变速箱密封垫失效与改进分析

王 敏

（中国重汽集团大同齿轮有限公司，山西 大同 037305）

引言

变速箱在工作一段时间后出现渗漏油的现象十分常见，究其主要根源在于密封垫失效导致。在工程设备领域，这一现象较为普遍。在市场经济快速发展的推动下，大量国外工程机械大品牌进入我国建设行业机械市场，从而进一步加剧了我国建设行业机械市场的竞争，所以最大程度降低工程机械变速箱密封垫失效渗漏油现象成为工程机械制造行业的最基本要求之一。

1 密封垫的密封机理

了解密封垫的密封机理要从以下两方面进行具体阐释：一方面，密封垫是由密封材料制成的用以阻断机械部件接合面渗透通道的介质，常见石棉密封垫防漏效果较好[1]；另一方面，密封垫受到机械部件接合面接触压力时会产生弹性变形和弹性恢复力，不仅有利于降低零件接合面的不平度和粗糙度，而且有利于增加流动介质的渗漏阻力，进而切断流动介质的渗漏通道实现防止渗漏效果。另外，随着环保要求的不断提高，石棉垫虽防渗漏效果较好且制造技术也十分成熟，但是鉴于其不符合环保要求，目前已逐渐被无石棉垫和非石棉垫所取代。

2 密封垫渗漏油的表现形式

变速箱密封垫渗漏油表现为：机械部件接合界面渗漏；密封垫自身渗透性渗漏；各种非正常外力造成的破坏性渗漏。主要有以下原因：界面之间密封垫压力不够；机械部件结合面平面度、粗糙度太低；未选用恰当密封垫[2]。

3 密封垫渗漏油产生机理

变速箱在出厂前会进行气密封试验以及台架试验，以确保排除出现密封垫渗漏油现象。密封垫自身渗透性渗漏油主要是由其构成材料性质所致，密封垫的纤维材质极易产生的毛细现象。其产生机理是密封圈被介质浸泡后，在压力的作用下，不仅会自然产生毛细现象，而且介质会逐渐渗透到低压一侧，造成渗透现象发生。这种渗透现象通常发生在变速箱所搭配的设备使用早期，通常称之为零公里阶段。破坏性渗漏是工程机械变速箱在受到各种非正常外力作用下造成箱体或者零部件损坏而形成介质渗漏，譬如振动幅度过大到螺栓断裂或严重磨损、冲击力超过渗漏垫或者箱体疲劳强度、渗透垫材料老化等。破坏性渗漏油通常发生在变速箱所搭配设备产生故障的中期或后期。

4 密封垫失效的原因

4.1 设计因素

提高变速箱结合面密封垫的密封效果主要取决于以下两个方面：一方面是结合面密封设计的合理性；另一方面是密封垫选择的准确性。从结合面密封设计合理性角度看，传统设计之所以密封效果差的主要原因是结合面密封设计和密封垫选择存在脱节。结合面密封设计的主要指标参数源自以下六个方面[3]：结合面的平面度和粗糙度；固定结合面的螺栓分布和负载情况；结合面承受极限压力；结合面承受的震动幅度；结合面受腐蚀程度；结合面的环境温度变化等。物理性能参数是选择密封垫的决定性因素，举例来说，密封垫的拉伸强度、压缩率都会影响密封垫的使用环境，容易造成较大影响的还有回弹率、柔韧性等。同样材质的密封垫，还要考量其制作的技术要求，一般来讲首先考虑的是几何尺寸及其型号。密封垫的设计及选择都会对渗漏油现象产生较大影响，譬如：如果螺栓分布设计不合理，会直接导致变速箱阀体和箱体结合面发生渗漏油现象。

4.2 制造和装配因素

工程机械变速箱的所有密封零部件的表面均有严格的尺寸、粗糙度和形状公差要求，这也是介质渗漏现象的主要成因。譬如：如果变速箱零部件的密封面粗糙度出现超差现象，即使选用合格的密封垫，也无法避免压死、压不实等现象，导致密封垫功效降损，进而使变速箱在工作过程中产生介质渗漏。如果所有液压元件和密封零部件均是合格产品，但是工人在装配过程中违反装配操作规范进行组装，极有可能导致零部件受损变形，从而导致密封失效发生介质渗漏现象，譬如，密封垫被折叠必然导致密封垫失效而发生渗漏油现象。

4.3 零部件的磕碰及清洁度

目前所使用的零部件大多都有以下问题：具有先天性的渗漏点、清洁度相对较差等。这是因为在零部件的运输过程中难免会出现磕碰现象，这就使得零部件产生一定的损伤。另外一点就是因为零部件清洁较为复杂，这就容易导致上边遗留一些赃物等。

4.4 密封垫因素

目前我国的密封垫棉还没有达到国际标准，同时行业内部也没有建立有效的监督机制，导致市场上的密封垫质量跨度很大。密封垫对于物理机械能的影响非常大，劣质的密封垫会直接导致石棉垫的压缩率、回弹率和柔韧性变差，导致密封垫渗漏，出现一系列问题。目前市面上使用的非石棉垫的制作材料主要是由各种纤维组成的，还需要用特殊的方法将这些纤维进行连接，制作工艺相对比较复杂，由于一些工厂偷工减料，使用劣质材料制造密封垫，导致密封垫相比正常的密封垫来说更容易产生老化，这也是目前市场上密封垫失效的最主要问题之一。

5 常用密封检验方式

现在对密封垫进行检验最常用的方法就是对变速箱内部填充压缩空气，通过定期对变速箱内部的压缩空气变化量进行检测来判断变速箱的密封性。这一过程主要有以下两种方式：首先将变速箱放在水箱中，通过观察是否有气泡产生来判断变速箱的密封性；第二种则是通过测量一定时间内变速箱内部的压缩空气量来判断变速箱的密封性。目前这一种方法已经逐渐成为市场上的主流方法。

目前随着科技的发展研制出了一种专门检验气压下降速度的检漏仪，并且在市场中得到广泛应用。

6 改进方法

6.1 设计改进

在对密封性进行设计时需要考虑到各种因素如平面度、螺栓分布、极限压力以及震动情况等，外界环境变化也会在一定程度上影响到密封垫的质量，进而影响到这些密封垫的拉伸强度、回弹率以及柔韧性。因此在工厂制造过程中就需要合力将各种牌号以及不同的性能参数进行分析，以此供研发人员来选择。

6.2 制造和装配改进

在对密封部件进行制造或者是装配时需要严格按照图纸进行修改，在保证工件表面粗糙度的前提下结合目前的工艺进行制造，同时还要尽可能地减少加工刀纹，不仅能有效提高器具的覆盖率，而且还能够减少零部件运输过程中的损伤，在对零部件进行清理时要尽可能地将密封垫放置平整，严禁使用已经扭曲的密封垫。

除此之外，还需要对密封垫的质量进行控制。

7 结语

解决变速箱密封垫失效的问题需要从零部件的设计源头对零部件进行规范，在此基础上制定出《无（非）石棉垫的选用和验收技术》企业标准，密封垫需要在产品开发初期进行使用。而且使用时还需要对密封垫的密度、物流装配方式、出厂试验等进行检验，只有保证这些参数合格才能保证密封垫的质量，才能保证零部件的工作性能。