液壓油缸結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)分析

摘要：在工程建筑、制造業(yè)、礦山開采等多個(gè)行業(yè)中，液壓設(shè)備有著十分廣泛的應(yīng)用。液壓油缸作為液壓設(shè)備的核心組成部件，其可靠運(yùn)行直接影響到液壓設(shè)備整體運(yùn)行的可靠性。本文對液壓油缸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)擊數(shù)進(jìn)行了一定分析，希望能夠在一定程度上提高液壓設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：液壓油缸；結(jié)構(gòu)缺陷；改進(jìn)技術(shù)

1液壓油缸的結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)

液壓油缸主要由缸體、活塞裝置、密封組件及緩沖裝置構(gòu)成?；钊麑⒏左w內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為2個(gè)部分，這兩個(gè)部分分別連接一個(gè)油孔，當(dāng)液體壓縮比較小時(shí)，其中一個(gè)油孔進(jìn)油，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使另一個(gè)油孔出油，這樣活塞就會(huì)帶動(dòng)活塞桿進(jìn)行不停的伸縮運(yùn)動(dòng)。

1.1活塞裝置

液壓油缸的活塞及活塞桿結(jié)構(gòu)的形式較多，最常見的結(jié)構(gòu)形式包括一體式、推銷連接式、螺紋式及半接環(huán)式等。其中，螺紋式結(jié)構(gòu)十分簡單且拆卸方便，但是其中的螺帽在高壓負(fù)荷下容易發(fā)生松動(dòng)，因此需要做好放松措施；半環(huán)式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、拆卸困難，但是其工作可靠性較高。其中需要注意的是，一體式活塞與活塞桿結(jié)構(gòu)主要適用于尺寸較小的液壓油缸?；钊ǔ２捎媚湍サ蔫T鐵制造，而活塞桿通常采用鋼料制造。

1.2密封裝置

密封裝置主要包括間隙密封、摩擦環(huán)密封及密封圈密封等形式。

（1）間隙密封

間隙密封主要通過運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間所存在的微小間隙來防止泄漏。在一定的條件下，通過在活塞的表面制出狹小的環(huán)形凹槽提高裝置的密封性能，提高油液通過間隙的阻力。間隙密封結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、摩擦阻力小、耐高溫等特點(diǎn)，但是對加工工藝具有較高的要求，并且只能適用于尺寸較小、壓力較低、活塞相對運(yùn)動(dòng)速度較慢的液壓油缸中。

（2）摩擦環(huán)密封

摩擦環(huán)密封結(jié)構(gòu)是一種套在活塞上的摩擦環(huán)，該結(jié)構(gòu)摩擦阻力較小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，具有一定程度的組我補(bǔ)償能力，同時(shí)還具有較高的耐高溫性能，主要適用于液壓油缸缸體與活塞結(jié)構(gòu)之間的密封。

（3）密封圈密封

密封圈密封結(jié)構(gòu)通常采用橡膠或塑料制作，由于橡膠及塑料材料具有較高的彈性，在使用過程中能夠使密封圈與液壓油缸構(gòu)件緊密貼合，在發(fā)生磨損后也具有一定的自我補(bǔ)償能力，可靠性較高。同時(shí)密封圈密封結(jié)構(gòu)能夠適用于液壓油缸各個(gè)部位的密封工作。

1.3緩沖裝置

緩沖裝置的工作原理是依靠活塞與缸筒能夠在行程終端及活塞蓋與缸蓋之間封住一部分油液，從而強(qiáng)迫油液在小孔及縫隙間擠出，這樣能夠產(chǎn)生極大的阻力，工件的動(dòng)作受到這種阻力的限制降低運(yùn)動(dòng)速度，從而實(shí)現(xiàn)緩沖作用，有效避免了活塞與缸蓋之間的直接碰撞，提高液壓油缸的使用壽命。

2幾種不同類型液壓油缸的改進(jìn)技術(shù)

2.1卡鍵式液壓油缸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

卡鍵式液壓油缸是指利用活塞頭和活塞桿作進(jìn)行卡鍵式連接的液壓油缸，通常需要切削掉活塞桿后端的大量外圍金屬，這樣就只會(huì)用到活塞桿中心較細(xì)的部分，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

活塞桿通常使用鍛材和軋材制作，其中心部位與表層的性能差異較大，如果對活塞桿外圍的金屬進(jìn)行大量切削，只保留力學(xué)性能較差的中心部位，會(huì)大幅度降低活塞桿的力學(xué)性能，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)的總體強(qiáng)度降低，應(yīng)力與液壓沖擊對活塞桿中心部位的集中作用，常常容易導(dǎo)致活塞桿從卡鍵槽處發(fā)生斷裂。因此，在進(jìn)行液壓缸的設(shè)計(jì)時(shí)，最好避免使用這種結(jié)構(gòu)。

