液压阀内部O形圈正确选用计算

李 冬， 万昌文， 李 杰

(河钢集团邯钢公司连铸连轧厂， 河北邯郸 056015)

引言

一般情况下，当液压阀出现故障或者在排除液压系统故障时，会对液压阀进行更换。某轧钢厂近些年更换下来的液压阀数以百计，当作废品处理存在着巨大的浪费。实际上，这些液压阀大部分只需要进行简单的维修便可重新使用。关于液压阀维修方法的文献均着重于介绍如何恢复阀内零件的外形尺寸、精度、配合间隙等，对于如何正确选用液压阀内部所使用的密封却很少有说明。本研究主要介绍一种根据实测阀内密封沟槽尺寸，通过拉伸后O形圈截面直径与拉伸量的关系经计算得出O形圈规格尺寸的简便方法。

1 O形圈规格尺寸的确定及计算方法

首先，实测密封沟槽尺寸确定O形圈截面直径。然后，通过计算得出拉伸后(即安装后)O形圈截面直径。根据拉伸后O形圈截面直径计算公式求得O形圈拉伸量。再根据拉伸量计算公式计算出O形圈原始内径。如此便可确定O形圈的截面直径和内径。

1.1 实测密封沟槽尺寸确定O形圈截面直径d2

力士乐液压阀内部使用的O形密封圈截面直径主要有φ1.5 mm、φ1.78 mm、φ2.62 mm等规格，每种规格O形圈的安装沟槽宽度和沟槽深度都是相对固定的，如表1所示[1]，可根据实测沟槽尺寸直接确定O形圈的截面直径(表1中截面直径为φ1.5 mm的O形圈沟槽尺寸为国内某密封圈制造商资料)。

表1 径向密封沟槽尺寸 mm

其中，d2—— O形圈名义截面直径,mm

b—— 沟槽宽度(无挡圈),mm

b1—— 沟槽宽度(1个挡圈),mm

t—— 沟槽深度(括号内为动密封沟槽深度),mm

1.2 根据实测密封沟槽尺寸计算拉伸后(即安装后)O形圈截面直径dc

实测密封沟槽尺寸为d×d0×b(槽底×孔径×槽宽)，拉伸后O形圈的过盈量为δ，如表2所示[2]，那么拉伸后O形圈的外径da=d0+δ,因此:

(1)

式中，d—— 密封沟槽槽底直径,mm

d0—— 密封沟槽孔径,mm

dc—— 拉伸后O形圈截面直径,mm

da—— 拉伸后O形圈的外径,mm

δ—— 拉伸后O形圈的过盈量,mm

表2 基本尺寸与过盈量关系推荐值 mm

1.3 计算O形圈拉伸量a

拉伸后O形圈截面直径：

(2)

式中，kc—— 经验系数，1.25(按丁腈18选取)[3]

a—— O形圈拉伸量

那么拉伸量：

(3)

通常拉伸量a为1.01～1.05，特殊情况下a为1.05～1.1[2]。拉伸量a的数值越大，说明拉伸后O形圈越紧。若计算出的拉伸量a小于1.01，暂取a=1；若a大于1.05，暂取a=1.03。

1.4 计算O形圈原始内径d1

(4)

式中，d1为O形圈原始内径,mm。

通过上述步骤，便能够基本确定液压阀内部所使用O形密封圈的规格尺寸。

2 O形圈计算实例

以力士乐液控单向阀SL20PA1-4X为例，如图1所示，其各部位沟槽实测尺寸见表3。

图1 液控单向阀SL20PA1-4X[5]

部位名称槽底直径d孔径d0槽宽b11端盖33.2236.143.742柱塞套32.1634.93.683弹簧套39.5444.15

表3中，弹簧套的沟槽宽度b1=5 mm，查表1可知该处所使用的O形圈截面直径d2=2.62 mm。

该处孔径d0为44.1 mm，过盈量按静密封选，查表2取δ=0.5 mm。

拉伸后O形圈截面直径：

(5)

拉伸量：

(6)

拉伸量a<1.01，暂取a=1。

O形圈原始内径：

(7)

经计算得出弹簧套处所使用的O形圈为φ39.54×2.62 mm，查找相关标准选用规格尺寸为φ39.34×2.62 mm的O形圈。同理，可计算出端盖和柱塞套处所使用的O形圈分别为φ33.22×1.78 mm、φ31.17×1.78 mm，查找相关标准选用规格尺寸分别为φ33.05×1.78 mm、φ31.47×1.78 mm的O形圈。

如果O形圈安装后过松或过紧，或者不能达到预定的过盈量，那么可以通过调整拉伸量重新计算。在进行修正计算时，拉伸量a最大值不得超过1.06[6]。

实际上，有些力士乐液压阀内部密封符合美标AS568A，相应的密封沟槽亦可套用该标准。根据实测沟槽尺寸，比照PARKER静密封推荐设计，如表4所示[1]的沟槽尺寸可直接确定密封规格尺寸。仍以液控单向阀SL20PA1-4X为例，弹簧套沟槽实测尺寸为φ39.54×44.1，沟槽宽度为5 mm，查表4可知与其尺寸相近的沟槽对应的O形圈为φ39.34×2.62 mm。

表4 PARKER静密封推荐设计 mm

3 其他

液压系统中的事故绝大部分因密封不良或密封失效所致[7]。液压阀内部密封基本采用O形圈加挡圈的形式，选用规格尺寸正确的O形圈可保证液压阀修复后的使用寿命。O形圈密封是挤压式密封[8]，拉伸1%会使截面直径减小约 0.5%[9]。安装后其截面一般受到15%～30%的压缩变形[10]。若拉伸量过大，将导致O形圈截面过度减小，易造成泄漏。若拉伸量过小，在装配时易脱出。不同材质的密封件，其物理性能和化学性能都不一样。在选择O形圈材质时，不但要考虑与工作介质的相容性，还须考虑O形圈的工作压力、温度等因素进行合理选取[11]。O形圈装配时应采用正确的装配工艺和装配方式[12]。若无特殊要求，液压阀内使用的O形圈硬度一般为80 HA，挡圈的硬度为90 HA。力士乐液压阀内使用的截面直径为φ1.78 mm和φ2.62 mm的O形圈对应的橡胶挡圈厚度分别为1.35 mm和2.18 mm。尼龙挡圈厚度可对旧挡圈厚度实测确定。

4 结论

该计算方法简单，能快速准确地确定O形圈规格尺寸，有效提高了液压阀修复的效率和修复质量。2014年至2017年间，笔者在工厂修复并再次使用的各种规格的单向阀、节流阀、减压阀等126个。其中仅有5个单向阀、2个减压阀因排除故障而更换。一部分修复液压阀已使用近5年，并且功能完好，仍将在线使用。本研究所述的计算方法基于阀内密封沟槽实测，应力求测量尺寸准确。计算O形圈内径时，应按本研究原则合理选取过盈量δ和拉伸量a，以免计算结果偏差过大。O形圈内径应根据计算结果查靠相关标准,合理选取。修复后的液压阀应进行性能检测，以免在使用时出现问题。