液压阀的密封结构设计改进_李森源

第3期（总第202期）
2017年6月机械工程与自动化
MECHANICAL ENGINEEＲING ＆AUTOMATION No．3Jun．
文章编号：1672-6413（2017）03-0111-02
液压阀的密封结构设计改进
李森源
（运城职业技术学院，山西
运城044000）
摘要：通过分析液压阀的密封结构，发现了液压阀泄漏是由于密封结构设计不合理所造成，因此对液压阀的密封结构进行了重新设计，经过反复试验研究，证明该设计可提高密封性能。

关键词：液压阀；密封结构；改进中图分类号：TH137.52
文献标识码：A
收稿日期：2017-02-24；修订日期：2017-04-29
作者简介：李森源（1959-
），男，山西运城人，高级工程师，本科，研究方向：机械制造。

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引言
液压操纵阀、液控单向阀等属于现代机械化采煤综采液压支架的控制操纵阀类，主要用来控制液压支
架的升降、
支撑和移动。

山西新型煤矿机械厂在新产品试制时，
阀的性能试验合格率仅有60% 70%，不合格的主要原因是密封不可靠、缓慢泄漏、性能不稳定、寿命较短。

为了提高液压阀的密封性能及使用寿命，我们针对阀体内腔部分的几个主要密封结构进行了反复试验
研究，
对结构进行了改进，最后达到了满意效果。

1阀座与阀杆的密封结构改进1．1原密封结构分析
原液压阀的密封结构大量采用了阀座与阀杆的锥面密封结构，两者的密封锥面角都设计成90ʎʃ0．2ʎ（阀座锥角为α、阀杆锥角为β），如图1所示。

阀座选
用非金属材料聚甲醛，
而阀杆选用金属材料1Cr13不锈钢，其密封机理是：在弹簧力和液压力的作用下，两锥面接触形成环形密封带，密封带宽度一般为5mm 6mm 。

这种锥面结构的角度设计有以下不足：
（1）工艺性差。

因为两锥面正好设计成90ʎʃ0．2ʎ，用普通设备来加工是很难保证的，给加工和测量带来较大的困难。

（2）抗污染性能差。

如果两个锥面的角度完全相同，形成较宽的密封带时，因为液体里面免不了有一些小污点，像铁屑、灰尘等杂物，由于密封时较大的锥面接触，使得杂物很容易夹在两锥面之间，结果造成因密封不严而泄漏。

（3）在阀内左、右两腔的液力差作用下密封不可
靠。

假设：d 2=2d 1，d 3=1．5d 1，会出现如下情况：①如
果角α=90ʎ+0．2ʎ，β=90ʎ－0．2ʎ，即α＞β，阀座与阀
杆在A 处（见图1）形成密封带，由于d 3＞d 1，左腔的压力p 2=d 3σ（σ为压强），右腔的压力p 1=d 1σ，所以p 2＞p 1，那么液压力能使阀杆与阀座较好地结合，还可以
密封；②如果α=90ʎ－0．2ʎ，
β=90ʎ+0．2ʎ，则α＜β，阀座与阀杆在B 处（见图1）形成密封带，由于d 2=2d 1，左腔的压力p 2=d 3σ=1．5d 1σ，右腔的压力p 1=d 2σ=2d 1σ，所以p 1＞p 2，那么液压力将阀杆与阀座推开，会造成大量漏液而无法密封。

所以这样的锥面密封结构很不可靠。

1．2阀座与阀杆密封结构的设计改进
经过实验研究发现，阀座与阀杆最理想的密封结构是将阀座锥面设计成α=100ʎ，阀杆锥面设计成β=90ʎ，这样阀座与阀杆接触时能很好地保证在A 处形成密封环带。

