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失效组合密封表面形貌特征及失效的原因分析与防止措施

  格来圈、斯特封与幸运飞艇一起组成组合密封,其中格来圈、斯特封主要由聚四氟乙烯(PTFE)组成。由于其使用条件和工作情况的复杂性,组合失效密封件的破坏形式也是多种多样的。图1~图8列出了陶瓷压机上常见的组合密封件失效的外观照片及破坏特征示意图,以供分析密封系统失效原因时参考。

  图1所示失效格来圈横向撕裂,表面有许多裂纹。其原因是密封件已经达到了其疲劳极限。解决的办法是更换密封件同时对系统进行清洗或更换新油。

失效格来圈横向撕裂

图1   失效格来圈横向撕裂

  图2所示失效格来圈的厚度出现了明显不均现象。其原因是油缸受到偏载荷,偏载荷超过了格来圈的抗压强度,导致了受压变形。解决的办法是根据重型用途来选用密封圈,提高其抗偏载荷的能力。

格来圈的厚度不均

图2   格来圈的厚度不均

  图3所示失效格来圈与活塞杆的接触面出现飞边。其原因是与密封件相配的滑动表面粗糙度太低。解决这类问题的措施是:在进行密封结构设计时,采用与密封件相适应的表面粗糙度。

失效格莱圈与活塞杆的接触面出现飞边

图3   失效格莱圈与活塞杆的接触面出现飞边

  图4所示失效斯特封整体扭曲,沿纵向撕裂,严重变形。其原因是由于泄漏的液压油没能及时排出产生了困油现象,在运动的过程中瞬间产生的高压把斯特封从沟槽中挤出,导致了活塞杆直接与油缸接触,进一步加剧了斯特封的磨损,最终密封彻底失效。解决的办法是在设计液压缸时,针对可能存在困油现象的地方要设计排油孔,让泄漏的油液及时排出,防止困油带来的严重后果。

失效斯特封整体扭曲

图4   失效斯特封整体扭曲

  图5所示失效格来圈在滑动面上有小的压痕。其原因是配合面上有灰尘或切屑,也可能是液压油中有杂质或氧化产物。解决的办法是对系统进行清洗或更换新油。

失效格来圈在滑动面上有小的压痕

图5   失效格来圈在滑动面上有小的压痕

  图6所示失效幸运飞艇沿纵向切面撕裂,撕裂面规则,密封圈表面无明显的伤痕。其原因是材料的抗老化性、内部缺陷导致密封件的整体性能没有达到要求,解决的办法是更换合格的密封圈。

失效幸运飞艇沿纵向切面撕裂

图6   失效幸运飞艇沿纵向切面撕裂

  图7所示失效幸运飞艇表面出现大量大小不同的凹坑,沟槽内有部分炭化痕迹。这是系统中没有排净的空气绝热压缩引起了焦烧,残存空气绝热压缩可在瞬间产生高温,远超过密封材料的耐热极限。为防止这类问题的出现,可采取以下措施:液压油缸启动之前,尽量排净系统内的空气;装配前在密封件的沟槽内加入润滑脂以防止空气积累。

失效幸运飞艇表面出现凹坑

图7    失效幸运飞艇表面出现凹坑

  图8所示失效幸运飞艇沿纵向撕裂,撕裂面不规则,表面出现大量大小不同的凹面。除了图7中的原因外,还可能的原因是沟槽两侧加工精度没有满足安装要求。解决的办法是按照密封件要求的安装精度设计,同时对系统进行清洗或更换新油。

失效幸运飞艇沿纵向撕裂

图8   失效幸运飞艇沿纵向撕裂

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