液壓缸故障模式的分類與預(yù)防改進(jìn)

陳晉市　張志偉　李永奇　閆堃　魏星

摘 要

液壓缸在實際的工程應(yīng)用中，由于設(shè)計人員對現(xiàn)場使用環(huán)境狀況的不了解和操作人員對液壓缸性能特性的認(rèn)識不足而沒有給予液壓缸故障有效的預(yù)防與改進(jìn)，致使液壓缸在使用一段時間后發(fā)生故障，液壓缸的使用壽命大幅縮減。為了解決液壓缸在工作過程中的各類故障問題，研究了液壓缸的故障模式，對常見的幾種故障模式進(jìn)行了分類和描述。通過液壓缸的故障描述，對引起液壓缸故障的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出了改進(jìn)方案;現(xiàn)場運行驗證了改進(jìn)方案的可行性。提出了液壓缸設(shè)計、安裝和維護(hù)過程中應(yīng)該注意的事項，提高了設(shè)計人員的技術(shù)水平和現(xiàn)場維護(hù)人員的安全意識，從而提高了液壓缸的穩(wěn)定性和可靠性，為今后液壓缸的優(yōu)化設(shè)計提供了可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞

液壓缸;故障模式;預(yù)防與改進(jìn)

中圖分類號： TH137.51 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.007

1 研究背景

液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實現(xiàn)往復(fù)直線運動或往復(fù)擺動的執(zhí)行元件。它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、傳遞功率大、制造容易等突出優(yōu)點，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。液壓缸零部件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，喪失規(guī)定功能的事件稱為液壓缸故障，繼續(xù)使用會喪失可靠性和安全性。液壓缸故障的表現(xiàn)形式稱為液壓缸的故障類型。液壓缸常見的故障類型有：通油管彎曲、拉缸、活油管漏油、內(nèi)泄、鍍層脫落、導(dǎo)向套銹蝕等。液壓缸故障問題是未來必須解決而且是能夠解決的問題，為延長液壓缸的使用壽命和提高液壓缸的可靠性和安全性，對液壓缸的故障模式進(jìn)行分析并提出改進(jìn)措施就顯得非常重要。

因此，本文基于徐州徐工液壓件有限公司提供的液壓缸現(xiàn)場故障描述，分析了液壓缸常見的幾種典型故障模式，進(jìn)而對其故障原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，最后提出了改進(jìn)措施，并在市場上進(jìn)行了使用考核，反饋效果良好，改進(jìn)后效果顯著，液壓缸的穩(wěn)定性和可靠性得到了提升，為今后液壓缸的優(yōu)化設(shè)計提供了有效參考。

2 液壓缸的故障模式及改進(jìn)措施

第一，伸縮油缸活油管漏油。故障類型如圖1所示。

故障描述：伸縮油缸完成主臂全伸，將二節(jié)臂縮回后，在尋找三節(jié)臂臂位過程中發(fā)生嚴(yán)重漏油現(xiàn)象。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)缸筒缸底端芯管法蘭（缸頭缸臂銷供油）下方存在明顯碰撞痕跡，主機(jī)結(jié)構(gòu)四節(jié)臂臂尾右下側(cè)滑道支座處發(fā)現(xiàn)明顯碰撞痕跡。

原因分析：

1）伸縮油缸總成下滑塊高度偏差;

2）下滑塊高度降低，導(dǎo)致油缸在伸縮過程中，油缸整體下移，導(dǎo)致下滑塊導(dǎo)向作用不充分，容易與主機(jī)結(jié)構(gòu)吊臂碰撞;

3）伸縮油缸通往缸臂銷硬管接頭為法蘭式結(jié)構(gòu)。在伸縮油缸與吊臂碰撞過程中，法蘭面積大，增加伸縮油缸與吊臂碰撞的概率，由于螺栓受力嚴(yán)重，發(fā)生螺紋失效，進(jìn)而使得油缸發(fā)生漏油現(xiàn)象。

改進(jìn)措施：

1）將缸底段油管接頭法蘭形式改為焊接式結(jié)構(gòu);

2）減小油管接頭高度，減少碰撞風(fēng)險;

