Analysis and Improvement M easures
SUN Yong-shens~，LIU Xiao-jingz,WANG De-zhi ，SONG Zhen-kun ，ZHANG Hong-chao
(1．Beijing Institute of Precision Mechanical and Electrical Control Equipment，Beijing 1 00076，China；
2．Beijing Zhongke Space Talent Service Co．，Ltd．，Beijing 100048，China)
Abstract： Some pre—research type servo hydraulic source in the low pressure relief valve sensitivity test found that pressure cavity
pressure to a certain extent， part of the relief valve is not in accordance with the design is scheduled to open in time， part cannot achieve
set discharge，and there is oil leakage．Therefore， an analysis of the fault inventory and low pressure relief valve， eventually determine the
improved body structure and the research direction of optimizing processing method．
Key words：low—pressure safety valve； seal failure； structure improvement； process optimization
0 引言
某预研伺服液压源的低压安全阀在进行灵敏度试
验时存在约30％的安全阀不能按照设计要求正常进入
工作状态，并且出现渗漏油的问题，严重影响相关组件
收稿日期：2013—10—16
作者简介：孙永~ (1957一)，男，宁夏中卫人，高工，双学士，研究方向为：液压
传动与控制。
·+ ··—·●一一—·+_
(2)正常情况下，伺服阀开口度应在在“0”位附近
波动，根据实际经验，其范围应在5％左右，当伺服阀开
口度大于10％就应该引起关注和警觉：
(3)零位泄漏对HGC控制精度的影响与伺服阀的
工作模式有关：主阀的零位泄漏．开口度给定值基本不
随负载变化；辅阀的零位泄漏较大时．主开口度随负载
增大而增大。在实际应用中应观察各种模式下的精度
变化。做到心中有数。
参考 文 献
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动，2002，(2)．
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方法的优化『J]．南方金属，201l，(2)．
78
的装调．进而影响整体液压源的可靠性验证 通过对低
压安全阀进行故障查找与分析，最终确定：阀体的结构
设计缺陷及加工质量问题是本次故障产生的根本原
因。因此，对阀体结构进行改进，并通过优化的机加工
艺方法确保安全阀的使用可靠性。
1 问题描述
低压安全阀的装配结构及泄漏油部位，如图1所示。
-+ -+ -+ *+ 一—·卜-—+一一—-●一一—— -+ -+ -+ 一+ -—+一
[31 张鹏，沈卫民，等．轧机液压AGC系统液压故障分析与对策
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业出版社．2003．
Hvdraulics Pneumatics&amp;amp; Seals，NO．O1．2014
设计要求：当箱体低压孔压力升至1．5MPa时。安
全阀开启；当压力升至2MPa时，泄流量I>0．9L／min；当
压力降至≤1．2MPa时．安全阀应关闭。
实际试验过程：当箱体低压孔压力升至1．5MPa
时。60％的安全阀开启：升压至2MPa过程中，安全阀陆
续开启．并在安全阀阀体与箱体相接处、与排油管组件
相接处随机出现连续点滴至线状泄漏油现象：从排油
管组件流出量为≤0．65L／min 安全阀在开启试验中合
格产品与严重泄漏油产品曲线分析对比见图2所示
安全阀开启方向
裁
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曩
最
箱
图1 低压安全阀装配结构及泄漏油示意图
合格品
／
，
／
／
， ，。
， ／
不合格品
U l l 7
箱体低压孔压力／MPa
图2 开启试验过程中合格品与不合格品对比
2 故障清查与分析
2．1 故障清查
将低压安全阀拆卸、分解、清理后对比发现，出现
泄漏油和不能正常开启的安全阀存在以下故障点．如
图3所示。 ． ．
毛刺残留处 径向划伤毛刺残留处
f I II l
l J， 一I Il I
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×
图3 阀体故障点示震图
(1)密封圈出现不同程度的划伤；
(2)阀体两端螺纹倒角处残存毛刺：