針對上述形式活塞桿結(jié)構(gòu)，可以通過在活塞桿上增加卡鍵槽的方式進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)，活塞兩端夠改為卡鍵式連接，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)如圖2所示。因?yàn)楦倪M(jìn)后的卡鍵槽對活塞桿的力學(xué)性能削弱程度較低，因此，也有效提高了活塞桿的可靠性。

當(dāng)活塞桿與缸體內(nèi)徑相差較大時(shí)，可以使用雙卡鍵卡住活塞頭；如果活塞桿與缸體內(nèi)徑相差較小，則可以直接使用鼓形圈對缸體的兩部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封。通過以上的改進(jìn)能夠有效降低活塞裝置的損壞幾率，同時(shí)，在拆卸過程中不需要使用專用的工具，使用和維修十分方便。

2.2螺紋式液壓油缸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

（1）導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

螺紋式導(dǎo)向套液壓油缸通常使用專用設(shè)備進(jìn)行拆裝，拆裝效率較高，且設(shè)計(jì)及加工都極為方便，因此使用非常廣泛。但是該結(jié)構(gòu)還存在一定的不足，比如其中的螺紋結(jié)構(gòu)容易發(fā)生損毀，經(jīng)常出現(xiàn)燒絲及磕碰受損等現(xiàn)象，損壞后難以進(jìn)行修復(fù)，并且油缸內(nèi)部的部分重要位置需要考慮采取放松措施并考慮載荷分布對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響情況。因此，在一些對設(shè)備穩(wěn)定性要求較高的條件下，不宜使用螺紋式結(jié)構(gòu)的液壓油缸。

由于螺紋結(jié)構(gòu)在加工過程中，公差較大，定心能力差，因此，螺紋在裝配時(shí)的同軸度難以得到有效保證，導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)在裝配過程中應(yīng)該以其外密封面進(jìn)行定位。如果定位面的長度小于螺紋的配合長度，則要求螺紋先進(jìn)入配合，然后定位面再進(jìn)入配合，這樣裝配，容易導(dǎo)致第一絲發(fā)生偏移而難以進(jìn)入配合，由于拆裝設(shè)備的力量通常較大，在這種條件下，往往會(huì)導(dǎo)致螺紋損壞。

針對上述情況，可以在設(shè)計(jì)過程中使螺紋定位面的長度稍大于螺紋的配合長度，這樣能夠使定位面先進(jìn)入配合。通過這樣的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，可以有效保證導(dǎo)向套在安裝和拆卸過程中的同軸度，同時(shí)還能夠使活塞桿的大部分徑向分力由導(dǎo)向套的定位部位來承受，從而有效降低螺紋承受的額外徑向力，提高螺紋的抗疲勞性能。

（2）螺紋式立柱外缸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

部分型號液壓支架的立柱常常會(huì)發(fā)生導(dǎo)向套被液壓力打出的情況，這極易導(dǎo)致缸體螺紋發(fā)生損壞，影響液壓油缸的使用安全。通常在這種情況下，缸體及導(dǎo)向套上的螺紋都是齒尖部分發(fā)生損壞，外缸缸口的密封面尺寸超過2mm，并且橢圓在1mm以上。下面根據(jù)圖3所示立柱導(dǎo)向套及缸體的裝配示意圖對缸體的受力情況進(jìn)行分析，在活柱伸出后，一般會(huì)受到側(cè)向載荷及彎矩作用，徑向的分作用力及彎矩作用會(huì)通過導(dǎo)向套傳遞給缸體，因?yàn)閷?dǎo)向套的裝配通常需要以d段進(jìn)行定位，導(dǎo)向套與缸體之間的配合間隙通常會(huì)小于螺紋，因此會(huì)將大部分分作用力及彎矩傳遞給外缸缸體，同時(shí)由于外缸港口本身剛度較小以及立柱本身的缸壁較薄，大部分厚度小于10mm，在作用力下缸口極易發(fā)生變形，這時(shí)需要由螺紋承受力矩，對螺紋造成非常大的損害。

