淺析液壓缸的失效形式及預(yù)防措施

李樹茂 邱 健 陳 亮

（濟(jì)南重工股份有限公司，濟(jì)南 250109）

1 研究背景

液壓缸作為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠，因此，廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、冶金、鑄造、汽車、機(jī)床、軍工等領(lǐng)域。在工程中零部件失去原有設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能稱為失效。失效包括：完全喪失原定功能；功能降低和有嚴(yán)重?fù)p傷或隱患；繼續(xù)使用會(huì)失去可靠性及安全性。為延長(zhǎng)液壓缸的使用壽命和提高液壓缸的可靠性，對(duì)液壓缸的失效形式進(jìn)行分析并提出預(yù)防措施就顯得非常重要。

2 液壓缸的失效形式及預(yù)防措施

第一，液壓缸活塞桿和活塞的脫離不能提供有效的拉力。保證液壓缸壽命及其可靠性的充要條件是液壓缸的運(yùn)動(dòng)部件必須有正確的運(yùn)動(dòng)軌跡。因此，站在液壓缸設(shè)計(jì)角度，活塞桿和活塞必須可靠連接。通常情況下，液壓缸活塞通過(guò)螺紋與活塞桿連接，然后在活塞桿超出活塞端旋入鎖緊螺母，為使活塞緊固，可以在鎖緊螺母與活塞桿螺紋處配作緊定螺釘。

第二，活塞桿螺紋端與耳環(huán)連接處發(fā)生斷裂。在液壓缸初期計(jì)算過(guò)程中，就應(yīng)充分考慮液壓缸的工作頻率、安裝形式和負(fù)載大小及方向；在活塞桿螺紋的設(shè)計(jì)中避免與活塞桿出現(xiàn)大的過(guò)渡臺(tái)階；活塞桿的連接螺紋一般為2～3級(jí)公制螺紋，退刀槽不應(yīng)清根，以減小應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度。特別注意：如經(jīng)過(guò)分析液壓缸會(huì)受到與軸線方向成角度的力，可以在液壓缸活塞桿耳環(huán)內(nèi)加裝關(guān)節(jié)軸承，有效防止側(cè)向載荷對(duì)液壓缸造成破壞。

第三，液壓缸活塞桿伸出后發(fā)生彎曲。液壓缸在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)工況進(jìn)行受力分析，計(jì)算活塞桿的直徑，校核活塞桿的強(qiáng)度和撓度，確保在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生彎曲變形。對(duì)于沖擊振動(dòng)較大的活塞桿，可以選用55鋼或40Cr鋼制造。

第四，液壓缸前端蓋螺紋脫落或螺釘拉斷而發(fā)生崩裂。在一些中低壓液壓缸中，前端蓋與缸筒經(jīng)常采用2a級(jí)精度的公制螺紋連接。當(dāng)液壓缸運(yùn)行到全行程終點(diǎn)，液壓沖擊形成的尖峰壓力作用在前端蓋上，如果螺紋連接不足以克服這個(gè)力，前端蓋就會(huì)和缸筒脫離發(fā)生事故，危及人身安全。為避免上述事故發(fā)生，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)根據(jù)材料力學(xué)和設(shè)計(jì)要求首先對(duì)連接處的螺紋進(jìn)行強(qiáng)度校核；其次前端蓋和缸筒可以選用抗拉強(qiáng)度較高的45#鋼和27SiMn等材料加工。

第五，液壓缸缸筒發(fā)生變形。缸筒內(nèi)徑的圓度、圓柱度誤差不大于直徑尺寸公差的一半；缸筒軸線的直線度誤差在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm；缸筒端面對(duì)軸線的圓跳動(dòng)在100mm的直徑上不大于0.04mm。液壓缸運(yùn)行中由于負(fù)載突然增大導(dǎo)致缸筒發(fā)生變形發(fā)生內(nèi)泄漏，壓力損失增加，液壓系統(tǒng)效率降低；如果此變形嚴(yán)重甚至引起拉缸，破壞缸筒內(nèi)表面的光潔度。為避免缸筒變形在設(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)材料力學(xué)對(duì)缸筒按照四種不同的理論進(jìn)行強(qiáng)度校核。

