Page 69 - 《橡塑技术与装备》2017年16期（8月塑料）

测试与分析 张龙启 等·塑机注射液压缸密封失效分析及改进

产生较高的初始接触应力和随油液压力的压力增高而 下测试时活塞杆处有部分泄漏，拆开油缸盖后发现 U
增高的附加接触应力，理论上液压滑动密封件不可能 型圈有不同程度的磨损（如图 2），但导向铜套基本无
产生泄漏。但考虑到实际工作时液压滑动密封件安装 磨损。由此可见，U 型圈上未出现烧焦、撕裂、划伤
沟槽和液压滑动密封件不可避免的具有设计和制造误 等现象，故排除液压油质量、油温、暴力安装等原因。
差，而且随运动轴运动的液压油与液压滑动密封件之 并且很明显，漏油的根本原因是 U 型圈内圈唇口密封
间又产生极其复杂的相互作用，具体说来就是 ：液压 面被磨损了，导致失去密封能力，即润滑不足、U 型
压力油中所含的 “ 极性分子 ” 黏附在与其接触的零件 圈材料耐磨性差及设计不合理可能是密封面非正常磨
表面上并处于紧密而整齐的排列状态，最终沿滑移密 损的主要原因 ：
封表面与液压滑动密封件之间形成一个坚固的边界层
润滑油膜，并对滑移密封表面产生极大的附着力。该
润滑油膜始终存在于随轴运动表面与液压滑动密封件
之间，润滑相对运动表面，也起一定的密封作用。当
往复运动的轴外伸时，轴上的润滑油膜随轴一起被
“ 拖 ” 出来 ；由于液压滑动密封件的 “ 拭擦 ” 作用，当
往复运动的轴内缩时，该润滑油膜的一部分便被液压
滑动密封件阻留于液压传动系统外。也就是说，即使
活塞或活塞杆回程运动时能泵回一部分润滑油膜，但
另一部分润滑油膜仍被液压运动密封件阻挡于液压传
图 2 磨损后的 U 型圈
动系统之外。随着轴往复运动循环次数的增多，被液
（1）导向铜套直径过大（或缸体密封处直径过小）
压滑动密封件阻挡的润滑油膜量就越来越多，最终形
由试验反馈信息知 U 型圈磨损之后导向铜套并未
成油滴从往复运动的轴上掉下来而形成泄漏的液压油，
这就是液压运动密封件泄漏的形成机理 [2] 。 磨损。在注射液压缸的工作中不可避免的会受到径向
力作用，而当 U 型圈磨损并且已经开始泄漏时，活塞
由密封机理可知 ：油膜越薄，密封效果越好，但
缸已经不能依靠 U 型圈固定其轴线，此时若要导向铜
是一定厚度的油膜具有润滑作用，能减少磨损，增加
套不产生磨损，只有 O 型圈或注射液压缸内壁提供径
密封件使用寿命。所以，活塞杆动密封实际上是摩擦
向力。O 型圈作为副密封，只起低压密封作用，其硬
磨损与泄漏润滑的矛盾，图 1 中的解决方法是将密封
系统的零泄漏和低摩擦分别由两个密封件来实现。即 度极低。则理论上此时提供径向力的应该是导向铜套
（一般来说起初的径向支承就应该是导向套），但导向
由两个密封件配合起来组成密封系统，第一道主密封
铜套并没有磨损，故可能是导向铜套尺寸过大（或缸
承受系统压力，允许一定厚度的油膜通过，保证在较
体密封处直径过小）。导向铜套尺寸过大（或缸体密封
高的工作压力下仍有较低的摩擦磨损。第二道副密封
处直径过小），则 U 型圈唇口所受应力比理论要大很
在正常工作下不承受压力或只承受很低的工作压力，
多，U 型圈一直受到过高的应力（在轴的偏心方向
但低压密封性能好，能挡住通过系统主密封的油膜，
上），磨损严重，导致泄漏。
保证外泄漏基本为零，在这种工况下，即使润滑不好，
（2）U 型圈材料选择有误
摩擦磨损也很低。另外，主密封还应具有较强的回油
不同的密封材料具有不同的性能，该型注射液压
能力，防止在主副密封之间形成困油，为此在主副密
缸以 U 型圈作为往复运动的主密封元件，则该 U 型圈
封之间还设置了泄漏油槽。塑机注射时杆密封受持续
高压，活塞杆快速往复运动，U 型圈唇口在高压作用 的材料应该选择低摩擦，耐介质性（即耐油性），硬度
高，耐磨性高，耐温性能好的材料，如进口丁腈橡胶、
下产生大量变形而紧抱活塞杆，极端情况下可能引无
填充聚四氟乙烯（PTFE）等 [3] 。
油摩擦产生局部高温而快速磨损。
（3）选用密封件截面形状不合理
往复运动密封的接触压力及其应力梯度分布曲线
3 注射液压缸密封失效机理分析
与密封的摩擦阻力、磨损性能、压力变化时密封姿态
根据试验反馈信息，该型注射液压缸在高压系统

年
2017 第 43 卷 ·47·