液壓閥內(nèi)部O形圈正確選用計算

李 冬， 萬昌文， 李 杰

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司連鑄連軋廠， 河北邯鄲 056015)

引言

一般情況下，當(dāng)液壓閥出現(xiàn)故障或者在排除液壓系統(tǒng)故障時，會對液壓閥進(jìn)行更換。某軋鋼廠近些年更換下來的液壓閥數(shù)以百計，當(dāng)作廢品處理存在著巨大的浪費。實際上，這些液壓閥大部分只需要進(jìn)行簡單的維修便可重新使用。關(guān)于液壓閥維修方法的文獻(xiàn)均著重于介紹如何恢復(fù)閥內(nèi)零件的外形尺寸、精度、配合間隙等，對于如何正確選用液壓閥內(nèi)部所使用的密封卻很少有說明。本研究主要介紹一種根據(jù)實測閥內(nèi)密封溝槽尺寸，通過拉伸后O形圈截面直徑與拉伸量的關(guān)系經(jīng)計算得出O形圈規(guī)格尺寸的簡便方法。

1 O形圈規(guī)格尺寸的確定及計算方法

首先，實測密封溝槽尺寸確定O形圈截面直徑。然后，通過計算得出拉伸后(即安裝后)O形圈截面直徑。根據(jù)拉伸后O形圈截面直徑計算公式求得O形圈拉伸量。再根據(jù)拉伸量計算公式計算出O形圈原始內(nèi)徑。如此便可確定O形圈的截面直徑和內(nèi)徑。

1.1 實測密封溝槽尺寸確定O形圈截面直徑d2

力士樂液壓閥內(nèi)部使用的O形密封圈截面直徑主要有φ1.5 mm、φ1.78 mm、φ2.62 mm等規(guī)格，每種規(guī)格O形圈的安裝溝槽寬度和溝槽深度都是相對固定的，如表1所示[1]，可根據(jù)實測溝槽尺寸直接確定O形圈的截面直徑(表1中截面直徑為φ1.5 mm的O形圈溝槽尺寸為國內(nèi)某密封圈制造商資料)。

表1 徑向密封溝槽尺寸 mm

其中，d2—— O形圈名義截面直徑,mm

b—— 溝槽寬度(無擋圈),mm

b1—— 溝槽寬度(1個擋圈),mm

t—— 溝槽深度(括號內(nèi)為動密封溝槽深度),mm

1.2 根據(jù)實測密封溝槽尺寸計算拉伸后(即安裝后)O形圈截面直徑dc

實測密封溝槽尺寸為d×d0×b(槽底×孔徑×槽寬)，拉伸后O形圈的過盈量為δ，如表2所示[2]，那么拉伸后O形圈的外徑da=d0+δ,因此:

(1)

式中，d—— 密封溝槽槽底直徑,mm

d0—— 密封溝槽孔徑,mm

dc—— 拉伸后O形圈截面直徑,mm

da—— 拉伸后O形圈的外徑,mm

δ—— 拉伸后O形圈的過盈量,mm

表2 基本尺寸與過盈量關(guān)系推薦值 mm

1.3 計算O形圈拉伸量a

拉伸后O形圈截面直徑：

(2)

式中，kc—— 經(jīng)驗系數(shù)，1.25(按丁腈18選取)[3]

a—— O形圈拉伸量

那么拉伸量：

(3)

通常拉伸量a為1.01～1.05，特殊情況下a為1.05～1.1[2]。拉伸量a的數(shù)值越大，說明拉伸后O形圈越緊。若計算出的拉伸量a小于1.01，暫取a=1；若a大于1.05，暫取a=1.03。

1.4 計算O形圈原始內(nèi)徑d1

(4)

式中，d1為O形圈原始內(nèi)徑,mm。

通過上述步驟，便能夠基本確定液壓閥內(nèi)部所使用O形密封圈的規(guī)格尺寸。

2 O形圈計算實例

以力士樂液控單向閥SL20PA1-4X為例，如圖1所示，其各部位溝槽實測尺寸見表3。

圖1 液控單向閥SL20PA1-4X[5]

