矿山机械液压系统泄漏原因及密封改进方案

前言：“液压系统的密封性能是机械高效运行的生命线。”矿山机械液压系统作为核心动力传输部件，其泄漏问题不仅造成油液浪费、污染环境，还会降低设备运行效率，甚至引发安全事故。矿井作业环境恶劣，特别是在高压、粉尘、振动等严酷的工作环境中，对于传统密封方式难以应用的部位，是以矿井泄露点为切入点。因此，应更新密封件技术，严格按规范进行安装配合，采用现代化监控手段，从而探讨优化的整体密封性对改善液压系统密封功能，进而矿机设备安全稳定地运行的意义。

一、矿山机械液压系统泄漏原因

矿山机械液压系统泄漏源于多方面技术缺陷与工况影响。密封元件自身性能不足是主因，传统橡胶密封件在矿山高压（常达 31.5MPa 以上）、高温（环境温度可达 60C ）及粉尘侵蚀下，易出现老化、磨损或变形，导致密封面贴合不严。因为组装过程误差较大，而增大漏失风险，例如因密封面安装的倾斜，或是压强分布的不均，接合处旋紧力过大，都会使界面上形成细微缝隙，从而容易使高压的润滑油从缝隙中漏出。另外，因缺乏有效的检测手段，未能及时发现泄漏问题，一旦机器产生颤动，就会使密封组件以及管接合处形成磨耗，而且传统的现场检测手段很难发现前期的泄漏，从而会引发严重的漏失事故[1]。

二、矿山机械液压系统泄漏密封改进方案

（一）升级密封元件技术，增强耐损密封能力

密封元件是防止泄漏的核心，主要是防止设备损坏与外泄，通过更换密封件的方法，选择新材料，采用聚氨酯+聚四氟乙烯的混合胶料，提高密封件对高压力、高温度、高摩擦环境的抵抗能力；优化密封形式，采用组合密封（O 型密封圈+制动器）形式，降低受压变形程度，增大密封线接触能力，有效防止介质外泄[2]。

由于矿山挖掘机液压元件密封件的耐磨性较差，出现漏损，导致停机更换维修每月高达5-6 次。经分析和调查研究，团队决定将传统丁腈橡胶密封件全部换用聚氨酯-聚四氟乙烯复合密封件，先精确测量出10 台挖掘机的密封槽尺寸，再按该密封槽尺寸，定制相应复合密封件，确保完全适用于密封槽。经试用，其在31.5MPa 的高压下，仍能正常运行8h 且无明显变形，并能在60℃环境下一直正常使用 30d，而老化程度仅为传统密封件的1/2，同时在活塞杆密封部位装有厚 2mm 的聚四氟乙烯防滑环，对防滑环边沿做圆形剪断可避免其刮伤密封件。试验改型后的设备每 3 周检查一次，发现第一周，有 2 台出现了轻微漏油现象，适当地调整好密封件的压缩量后，恢复正常。经过 3 月份的观察发现，液压系统漏损率由原来的 23% 降低至目前的 5% ，原每个月需要更新的密封件现在都可使用3 个月，让每台挖掘机可多使用15h 左右。

（二）规范精密装配技术，提升界面密封效能

对接口进行正确密合，并确保达到良好的密封性，严格的高精度组装法，可以降低人工装调时的误差。制定合适的组装流程，如在塞入密封件前做好清理工作、使用扭力扳手拧紧螺栓、采用夹具保持密封零件对中等，以求保证配合面能紧紧地压合，避免因装调不到位造成的一些细小的缝隙产生，而导致的总装密封率下降[3]。

针对装配过程标准化不一致、造成频发的液压支架接口泄漏质量事故，顾客投诉不断的情况。公司专门成立攻关组，编写了《液压支架精准装配操作指南》手册。工作要求作业前佩戴干净手套，对于密封槽和密封元件，均使用清洗效果的中性和碱性液体、去污清洗剂（时间 10 分钟），将可能的油脂、金属磨粒等全部清除干净。在 O 型密封元件放置时，利用尼龙材质导向器（内表面要涂抹食物级的专门硅脂），在放置的过程中，避免密封元件有任何损伤。如，M16 螺纹连接应采用数字式显示扭矩工具，第一步按 15N⋅m 预紧力开始，隔 5 分钟后施拧 35～40N⋅m 标准力，并以三步走原则紧固到位。此外，为了确保密封件获得理想同心度，采用激光准直仪，将密封元件与密封槽偏离值控制在一个非常微小的范围内，将前期组装方式进行技术改造后，进行制造工艺性验证，对第一批制造的 50 台支架液压系统，在 12兆帕压力下保压30 分钟，检验试验后，泄漏率由之前最高的 12% 降到当前的 3%～6% 。

（三）应用智能监测技术，动态保障密封状态

通过智能化检测的方式，可以及时获取到泄漏信息，保证在早期出现情况后，立即进行检测和修理。在一些关键性的封闭空间中，安装小型的压力传感器以及油料检测装置，对这些装置搜集到的数据，通过互联网平台实时输送出来，在计算模型中计算密封状态。一旦发现压力过大的同时，发现存在油料渗漏的情况时，就会发出警报信号，并且定位装置显示出现问题的位置，避免泄漏现象进一步恶化、确保系统平稳运行[4]。

企业引进一套智能监控系统，对 8 台破碎机的泵口、油缸密封处、转换开关连接口等 12个部位进行了微压压力传感的安装，及油液浓度的监测。每个节点的采样周期为10 秒，采集的数据以 5g 网络频率实时传输到中央控制系统。该系统对于油液浓度的告警阈值设定为 >0. .01 毫克/m3，当任何一个测点发生数值越线事件时，系统立即产生音视觉的报警信号，同时能准确指示出报警点的位置，其位置指示误差不超过0.5 米。该系统投入使用后，已运行3 个月，期间发现一次异常，破碎机活动臂部油缸密封处的测点，在1 个小时内发生了 7%的压力波动，同时，油液浓度涨到了 0.002 毫克/m3，系统随即报警。检修人员带着专用工具，第一时间赶到现场进行排查，发现密封部分有2 毫米细小破损后，及时更换了一个密封圈，只花了不足1小时的时间就圆满解决了问题。

结论：综上所述，矿山机械液压系统泄漏问题的解决，需依托技术创新与系统优化。升级密封元件技术、通过对精密装配过程的规范和采用智能测试手段，制定出了相对完整和多方位的密封提升体系，即通过材料、方法和检测优化，为机械制造“密封方案”，来有效地降低泄漏，降低检修成本，增加矿山设备的有效作业能力和安全性。

参考文献：

[1]陈登民,唐闪,樊耀华,等.大型矿山机械用液压缸常见失效和改进方法[J].液压气动与密 封,2020,40(06):84-87.

[2]打造可靠动力——堡盟压力传感器在矿山机械液压泵站上的应用[J].今日制造与升级,2020,(06):39.

[3]赵俊杰.基于机械液压技术的矿山机电设备故障分析[J].矿业装备,2020,(02):102-103.

[4]唐闪,樊耀华,黄振华.大型矿山机械用液压缸防尘圈研究与应用[J].液压气动与密封,2020,40(01):78-80.