第六，液壓系統(tǒng)氣蝕所致液壓缸內(nèi)壁、活塞和活塞桿表面形成蜂窩狀的孔穴和斑點(diǎn)。液壓油流經(jīng)管路、控制閥門等尖角部位及彎管時(shí)，液壓油溫度會(huì)升高產(chǎn)生氣泡，氣泡流進(jìn)高壓區(qū)后發(fā)生破裂，瞬間產(chǎn)生的高溫高壓顯微射流和沖擊力反復(fù)作用在液壓缸零部件的表面造成氣蝕。液壓缸一旦發(fā)生氣蝕，活塞桿和活塞上的密封件在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)被氣蝕留下的孔穴劃傷，從而引起液壓缸漏油。在實(shí)際應(yīng)用中選用質(zhì)量較好和牌號(hào)適宜的液壓油，可有效防止液壓油在工作過(guò)程中產(chǎn)生氣泡，選用合適的液壓油添加劑可有效抑制液壓油混濁或者水化減少氣泡產(chǎn)生。

第七，液壓缸運(yùn)行過(guò)程中由負(fù)載慣性引起的沖擊影響了設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性。為使液壓缸運(yùn)行平穩(wěn)經(jīng)常在液壓缸行程終點(diǎn)設(shè)置緩沖，可通過(guò)調(diào)節(jié)緩沖節(jié)流閥調(diào)節(jié)緩沖的強(qiáng)弱，從而有效降低液壓沖擊，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。

第八，帶液壓鎖的液壓缸在工作過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生故障停止運(yùn)行。液壓缸為保壓經(jīng)常會(huì)在油缸口設(shè)計(jì)互鎖的兩個(gè)液控單向閥。其中，只要一個(gè)液控單向閥發(fā)生故障，液壓缸封閉腔的油無(wú)法回到油箱，液壓缸會(huì)停止在某個(gè)位置。為避免液壓缸不受控制發(fā)生故障，要經(jīng)常檢查液壓系統(tǒng)油液的清潔度，減少液壓閥引起的油缸故障。

第九，液壓缸在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生間歇性的跟進(jìn)和停頓。首先在液壓缸設(shè)計(jì)過(guò)程中活塞桿與導(dǎo)向套采用H8/f8配合，密封圈溝槽深度和寬度嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者密封件廠家推薦的公差進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免由于密封件與活塞桿摩擦力太大導(dǎo)致液壓缸出現(xiàn)抖動(dòng)爬行現(xiàn)象；其次，液壓系統(tǒng)中不可避免會(huì)混入空氣形成氣泡，混入空氣的高壓油驅(qū)動(dòng)油缸就會(huì)出現(xiàn)間歇性停頓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)液壓沖擊。通常在液壓缸的有桿腔和無(wú)桿腔設(shè)置排氣螺塞，當(dāng)發(fā)現(xiàn)油缸出現(xiàn)爬行抖動(dòng)時(shí)，用扳手旋松排氣螺塞，讓油缸在低壓狀態(tài)往復(fù)運(yùn)行多次直到螺塞流出均勻的液壓油為止。

第十，液壓缸耳環(huán)與銷軸發(fā)生變形無(wú)法精確定位。液壓缸耳環(huán)與銷軸配合必須考慮潤(rùn)滑，通常耳環(huán)內(nèi)孔要安裝耐磨自潤(rùn)滑銅套，即使發(fā)生變形更換新的銅套可以快速恢復(fù)正常工作狀態(tài)；如果是關(guān)節(jié)軸承與銷軸的配合則必須在耳環(huán)上設(shè)置油杯定期潤(rùn)滑，避免耳環(huán)與銷軸發(fā)生干摩擦損壞變形。

第十一，液壓缸活塞桿與缸筒之間增設(shè)防塵罩。液壓缸在運(yùn)行過(guò)程中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵等顆粒會(huì)落在活塞桿上，當(dāng)活塞桿縮回時(shí)少量粉塵就會(huì)隨活塞桿進(jìn)入油缸污染液壓系統(tǒng)。防塵罩是一種采用橡膠或尼龍、帆布等材料（在高溫工作場(chǎng)合時(shí)，可用氯丁橡膠和耐火石棉材料）制作而成的可伸縮裝置，可以有效防止污物灰塵等落在活塞桿上。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)液壓缸的失效形式進(jìn)行詳細(xì)分析，提出液壓缸平穩(wěn)可靠運(yùn)行的要求，并指出液壓缸的可靠運(yùn)行是設(shè)備可靠運(yùn)行的關(guān)鍵所在，因此，液壓缸要經(jīng)常進(jìn)行定期檢查、定期維護(hù)并消除隱患，將故障和事故消滅在萌芽狀態(tài)。