當(dāng)上腔壓力達(dá)到40MPa時(shí)，缸體螺紋部分的的徑向彈性變形達(dá)到0.46mm左右，而當(dāng)壓力上升到90MPa時(shí)，缸口螺紋區(qū)域?qū)⑦_(dá)到完全塑性變形的狀態(tài)。而此時(shí)立柱的活塞腔對活塞桿腔的增壓做作用在6倍作用，如果活塞腔的壓力為30MPa，當(dāng)回液不暢或者回液截止閥未打開的情況下，活塞剛強(qiáng)的最大壓力可以達(dá)到180MPa，這一壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過螺紋部分的抗變形能力，導(dǎo)致螺紋部分發(fā)生損壞。另外，由于螺紋加工公差較大以及立柱缸體和導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)在多次應(yīng)力作用及拆卸，會(huì)導(dǎo)致連接強(qiáng)度大幅度下降。由于立柱的活柱外徑尺寸與外缸內(nèi)徑尺寸較為接近，如果使外缸第外面及螺紋部分的厚度增加，必然會(huì)降低導(dǎo)向套的厚度，這就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向套在加工及應(yīng)用過程中極易發(fā)生變形。

為了解決上述兩種問題，可以對外缸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，采用外徑較大的鋼管與缸體進(jìn)行焊接形成缸口，這樣可以有效增加缸體定位面及螺紋部分厚度，還能夠改變螺紋部分文職，使螺紋之間不會(huì)受到液壓力的作用，從而提高其抗變形能力，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)具體如圖4所示。

3液壓油缸結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)

3.1焊縫的改進(jìn)

千斤頂在使用過程中，其液壓油缸缸底焊縫結(jié)構(gòu)極易發(fā)生開裂問題，這主要是由于千斤頂通常采用中間二周進(jìn)行連接，缸體焊縫結(jié)構(gòu)需要承受液體的周向力及軸向力的同時(shí)作用，導(dǎo)致焊縫的抗裂強(qiáng)度不足。傳統(tǒng)的液壓油缸，缸底厚度設(shè)計(jì)較大，這也使焊接過程中缸底與缸筒壁厚度差異過大而發(fā)生不均勻的熱傳導(dǎo)，導(dǎo)致缸底與缸筒難以良好融合，容易發(fā)生焊縫開裂的現(xiàn)象。針對這一問題，可以通過改進(jìn)缸底焊縫結(jié)構(gòu)來解決，通過將焊縫結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的V型改為U型，可以減少缸底與缸筒的焊接厚度，從而提高散熱的均衡性，這樣能夠有效降低界面的圖變量及應(yīng)力集中的情況，使焊縫的質(zhì)量得到大幅度提升。

3.2半環(huán)式液壓油缸的改進(jìn)

半環(huán)式液壓油缸在使用后可能會(huì)發(fā)生導(dǎo)向套與半環(huán)壓得較勁或者半環(huán)出現(xiàn)變形而難以取出的問題，針對這一問題，可以通過在半環(huán)的頭部制作出大約65°左右的斜面，這樣在半環(huán)被壓緊或變形后，可以利用尖錐類工具從斜面中挑出半環(huán)，避免對結(jié)構(gòu)造成破壞。另外，半環(huán)式液壓油缸在拆裝過程中由于防塵面與缸體配合間隙較小，在使用后，容易產(chǎn)生煤塵和銹蝕，而且拆卸方式相對較為復(fù)雜。針對這一問題，可以通過改造活塞桿及缸體內(nèi)部空間、改造壓蓋的方式進(jìn)行解決，可以有效提高拆裝的方便性，也避免了對其它部件造成損傷。

3.3鎖緊螺母式連接的活塞桿的改進(jìn)

在液壓支架的設(shè)計(jì)過程中，大部分活塞與活塞桿采用螺紋連接方式是進(jìn)行連接，這種連接方式通常會(huì)使用2個(gè)粗牙的對頂螺母保證連接的緊密性，但是對頂螺母的放松效果較差，在載荷發(fā)生大幅度變化及液壓的沖擊下極易發(fā)生失效，導(dǎo)致螺紋損壞，而且還可能出現(xiàn)螺母被壓碎而難以拆除的情況。針對這一問題，可以將螺紋設(shè)計(jì)為細(xì)牙螺紋，同時(shí)在連接處加一個(gè)防轉(zhuǎn)頂絲，這樣可以有效提高放松效果和強(qiáng)度。

4結(jié)束語

液壓油缸在工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用十分廣泛，但是存在的問題也十分普遍。這需要擊數(shù)人員在實(shí)踐與發(fā)展的過程中對液壓油缸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷改進(jìn)和優(yōu)化，這樣才能有效提高液壓油缸整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，降低設(shè)備損壞事故的發(fā)生，同時(shí)也有效降低了設(shè)備的運(yùn)行和維修成本，對促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳宗澤.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]王利志，殷建祥.淺析延長液壓油缸使用壽命措施[J].北方釩鈦，2010（4）.

[3]周偉杰.淺談液壓油缸緩沖裝置的設(shè)計(jì)[J].黑龍江科學(xué)，2013（10）.

[4]王春暉.基于ANSYS的挖掘機(jī)液壓油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng)，2012（12）.