部位名稱槽底直徑d孔徑d0槽寬b11端蓋33.2236.143.742柱塞套32.1634.93.683彈簧套39.5444.15

表3中，彈簧套的溝槽寬度b1=5 mm，查表1可知該處所使用的O形圈截面直徑d2=2.62 mm。

該處孔徑d0為44.1 mm，過盈量按靜密封選，查表2取δ=0.5 mm。

拉伸后O形圈截面直徑：

(5)

拉伸量：

(6)

拉伸量a<1.01，暫取a=1。

O形圈原始內(nèi)徑：

(7)

經(jīng)計算得出彈簧套處所使用的O形圈為φ39.54×2.62 mm，查找相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用規(guī)格尺寸為φ39.34×2.62 mm的O形圈。同理，可計算出端蓋和柱塞套處所使用的O形圈分別為φ33.22×1.78 mm、φ31.17×1.78 mm，查找相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用規(guī)格尺寸分別為φ33.05×1.78 mm、φ31.47×1.78 mm的O形圈。

如果O形圈安裝后過松或過緊，或者不能達(dá)到預(yù)定的過盈量，那么可以通過調(diào)整拉伸量重新計算。在進(jìn)行修正計算時，拉伸量a最大值不得超過1.06[6]。

實際上，有些力士樂液壓閥內(nèi)部密封符合美標(biāo)AS568A，相應(yīng)的密封溝槽亦可套用該標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)實測溝槽尺寸，比照PARKER靜密封推薦設(shè)計，如表4所示[1]的溝槽尺寸可直接確定密封規(guī)格尺寸。仍以液控單向閥SL20PA1-4X為例，彈簧套溝槽實測尺寸為φ39.54×44.1，溝槽寬度為5 mm，查表4可知與其尺寸相近的溝槽對應(yīng)的O形圈為φ39.34×2.62 mm。

表4 PARKER靜密封推薦設(shè)計 mm

3 其他

液壓系統(tǒng)中的事故絕大部分因密封不良或密封失效所致[7]。液壓閥內(nèi)部密封基本采用O形圈加擋圈的形式，選用規(guī)格尺寸正確的O形圈可保證液壓閥修復(fù)后的使用壽命。O形圈密封是擠壓式密封[8]，拉伸1%會使截面直徑減小約 0.5%[9]。安裝后其截面一般受到15%～30%的壓縮變形[10]。若拉伸量過大，將導(dǎo)致O形圈截面過度減小，易造成泄漏。若拉伸量過小，在裝配時易脫出。不同材質(zhì)的密封件，其物理性能和化學(xué)性能都不一樣。在選擇O形圈材質(zhì)時，不但要考慮與工作介質(zhì)的相容性，還須考慮O形圈的工作壓力、溫度等因素進(jìn)行合理選取[11]。O形圈裝配時應(yīng)采用正確的裝配工藝和裝配方式[12]。若無特殊要求，液壓閥內(nèi)使用的O形圈硬度一般為80 HA，擋圈的硬度為90 HA。力士樂液壓閥內(nèi)使用的截面直徑為φ1.78 mm和φ2.62 mm的O形圈對應(yīng)的橡膠擋圈厚度分別為1.35 mm和2.18 mm。尼龍擋圈厚度可對舊擋圈厚度實測確定。

4 結(jié)論

該計算方法簡單，能快速準(zhǔn)確地確定O形圈規(guī)格尺寸，有效提高了液壓閥修復(fù)的效率和修復(fù)質(zhì)量。2014年至2017年間，筆者在工廠修復(fù)并再次使用的各種規(guī)格的單向閥、節(jié)流閥、減壓閥等126個。其中僅有5個單向閥、2個減壓閥因排除故障而更換。一部分修復(fù)液壓閥已使用近5年，并且功能完好，仍將在線使用。本研究所述的計算方法基于閥內(nèi)密封溝槽實測，應(yīng)力求測量尺寸準(zhǔn)確。計算O形圈內(nèi)徑時，應(yīng)按本研究原則合理選取過盈量δ和拉伸量a，以免計算結(jié)果偏差過大。O形圈內(nèi)徑應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果查靠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),合理選取。修復(fù)后的液壓閥應(yīng)進(jìn)行性能檢測，以免在使用時出現(xiàn)問題。