(3)阀体安装密封圈端面处存在不同程度的不规
则径向划伤
2．2 产生故障原因
(1)由于受空间、重量限制，依据“结构简单、降低
加工难度”的设计原则．此低压安全阀采用螺纹空刀槽
兼做密封槽的结构
(2)车削螺纹过程中。使螺纹始末端与两端倒角形
成近似尖边及毛刺。并未完全清除。
2．3 故障分析
(1)0形圈是靠机械压紧力或介质压力的自紧作用
下产生弹塑性变形而堵塞流体泄漏通道的
0形圈的压缩率及与密封面的接触面积大小．是影
响密封效果的重要因素。压缩率大．可使0形圈与密封面
间的接触面积增大．但压缩率过大时．还可以导致0形圈
永久变形，从而导致密封失效；压缩率小。使0形圈与密
封面间接触面积小．降低密封效果，甚至导致密封失效。
无系统压力时，0形圈受A、B面对其产生的初始
压应力．产生一定程度弹塑性变形，与A、B密封面间形
成初始接触面。如图4a所示。
系统压力产生时．压力油经挤出间隙流入密封槽．
对密封圈产生轴向应力．使0形圈弹塑性变形增大．同
时与A、B、C面产生挤压接触面，增大接触面积，增强密
封效果 如图4b所示
本产品结构为螺纹退刀槽兼做密封槽．压力油不
仅从挤出间隙．而且会通过螺纹间隙进入退刀槽．对0
形圈不仅会产生轴向力．还会产生径向力：由于螺纹退
刀槽比独立密封槽空间大．O形圈相应的移动空间增
大。因此．0形圈会增加与A面的接触面积。却减小或
脱离与B、C面的接触，进而减小密封效果，最终导致密
封失效 如图4c所示。
通过挤出间隙的油压
(a)o形圈受初始机械力
(b)o形圈在独立密封槽内受力
A
间隙的油压对
生相应径向力
(c)0彤圈在螺纹空刀相内受力情况
图4 0形圈受力状态
(2)虽然使用专用工具安装密封圈。可以尽量避免
密封圈受入口及螺纹上残留毛刺的破坏．但在滑入密
封槽的过程中很容易被螺纹末端倒角处尖边及残存毛
刺划伤破坏
(3)密封端面存在径向划伤，使密封圈与密封端面
不能充分贴合严密。进而导致压力油沿划伤溢出。
3 改进措施
3．1 结构改进
螺纹空刀槽兼做密封槽虽然结构简单、加工方便，
79
i-IIIⅢ．1／删壤
液压气动与密封／2014年第01期
但引起密封失效的因素多、密封效果差、降低产品可靠
性 因此。需对安全阀密封结构进行改进，增加独立完
整的密封槽．从结构设计上提高安全阀的可靠性与灵
敏度。
在低压安全阀整体长度尺寸受限条件下．在核算
螺纹强度、连接强度允许的情况下。将原粗牙螺纹改为
细牙螺纹(M12-*M12xl。M14--~M14x1)，以此缩短螺纹
长度，为增加独立密封槽留出空间；同时，根据迷宫密
封原理，细牙螺纹比粗牙螺纹具有更好的螺纹密封性。
方案一：在螺纹末端增加独立的密封槽。如图5a
所示。
方案二：在螺纹末端增加独立的密封槽。如图5b
所示
独立密封槽独立密封槽 独
一
(a)密封槽位于螺纹末端 (b)密封槽位于螺纹始端
图5 密封槽改进方案
方案一与方案二综合比对结果见表1：
表1 方案一与方案二对比
结合表1分析．最终确定低压安全阀密封结构改
为：与液压源箱体相接端采取螺纹始端独立密封，与排
油管组件相接端采取螺纹末端独立密封。此外，严格要
求密封槽处所有棱边倒钝锐边R 0．3并抛光。结构改
进后的低压安全阀阀体示意图见图6。
图6 结构改进后阀体示意图
3．2 优化加工工艺
杜绝残存毛刺、划伤的质量问题发生．是使产品能
够满足设计要求的基础。通过对产品在装配过程中可
80
能对密封圈造成的风险因素梳理(见图7)，针对改进后
的结构，进行了相应的加工工艺优化。
装配时对密封圈产生切应力
图7 装配过程中密封圈潜在风险因素
(1)阀体的密封槽、密封槽周边的倒钝圆角并抛光
由车工一次加工成型。不会造成毛刺产生．可以避免加
工缺陷的产生
(2)同理，排油管组件密封孔及其与端面相交棱边
倒钝R0．5并抛光亦由车工一次加工成型 由图7可见．
虽然在阀体旋入排油管组件时．RO．5棱边对密封圈有
切应力，但属于光滑过渡。不会对密封圈产生破坏。
(3)由图7可见，阀体旋人箱体的过程中，密封圈
将受到箱体内密封孔与螺纹孑L相接处棱边的剪切力
由于受箱体外形限制．此处密封孔及螺纹只能由
数铣按着加工密封孔 加工螺纹底孑L 加工螺纹一去
密封孔与螺纹相交处毛刺并倒钝的工艺顺序加工而
成。由于相交棱边距端面有一定的距离．手动使用刮刀
去毛刺倒钝，不但有毛刺、锐边残留的可能性，而且很
容易划伤密封孑L，进而有形成多余物、密封失效的潜在
风险。
针对此情况．对原工艺方法进行优化．设计刀具一
体化。通过使用专用刀具，将密封孔、螺纹底孔及相接
处倒钝圆滑一次加工成型．避免安全隐患的产生。
4 小结
通过对产生问题的低压安全阀进行故障分析．查
出故障点，从而进行结构改进、优化加工工艺方法．最
终使产品能够满足使用要求 并且为此类型产品的结
构设计及生产提供了可借鉴的参考意见及方法
参 考 文 献
【1] 王文斌，等．机械设计手册[M]．北京：机械工业出版社，2004．
[2】孟少农，等．机械加工工艺手册[M】．北京：机械工业出版社，
1998．
[3】张绍九，等．液压密封【M】．北京：化学_T=业出版社，2012．
】GB／T 3452．3—2005，液压气动用0形橡胶密封圈沟槽尺寸
【S]．
【5】GB／T 12242—2005，安全阀密封性能试验方法【S】．

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