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液压密封件使用寿命分析

张玲+

(山东蓬翔汽车有限公司，山东蓬莱265609)

[摘要] 液压缸密封效果是影响液压缸正常工作的重要因素之一，密封件的质量是保证密封效果的重要指标，延长

密封件的使用寿命是确保密封效果的首要前提，由于影响密封件寿命的因素众多，密封件的寿命 很难定量描述。本文

从密封件原材料性能、影响密封件性能的主要因素、密封件失效形式等角度分析影响 液压缸往复密封件寿命的因素，

着重强调温度对密封件性能的影响，并有针对性的从使用、保存等方面提出延长密封件使用寿命的措施。

[关键词] 流体传动与控制 液压缸 聚氨酯 密封老化寿命

液压缸的密封效果好坏是界定液压缸质量好坏的重要指标，密封件的性能又是影响密封效果的关键因 素，密封

件的使用寿命不能笼统的规定为几年或多少小时．它与使用条件、密封件的材质、密封件质量、安装 沟 槽、安装方法和密封件的保管等因素有关。

一、概述

不同类型的聚氨酯橡胶在性能上略有不同。浇注型聚氨酯橡胶具有较高的力学机械强度、耐热性和耐

溶剂性，缺点是弹性较小；热塑性聚氨酯橡胶具有较高的力学机械强度、低温性能和耐臭氧性，缺点是耐

溶 剂性和耐热性差。

聚氨酯橡胶主要缺点是：耐水性差、耐酸碱性差；聚氨酯的耐油性(如矿物油、柴油、润滑油)优异，

但对 于抗燃性液压油(水一油乳化液、水一乙三醇基、磷酸酯基、刹车油)等某些工业用油来说，由于其中

含有芳 烃(尤其是氯代芳烃)，导致聚氨酯橡胶溶胀。

二、影响密封件性能的重要参数

(一)弹性

密封材料的弹性对于密封件的密封性极为重要，弹性随温度有较大变化，同一材料不同温度下弹性不

同。密封件的弹性不但保证了密封件的初始密封压紧力，也保证了当密封偶件有偏心时，密封件可以依靠

弹性补偿这一偏心。

(二)永久变形

密封件是因其在密封槽巾有一定的压缩变形，靠变形回复力而获得密封能力的，由于密封用的合成橡

胶是黏弹性材料，长时间受压会有不可回复的永久变形，发生永久变形导致密封失效。

(三)硬度

硬度是材料表面抵抗塑性变形或破裂的能力，硬度低的材料表现出受力变形的柔顺性，在粗糙表面上

变形，顺应表面形状，也就是我们平常所说的密封圈的跟随性。密封圈硬度越高耐压能力越高，但是硬度 低 对提高密封性具有有利影响

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(四)老化和耐候性

老化是高聚合物在长期使用或存放过程中，由于各种因素的作用，性能随时间不断劣化。老化的机理 主要是分 子链的结构发生了降解和交联。引起老化的外在原因有热、光、辐射、应力等物理因素和氧、臭氧、

水、酸、碱等化学因素，老化的外在表现为龟裂、发粘、硬化、软化、粉化、变色、长霉等，老化后的密

封件物理 化学性质和机械性能逐步变坏，逐渐丧失使用价值，老化过程不可逆。橡胶密封件老化后变

硬、变脆、失去弹性，导致密封件失效。

油缸存放过程巾，空气中的氧气、水蒸气、密封圈唇口的应力都是引起密封圈老化的原因，密封圈的

老化是密封圈的主要失效模式，所以耐老化性能是影响密封圈寿命的主要因素。

三、影响密封件寿命的主要因素

关于密封件在各种工况下的寿命分析，密封件厂家能够提供的只是密封件原料在实验室条件下的寿 命，查阅关于相关资料也没有发现类似的分析结果。

密封圈在正常使用状态下，破坏方式主要为温度、空气、粉尘等因素造成的密封材料老化和唇口的磨

损 (过盈量降低)，随着油封唇口的磨损与唇口过盈量的降低，对轴偏心追随能力降低，密封可靠性降 低。

当油缸长期横置不工作时，影响密封圈寿命的因素远比工作状态复杂，现分析以下几种因素对密封圈 寿命的影响：

• (一)温度密封件的工作温度是影响密封性能的重要因素，因为此温度和环境温度之间任何明显的差 别，通常都

改变材料特性。密封材料在低温和高温所呈现出的变化是大不相同的。低温会使聚氨酯或橡塑油封弹性

降低，造成泄露，甚至整个油封变得发硬发脆；高温会使油封体积膨胀、变软，造成运动时油封摩擦阻力

迅速增加和耐压能力降低。

随温度的降低，分子运动被冻结，橡胶密封材料倾向于逐渐变硬，柔顺性逐渐丧失闱0度增大，变形 恢复 减慢，所以在低温下，通过仪器测量材料的柔顺性变化趋势或者扭转刚度变化趋势，可以较直观的

反应材料 的低温性能。

随温度的升高，橡胶密封材料逐渐失去强度，从而变得更软更柔顺，强度的降低减少密封件的使用寿

命，所以在高温下，通过仪器测量材料的强度变化趋势，可以较直观的反应材料的高温性能。另外，如果 密 封件长期处于高温下工作，就要注重考虑密封件的老化。过高的温度会导致材料发生氧化劣化，加速 材料 的老化，表现出来的是弹性、硬度、抗张强度明显降低，严重硬化时还会发生龟裂，橡胶的高温性 能劣化是化 学变化，不可逆。

国产某密封圈材质在小于30MPa的压力，温度范围为一40一100℃的条件下，最多可以使用15000次， 按照油缸 每天举升20次计算，密封圈可以保证使用375天，长时间在超过100'E的环境下使用，温度每升高 15℃，

其寿命降低50％。

(二)运动速度运动速度很低(<0．03m／s)时，要考虑设备运行的平稳性和是否出现“爬行”现象。运 动速度很高

(>o．8m／s)时，起润滑作用的油膜可能被破坏，油封因得不到很好的润滑而摩擦发热，导致寿命大大降低。