在工程机械主机液压系统中, 液压管接头及连接油口的设计对整个液压系统的密封可靠性, 尤其是整个主机的正常运转至关重要, 如设计选用不当, 会造成管路泄漏以及污染环境。基于管接头的选择主要是根据主机油口结构的设计要求, 从液压密封装置的要求、密封件的主要基础材料、常用液压系统油口的类型、管接头及油口端选择进行了系统阐述, 并总结出了液压系统中不同形式油口的密封结构以及连接管接头的选择原理。

引言

密封装置是保证液压与气压系统正常工作的最基本也是最重要的装置, 主要用来防止液体或气体的泄漏。良好的密封是液压系统能够传递动力、正常工作的保证。如果密封不好, 将会造成系统和元件的泄漏加大, 使系统压力和容积效率降低, 造成能量的损失, 严重时会导致液压系统的油液外泄污染环境, 因此正确地设计液压系统的连接管接头及油口的密封形式非常重要。

1 液压系统密封装置的要求

(1) 具有良好的密封性, 即有适宜的弹性, 能补偿所密封表面在制造上的误差与工作中的磨损, 并随着压力的增大自动地提高密封程度;

(2) 具有良好的稳定性, 即油液浸泡对其形状尺寸的变化影响要小, 温度对其弹性和硬度的变化影响也要小;

(3) 摩擦力小, 运动灵活, 工作寿命长;

(4) 结构简单, 制造、使用、维修简便。

2 密封件主要基础材料

常用的液压系统密封材料有以下几种

(1) 丁腈橡胶NBR耐油橡胶, 具有良好的弹性与耐磨性, 工作温度一般为-20~100℃, 有一定的强度, 摩擦系数较大。适用范围:液压油、脂肪油、碳氢化合物润滑油、动植油、水、丁烷、压缩气体等;

(2) 氟橡胶FKM耐高温, 耐油橡胶, 工作温度一般为-15~240℃, 有一定的强度, 摩擦系数较大。适用范围:油料、臭氧、恶劣天气、液压流体、化学溶剂、不易燃的油料和化学产品等;

(3) 硅橡胶VMQ耐高、低温且抗酸和弱碱腐蚀, 绝缘性能良好的橡胶, 工作温度一般为-60~250℃。适用范围:低温或高温、惰性气体、酸和弱碱、臭氧。

3 常用液压管接头密封油口的类型

在工程机械主机产品的液压系统中常见的与管接头相配合的油口有以下几种类型:

3.1 公制、美制及英制螺纹柱端带锪孔沟槽的O形圈密封15°内倒角油口结构

15°内倒角油口类型在液压管路中的泵 (执行元件) 、马达 (动力装置) 的进出油口的设计方案中比较常用如图1所示, 其螺纹形式由泵、马达的生产厂商根据不同标准, 公制螺纹(ISO 6149-1标准)、美制统一螺纹 (ISO 11926-1标准) 、英制管螺纹 (JIS B2351标准) 连接, 密封形式是采用O形圈密封。

图1 15°内倒角油口

3.2 公制、英制螺纹柱端弹性密封圈或金属对金属密封的平油口结构

这种油口在液压管路中的阀、合流块、泵等静密封的进出油口的设计方案中常用, 如图2所示。其加工过程相对15°内倒角油口比较简便, 只是加工完内螺纹后, 再对油口锪平一个浅沉确保管接头与油口密封面之间的垂直度要求, 使管接头和ED垫圈与油口的锪平面完全贴合, 形成密封, 减少连接面的渗漏。

平油口的螺纹形式生产厂商根据不同标准, 有公制螺纹 (GB/T 19674.1标准) 、英制管螺纹 (ISO1179-1标准)连接, 密封形式是采用ED弹性密封圈密封, 或用管接头与油口之间的尖角密封。

图2 平油口

3.3 英制锥管螺纹密封、美制NPT锥管螺纹油口结构

(1) 英制55°牙型角锥管螺纹密封油口结构:也称用螺纹密封的油口, 如图3所示。这种螺纹极限尺寸及公差符合GB/T 7306规定, 与管接头连接时不需加填料或使用密封介质就能防止渗漏, 其中圆锥内螺纹油和圆锥外螺纹接头连接可在高温及高压下采用;

(2) 美制60°牙型角锥管螺纹NPT密封油口结构:如图3所示, 极限尺寸及公差符合GB/T 12716规定, 其主要用于燃油和润滑油管路接头的油口, 同时也适于高温、高压系统。

图3 管螺纹油口

4 液压系统密封的管接头及油口端选择

4.1 外螺纹接头配合O形圈密封

外螺纹接头配合O形圈密封形式, 如图4所示。O形圈装入液压管接头体后, 通过装配旋入油口15°内倒角受到压缩后变形, 适用选择的油口如图1所示, 在设计此O形圈密封的接头与油口时, 表面锪平沉孔、内倒角尺寸及螺纹深度的连接配合至关重要。

1) 油口平面沉孔及15°内倒角配合要点

(1) 油口沉孔直径:d2≥d7+2.2, 且d7>d5

(2) 油口沉孔深度:L3≤L5-0.5

表1 15°内倒角尺寸及配合要点

图4 外螺纹配合O形圈密封

2) 15°内倒角与接头配合要点

15°内倒角的直径一般小于管接头圆台直径, 深度一般与螺距有关, 见表1。

3) 螺纹深度配合要点

(1) 油口内螺纹攻深:L4≥L6+0.5

(2) 油口加工孔钻深:L2≥L4min+ (1.5~2) P

P———螺距

d1———螺纹直径规格

d2———油口锪平沉孔直径

d5———油口15°内倒角的直径

d6———与油口配合的管接头圆台直径

L2———油口螺纹孔钻深

L3———油口锪平沉孔深度

L4———油口内螺纹攻深

L5———与油口配合的管接头六方下端面至圆台端面长度

L6———与油口配合的管接头圆台下端面至外螺纹端面长度

4.2 外螺纹配合ED密封