关于液压管接头密封结构的研究

摘 要：本文主要针对重卡转向液压系统常用密封结进行分析研究，通过实车状态记录，将密封结构做了验证，综合制造工艺及加工精度、成本等因素，推荐了较符合国内情况的结构，结合常见失效模式分析，为设计匹配提供可靠信息，为维修及更换工作提供了依据。

关键词：商用车；液压系统；密封结构；管接头

0 序言

液压系统普遍面临两个因素导致的故障：温度、压力。在商用车领域，作为主机厂主要的液压系统应用领域为转向系统、驾驶室举升系统、液压提升桥等。转向系统作为影响整车安全性的系统之一，其液压助力机构的可靠性是最为关键的指标。最常见的故障即为漏油导致的系统润滑与助力失常，引起转向沉重。本文就液压系统中连接管路与执行机构的管接头密封结构做深入分析，对密封结构的选型做出推荐，对设计选型及后市场的工作有积极意义。

1基本结构及原理

管接头连接液压管路与转向器、转向泵等工作机，其密封结构型式、配合公差、装配工艺等对液压系统的密封性有直接影响。现在常用密封型式有卡套式密封（管路）、O形密封圈端面密封、锥螺纹密封等。在商用车领域常见的是，管路与接头连接选用卡套式结构，接头与工作机连接用铰接式端面密封结构或O形圈锥面密封。如下图。

接头与管路连接结构如下图。卡套在螺母的拧紧顶压下，前端被挤进接头体内锥孔与管子间的间隙里，使卡套的外锥面形成锥面接触密封，卡套的内刃口嵌入钢管外壁，在钢管的外壁压出一个闭口环槽形成切入密封，进一步拧紧螺母，使卡套中部稍微凸起，产生弹性变形，弹性应力使卡套右端面与螺母锥面产生摩擦力，以防螺母松动，弹性变形部分可吸收液压管道中的震动，另外，卡套尾部也紧抱钢管形成一道抵触密封。

接头与工作机端连接结构有两种形式，端面密封与锥面密封，具体结构如下，依靠挡圈与油口锥面将O形密封圈压缩约束保持密封。装配时保证压紧螺母反向旋至最后方，O形圈放至下部螺纹的上端根部，将接头体螺纹充分旋至油口中，直至O形圈初步嵌入至锥口中，然后旋紧压紧螺母，通过挡圈将O形圈完全压进锥孔中，使其变形契合至锥面，旋紧后系统的密封性靠O形密封圈性能保证，

端面密封型式原理，是在铰接六角螺栓上下两侧采用紫铜垫圈，通过拧紧螺栓使垫圈变形契合接触面，保持密封。采用低成本方案，替换为组合密封垫圈，普通平垫涂覆橡胶。该结构同样由橡胶的性能保证密封性，相比O形圈，安装方式相对简单，没有特殊要求，缺点为铰接螺栓油孔处为薄弱点，拧紧力矩不当容易发生变形断裂，为保证强度，过油通径无法做到太大。

2密封性能分析

转向管路的密封均属于中低压静密封，密封件的性能和与接合面匹配对密封性能有决定性影响。常用密封件有如下几类。

一般液压油为石油基液压油，适应性较好、应用最广泛的密封材料为丁腈橡胶，耐温-40℃～120℃，根据使用压力，选用力学性能为硬度90HS，拉伸强度27MPa，伸长率306%。以M18的油口连接Φ16的油管为例。接头尺寸如下：

与国标推荐值相比，示例产品锥面尺寸深度略大，按照付平版密封设计手册，O形圈压缩量一般要小于30%，否则容易引起永久变形密封失效。根据前面例子计算按照示例计算压缩率为31.9%，已经超限，如果按照推荐值，压缩率会进一步提高达到39%，但由于凸台的作用，会使O形圈在挡圈和油口端面间存留一部分，从而降低压缩率。分析该处小凸台作用是组合密封结构的二道密封，由挡圈与凸台及O形圈共同作用。若挡圈加工精度无法保证或装配工艺和O形圈的匹配问题，O形圈在挡圈与油口端面间容易发生挤出变形。

3故障分析

故障Ⅰ：标准混乱导致漏油

德标与国标接头在螺纹连接部分是可以紧密配合的，但是在密封结构处有细微不同，在设计匹配或维修更换中，较容易混乱。配合关系如图1，该管路为特殊件，采用德标制，实际的管路接头配合关系如图2。图1中卡套与接头锥面有间隙，仅依靠O形圈轻微压缩密封，24°锥面无法配合，在高压状态下O型圈受油液挤压较易变形，发生漏油故障。图2中密封型式为双保险，锥面密封加O形圈密封，有较高的可靠性。

接头与工作机连接处漏油。根据以上密封结构分析，一般可接受的漏油原因为橡胶正常老化，导致O形圈延伸率降低、脆裂变形，发生渗漏。如果采用错误的密封结构匹配，接头与工作机无法密封或者仅能暂时密封，也会发生渗漏。如下图，油口无锥面倒角（或沟槽），

采用O形密封圈型式密封，在压紧螺母锁紧时，挡圈推动挤压O形圈，由于油口没有足够的开口角度和空间，旋紧过程中容易将O形圈擠压脱出挡圈，无法密封。如果O形圈没有脱出，由于橡胶弹性，压紧螺母也容易在行驶过程中松动，造成泄露。因此要保证结构配合的一致性。

4结语

在实际应用中，转向系统的工作压力一般持续在8～12MPa，温度在80～100℃。密封件在高温高压下，若使用规格不合适或性能不达标，极易造成早期老化损坏从而导致漏油。在样车试验过程中，特制了尺寸较为精确的零件，两种结构均无渗漏现象，而在普通批量生产过程中，往往会有该类早期故障的发生。根据统计，采用端面密封型式，无论是紫铜垫圈或者橡胶组合密封垫圈均有良好表现，而采用锥面密封则故障率较高，这与24°锥及接头、O型圈的加工制造精度有直接关系。同时，在维修服务工作中，也需要对具体结构做细致观察，不可盲目的只根据“能装上”来判断是否为合适的零件。

参考文献

[1] 付平，常德功 密封设计手册[S] 北京：化学工业出版社，2009。

[2]张绍九 液压密封[M] 北京：化学工业出版社，2012。

[3] 刘敬喜 密封件的选型与使用[J] 真空技术网，2013。

作者简介

李国斌（1989.02-），性别：男，民族：汉，籍贯：山西交城，当前职务：转向悬架室主任，当前职称：主任设计师，学历：本科。

（作者单位：徐州徐工汽车制造有限公司）