液压阀的密封结构设计改进研究

韩俊艳 李志云 李瑞清

（太重集团榆次液压工业有限公司，晋中 030600）

在目前的管路控制系统中，液压阀的利用比较普遍，其对于管路控制的效果影响也较大，所以，重视液压阀的质量问题可以避免其在使用中的一些问题发生。对液压阀的具体使用做分析研究，发现其使用中最突出的问题为泄露，而造成这一问题的主要原因是液压阀本身的密封结构存在不合理的情况。针对泄漏问题以及问题产生的具体原因，详细讨论液压阀的密封结构设计，对当前存在的不合理情况做改进具有突出的现实意义。

1 阀座与阀杆的密封结构改进

阀座与阀杆是液压阀的重要组成部分，其密封结构设计的合理性会直接影响液压阀的实用性，所以，对当前使用的液压阀阀座和阀杆密封结构做分析，了解其不足并对其进行设计改进意义重大。

1.1 原密封结构分析

对当前使用的液压阀做具体分析发现其密封结构主要采用了阀座与阀杆的锥面密封结构，在此种结构中，阀座和阀杆的密封锥面角被设计成了90°±0.2°。就材料利用来看，阀座选用的是非金属材料聚甲醛，而阀杆所用的材料则为金属材料1Cr13不锈钢。两种材料按照如下的密封机理做具体设计安排：当受到弹簧力和液压力的双重作用时，两个锥面通过接触形成一个环形的密封带，这个密封带的带宽约为5～6mm。

对此种密封结构做具体的利用分析发现其存在三方面的显著缺陷：其一是此种设计的工艺性较差，因为要将两个锥面设计成上述角度，利用普通设备做加工是非常难实现的，这会增加加工和测量难度；其二是此种结构在利用中的抗污染性比较差，分析实践运用发现当两个锥面的角度完全相同时，密封带会比较宽，而液体中会不可避免地存有铁屑、灰尘等杂物，所以，在密封带较大时这些杂物很容易夹在两个锥面之间，最终造成密封不严而形成泄露；其三是在阀内左、右两腔的液力作用下密封会呈现较明显的不可靠性。

1.2 阀座与阀杆的密封结构改进

基于阀座和阀杆的设计问题，设计人员积极进行了设计改进并做了测试分析，发现其密封性相比原结构有了突出的进步，具体改进设计如下：将阀座锥面角设计成为100°，并将阀杆的锥面角设计成了90°，这样，当阀座和阀杆接触时能够很好地保证在接触的部位形成密封环带。因为在此种状态下工作压力比较高，所以随着阀座的微量变形，加之阀座和阀杆相差不大的角度影响，两锥面在接触位置会形成0.05～1mm的小密封环带，二者的吻合度相较改进前会更高。

如上的设计改进，在具体利用中呈现出三方面的显著优势。其一是密封可靠性极大增加，由于阀座和阀杆的密封锥面存在角度差，因此，密封带可以做准确的确定，这种几乎为线型的密封带在液压力和弹簧力的双重作用下，其密封性更加可靠。其二是抗污染性较好。由于此种结构设计下形成的密封带几乎为线型，所以，杂物存留情况较少，所以很少会出现污染的情况。其三是工艺性比较突出。阀座和阀杆之间的锥面角度为自由角度，加工精度有了明显下降，所以，对于加工而言，难度大大下降。

2 橡胶O形密封圈与三角沟槽的密封结构改进

在液压阀的具体利用中，橡胶O形密封圈和三角沟槽的密封结构对具体的密封效果也起着重要作用，所以，要分析二者存在的具体密封问题，这样，结构设计改进才会更具针对性。

2.1 原密封结构分析

就当前的具体分析来看，液压阀的密封结构采用了大量O形密封圈，而最常见的密封方式有固定密封和滑动密封两种。就固定密封来讲，其结构分为直沟槽密封、斜沟槽密封和三角形沟槽密封三种，而在实际利用中，采用较多的是三角形沟槽密封，对这种密封形式做具体分析发现其泄露十分严重。对这种具有高泄露性的结构做具体分析，发现其具有三方面的显著缺陷。其一是工艺性较差。因为O形圈在三角形沟槽内做安装需要有一定的压缩量，这要求阀座倒三角的尺寸精度要提升，且要达到0.1mm的公差，这对于加工来讲具有很高的难度。其二是密封的可靠性较差。采用O形圈和三角形沟槽密封结构，需要做到各点受力的均衡，但在实践中，这种均衡性很难实现，所以，时常出现受力差异造成的泄露问题。其三是寿命比较短。O形圈在三角形沟槽内做安装需要有一定的压缩量，这种压缩状态会导致O形圈在工作和不工作的状态下均受力，会导致O形圈弹性消失，而其弹性的消失会造成具体作用失效。

2.2 橡胶O形密封圈与三角沟槽的密封结构改进

针对橡胶O形圈与三角沟槽的密封结构所表现出来的问题，需要对具体结构做改进设计，这样，其密封性才会更突出。就当前的分析来看，要得到可靠的密封结构，需要对液压力的大小、作用点以及方向等关键性要素做重点考虑。对这些要素做分析并通过试验探究发现结构改进最关键的部分是不让O形密封圈内切于三角形沟槽内，即O形密封圈的断面直径要小于三角形沟槽的内切圆直径。这样一来，O形密封圈在非工作状态下不会受到液压力的影响。

具体分析此种结构改进，对其做试验对比发现改进后的密封结构具有三方面的显著优势。其一是O形密封圈的使用寿命有了明显的延长。在做具体的密封结构改进之后，O形密封圈只有在工作时才会处于受力状态，而在非工作时，其处于自由状态，这样的结构改进使密封圈的弹性更容易恢复，所以寿命得以延长。其二是此种密封结构的密封可靠性有了显著增加。从具体试验分析来看，在压力作用下，O形密封圈整体的受力会更加均匀，这样一来，由于受力差异造成的泄漏问题可以得到有效避免。其三是工艺性比较高。采用此种密封结构极大降低了阀座的精度，使加工的工艺得到了简化，不仅加工难度有所降低，加工成本也得到了有效控制。

3 结语

液压阀在管路控制系统中发挥着重要作用，但常常因为密封结构的问题发生泄露事故，这导致液压阀利用价值显著下降，所以，在实际利用中必须对此问题进行解决。由于泄露的发生是密封结构不合理造成的，所以，对液压阀的具体密封结构做详细分析，确定结构不合理的显著影响，并针对不合理结构做试验改进，从而对液压阀的密封结构进行调整，可以有效解决液压阀的密封泄露问题，提升利用价值。总之，对液压阀的密封结构做科学的设计改进现实意义重大。