因为工作压力较高，随着阀座的微量变形，再加上阀座与阀杆角度差不大，在A 处实际上形成0．5mm 1mm 的小密封环带，所以两者能够很好地吻合。

改进后的阀座阀杆锥角密封结构如图2所示。

图1原阀座阀杆图2改进后的阀座阀锥角密封结构杆锥角密封结构
图2所示的这种结构有以下优点：
（1）密封很可靠。

由于阀座与阀杆密封锥面有角度差，因此准确地确定了密封带的位置，几乎形成了线
密封带，在液压力与弹簧力的共同作用下密封很可靠。

（2）抗污染性能好。

由于密封带很窄，与面密封带比较，灰尘、杂物较难粘在密封带处，因此有较好的抗污染性能。

（3）工艺性好。

由于阀座和阀杆的锥面角度为100ʎ和90ʎ，均是自由角度，降低了两锥面的加工精度，因此有较好的工艺性。

2橡胶O 型密封圈与三角沟槽的密封结构改进
液压阀的密封结构大量采用了O 型圈密封，最常用的密封方式有固定密封和滑动密封。

固定密封结构有直沟槽密封、斜沟槽密封和三角形沟槽密封。

在对本阀的试制中，采用了O 型圈与三角形沟槽的密封结构，泄漏现象较严重。

2．1原密封结构分析
在试制过程中，阀座与挡圈以及主阀孔之间采用了O 型圈三角沟槽密封结构，如图3所示。

O 型密封
圈被挤压在三角形沟槽中，从断面看，
O 型圈不是内切于三角形沟槽中，有10% 25%的压缩量。

这种结构有如下缺陷：
（1）工艺性差。

由于要求O 型圈装在三角形沟槽内要有一定的压缩量，这就对阀座倒角的尺寸精度要求较高，一般公差为0．1mm ，在机加工时很难保证。

（2）密封不可靠。

如图4所示，在液压力作用下，A 面和B 面的间隙中有液体流过，O 型密封圈上作用有液压力P 1和P 2，且O 型圈与沟槽接触点D 的压力大，而点C 的压力小，所以造成C 处密封不可靠而漏
液；若在装配时两端的堵头拧紧力过大，
A 面可以密封没有液体进入，而只有
B 面进入液体，这样只有压力P 1作用在O 型密封圈上，结果造成
C 处压力变得更小，不能很好地密封而漏液。

（3）寿命短。

由于将橡胶O 型密封圈设计成有一定的压缩量，即一直压在三角形沟槽内，这样在工作
与非工作两种状态下，O 型密封圈均受力，所以密封圈
易失去弹性而失效。

2．2O 型密封圈与三角沟槽密封结构的设计改进
要想得到可靠的密封结构，液压力的大小、作用点和方向是关键的要素，为此我们通过认真分析研究，采用了如图5所示的密封结构。

改进的关键之处就是“O 型密封圈不内切于三角形沟槽内”，即O 型密封圈的断面直径d 小于三角形沟槽的内切圆直径d'，这样
O 型密封圈在非工作状态下不受压缩。

图3原O 型圈
图4原O 型圈在三角沟槽密封结构三角沟槽内的受力
图5改进后的O 型圈三角沟槽密封结构
图5所示的这种结构优点如下：
（1）O 型密封圈寿命长。

由于这种结构只有在工作状态时O 型密封圈才受力，非工作状态时O 型密封圈处于自由状态，密封圈的弹性易恢复，寿命长。

（2）密封可靠。

在压力P 的作用下，O 型密封圈C 、D 两点的受力均匀，密封很可靠而不泄漏。

（3）工艺性好。

这种结构可以大大降低阀座的精度，简化工艺，降低加工成本。

3结论
从以上两个方面对液压阀的密封结构进行了设计改进，改进后的液压阀在连续几年的生产和使用中合格率由原来的70%提高到95%，阀的使用寿命、抗污染性能、密封可靠性能及工艺性能均有不同程度的提高，大大降低了生产成本。

改进后的操纵阀、液控阀等产品荣获省级优秀新产品奖，取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献：［1］程安宁．液压支架液压阀的密封技术分析［J ］．润滑与密
封，
2013（4）：70-71．［2］赵静一，姚成玉．液压系统的可靠性研究进展［
J ］．液压气动与密封，
2006（3）：50-52．［3］罗开成．液压支架安全密封结构的改进［J ］．液压与气动，
2004（10）：63-64．
Design Improvement of Sealing Structure of Hydraulic Valve
LI Sen-yuan
（Yuncheng Polytechnic College ，Yuncheng 044000，China ）
Abstract ：Through the analysis of the sealing structure of a hydraulic valve ，we find the reason for hydraulic valve leakage which is due to the unreasonable design of seal structure．Therefore the sealing structure of the hydraulic valve is redesigned．Through repeated experiments ，we prove that the new design can improve the sealing performance ，and has obtained a better effect．Key words ：hydraulic valve ；sealing structure ；improvement
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211·机械工程与自动化2017年第3期。