壓縮式垃圾車專用推板油缸漲缸的機(jī)理分析及解決方法

陳廣娟，周夢(mèng)瑜

(煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264670)

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，環(huán)衛(wèi)車輛的需求也日漸加大，壓縮式垃圾車就是最常見的環(huán)衛(wèi)車輛之一.壓縮式垃圾車部件推板油缸是壓縮式垃圾車的重要執(zhí)行元件，主要用來(lái)壓縮垃圾以及推卸垃圾.推板油缸是一種結(jié)構(gòu)比較特殊而復(fù)雜的多級(jí)伸縮式液壓油缸［1］，在使用過(guò)程中常常會(huì)因漲缸現(xiàn)象而導(dǎo)致報(bào)廢. 我們和煙臺(tái)未來(lái)自動(dòng)裝備責(zé)任有限公司的專家經(jīng)過(guò)反復(fù)地實(shí)驗(yàn)及研究，分析出了推板油缸漲缸的機(jī)理，并提供了可靠的解決方案.

1 推板油缸的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 推板油缸的結(jié)構(gòu)

推板油缸的結(jié)構(gòu)示意圖(以三級(jí)為例)如圖1 所示，它主要有外缸筒、組合件Ⅰ、組合件Ⅱ、組合件Ⅲ、前蓋Ⅰ、前蓋Ⅱ、前蓋Ⅲ、密封件Ⅰ、密封件Ⅱ、密封件Ⅲ組成.

1.2推板油缸的工作原理

正常情況下，推板油缸的工作分為兩部分:外伸過(guò)程和壓縮過(guò)程［2］. 具體過(guò)程分析如下:

1.2.1 外伸過(guò)程

壓力油從外伸油口K1 進(jìn)入，經(jīng)N 腔到H 腔，推動(dòng)組合件Ⅰ、組合件Ⅱ及組合件Ⅲ同步向右運(yùn)動(dòng)，D 腔的回油經(jīng)過(guò)油孔A、E 腔、過(guò)油孔B、F 腔、過(guò)油孔C 到G 腔，通過(guò)回縮油口K2 回液壓站;組合件Ⅰ觸碰到前蓋Ⅰ后停止運(yùn)動(dòng)，組合件Ⅱ及組合件Ⅲ繼續(xù)同步向右運(yùn)動(dòng)，E 腔的回油經(jīng)過(guò)油孔B、F 腔、過(guò)油孔C、G 腔、回縮油口K2 回液壓站;組合件Ⅱ觸碰到前蓋Ⅱ后停止運(yùn)動(dòng)，組合件Ⅲ繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，F(xiàn) 腔的回油經(jīng)過(guò)油孔C、G 腔、回縮油口K2 回液壓站.組合件Ⅲ觸碰到前蓋Ⅲ后停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)推板油缸全部伸出，達(dá)到最大行程［3］.

1.2.2 回縮過(guò)程

壓力油從回縮油口K2 進(jìn)入，經(jīng)G 腔、過(guò)油孔C 到F 腔，推動(dòng)組合件Ⅲ向左運(yùn)動(dòng);組合件Ⅲ觸碰到組合件Ⅱ后，壓力油經(jīng)過(guò)油口B 到E 腔，推動(dòng)組合件Ⅱ(與組合件Ⅲ同步)向左運(yùn)動(dòng);組合件Ⅱ觸碰到組合件Ⅰ后，壓力經(jīng)過(guò)油口A 到D 腔，推動(dòng)組合件Ⅰ(與組合件Ⅱ及組合件Ⅲ同步)向左運(yùn)動(dòng);組合件Ⅰ觸碰到后蓋(外缸筒)后，推板油缸全部縮回.在整個(gè)回縮過(guò)程中，H 腔的回油經(jīng)N 腔、外伸油口K1 回液壓站［4］.

2 漲缸機(jī)理分析

以往的推板油缸在使用過(guò)程中時(shí)常產(chǎn)生漲缸現(xiàn)象(即某一層缸筒外徑變大)而導(dǎo)致報(bào)廢［5］，其原因是外伸過(guò)程中出現(xiàn)亂級(jí)，即組合件Ⅰ還未達(dá)到終點(diǎn)時(shí)組合件Ⅱ就開始與之相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或組合件Ⅱ還未達(dá)到終點(diǎn)時(shí)組合件Ⅲ就開始與之相對(duì)運(yùn)動(dòng))，這樣就會(huì)出現(xiàn)如圖2 所示的瞬間狀態(tài):密封圈Ⅱ封住過(guò)油孔A(或密封圈Ⅰ封住過(guò)油孔B)，D 腔內(nèi)的液壓油不能排出，而H 腔壓力油(20 ～25MPa)的作用面積為最大一級(jí)活塞的左側(cè)全面積，其與D 腔環(huán)形橫截面面積之比＜5:1，所以D 腔的油壓瞬間升至100MPa 以上，超過(guò)了外缸筒材料的屈服極限，致使外缸筒向外產(chǎn)生永久變形［6］，便影響了使用甚至報(bào)廢. 圖2 所示為推板油缸漲缸狀態(tài)示意圖.

3 解決漲缸問(wèn)題的措施

既然漲缸是因推板油缸外伸時(shí)亂級(jí)導(dǎo)致某一級(jí)前腔瞬間封閉而壓力驟然巨升引起的［7］.那么首先得解決亂級(jí)，然后再解決壓力升高. 如圖3 所示，在油缸的各級(jí)活塞增加了起動(dòng)面積控制結(jié)構(gòu)，各級(jí)活塞桿(缸筒)增加了泄壓孔.最大一級(jí)活塞的右端面、第二級(jí)活塞的左右端面及最小一級(jí)活塞的左端面均具有較低的粗糙度，而且相互間的平行度很高(通過(guò)分別保證與各自中心線的垂直度來(lái)實(shí)現(xiàn))，它們相互貼合后，結(jié)合面不會(huì)過(guò)油.最大一級(jí)的起動(dòng)面積為φT 與φS 面積之差，第二級(jí)的起動(dòng)面積為Q1 腔的環(huán)形橫截面面積(壓力油經(jīng)起動(dòng)孔1 進(jìn)入Q1 腔)，最小一級(jí)的起動(dòng)面積僅為φS 的面積. 三級(jí)所受的外伸作用力(油壓作用力與靜摩擦阻力之差，最小一級(jí)還要減去負(fù)載力)之比大于9:3:1(在大多數(shù)情況下如此，也有例外情況，見下文). 最大一級(jí)起動(dòng)后，三級(jí)同步向右運(yùn)動(dòng);最大一級(jí)到達(dá)終點(diǎn)后，第二級(jí)和最小一級(jí)繼續(xù)同步向右運(yùn)動(dòng). 此時(shí)雖然最小一級(jí)的受壓面積增加了Q2 腔的環(huán)形橫截面面積(壓力油經(jīng)起動(dòng)孔2 進(jìn)入Q2 腔)，但第二級(jí)的受壓面積更是增加了φZ(yǔ) 與φS 面積之差;第二級(jí)到達(dá)終點(diǎn)后，最小一級(jí)繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)直至達(dá)到多級(jí)缸的最大行程.這樣就避免了亂級(jí)，也就基本避免了漲缸現(xiàn)象.

當(dāng)然也有例外情況:當(dāng)組合件Ⅰ的活塞密封圈溝槽底徑和活塞桿外徑處于上差，同時(shí)外缸筒的內(nèi)徑和前蓋Ⅰ活塞桿密封圈溝槽底徑處于下差，特別是當(dāng)外缸筒內(nèi)孔的形位公差(圓度、圓柱度、直線度、右端內(nèi)螺紋的同軸度)處于上限，組合件Ⅰ所受靜摩擦阻力達(dá)到最大值，它的起動(dòng)力就有可能小于第二級(jí)(同理第二級(jí)的起動(dòng)力也有可能小于第三級(jí))，這時(shí)還會(huì)出現(xiàn)泄壓防漲的狀態(tài)［8］，但因?yàn)樾箟嚎譨(泄壓孔b)的存在，D 腔(E 腔)內(nèi)不會(huì)生成高壓，最終與H 腔同壓，形成差動(dòng)狀態(tài)，同樣能正常地完成最大工作行程，不會(huì)漲缸，如圖4 所示.

4 實(shí)際使用效果

按上述方案改進(jìn)后的推板油缸經(jīng)眾多用戶長(zhǎng)期使用，再也沒(méi)有發(fā)生過(guò)漲缸現(xiàn)象，得到了各壓縮式垃圾整車制造商及各地終端用戶(環(huán)衛(wèi)工人)的一致好評(píng).

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