3）缸底油管旋轉(zhuǎn)一定角度，并且要求保證接頭與軌道平行度。

經(jīng)過改進(jìn)后的油缸，前期在市場上經(jīng)實際工況考核后返廠，通過檢查油缸反饋良好，無任何損壞。

第二，伸縮油缸內(nèi)泄。

故障描述：1、活油管基體開裂;2、通油管焊縫開裂。

原因分析：

1）活油管基體存在缺陷，出廠時無法檢測，液壓油在油管內(nèi)部活油管承壓，長時間工作后導(dǎo)致活油管開裂;

2）活油管為成品采購45號鋼冷拔材質(zhì)，外表面鍍硬鉻，由于鍍層的原因，導(dǎo)致焊縫與基體結(jié)合力下降。上述原因致使焊縫與基體結(jié)合力降低，達(dá)不到使用要求，在使用過程中焊縫逐漸脫離基體。

改進(jìn)措施：

1）嚴(yán)格控制活油管進(jìn)廠質(zhì)量，加強質(zhì)量檢驗、監(jiān)督;

2）加強焊前基體表面檢查，基體有缺陷不能焊接;

3）活油管外表面焊縫部分去除鍍層，增加焊縫與基體的結(jié)合能力;

4）對通油管焊縫進(jìn)行抽樣試驗，控制質(zhì)量。

改進(jìn)后通油管焊縫開裂導(dǎo)致的內(nèi)泄反饋率明顯降低。

第三，液壓缸通油管伸出后發(fā)生彎曲。

原因分析：

1）油缸在使用過程中，通油管彎曲必定受到外力使其失穩(wěn)彎曲，外力有兩種形式：沿通油管軸線方向和垂直于通油管方向。油缸在使用過程中，通油管在大芯管內(nèi)往復(fù)運動，無垂直方向受力;油缸回收時，若大芯管內(nèi)油液阻塞或有壓力（未卸荷），通油管回收時會受阻力導(dǎo)致彎曲。

2）油缸全伸時，由于通油管撓度的存在，若油缸回收瞬間速度過快，有可能造成通油管受瞬間阻力導(dǎo)致彎曲。

改進(jìn)措施：對通油管長度進(jìn)行優(yōu)化，排除通油管過長或過短造成彎曲。

改進(jìn)后效果良好，無通油管彎曲現(xiàn)象發(fā)生。

第四，拉缸。

故障描述：1、活塞密封件、支承環(huán)均已損壞嚴(yán)重;2、活塞外圓、缸筒內(nèi)孔存在軸向拉傷，軸向位置為缸筒通體，徑向位置為液壓缸安裝位置的下方90°范圍內(nèi);3、活塞桿外圓完好無損傷。

原因分析：液壓缸使用過程中，導(dǎo)向套通過無油軸承和活塞桿接觸，活塞通過支承環(huán)和缸筒接觸，活塞和導(dǎo)向套作為油缸的前后兩個支撐點保證活塞桿軸向運動，通過拆檢反饋問題都是為活塞外圓與缸筒內(nèi)孔存在拉傷。因此分析活塞側(cè)支承存在問題，拉傷原因有以下幾點：

1）活塞外圓與缸筒內(nèi)孔間隙小，用戶在挖掘作業(yè)時異常受力造成活塞外圓與缸筒內(nèi)孔接觸造成拉傷;

2）活塞防松失效，活塞松動后影響活塞導(dǎo)向支承性能，在運動過程中造成活塞外圓與缸筒內(nèi)孔接觸;

3）活塞支承環(huán)抗壓強度不足，無法滿足主機(jī)側(cè)向力需求;

4）主機(jī)臂架強度低、位置精度不良，使油缸承受異常側(cè)向力，活塞支承無法滿足異常受力;

5）而支撐環(huán)的耐高溫性能不能滿足工況要求。

改進(jìn)措施：通過拆檢反饋油缸，測量缸底、耳環(huán)襯套銷軸孔內(nèi)徑、活塞桿全長跳動度和活塞桿活塞小頭端尺寸，沒有發(fā)現(xiàn)尺寸異常，油缸沒有受到異常外力而造成活塞桿變形。因此制定了一系列改進(jìn)措施：

1）減小活塞外圓尺寸，加大活塞與缸筒配合間隙;

2）增加活塞支承環(huán)寬度;

3）斗桿油缸活塞上支承環(huán)材質(zhì)都更改為JRF3012（TPI）。

經(jīng)過改進(jìn)后的油缸反饋良好，無任何損壞。

第五，導(dǎo)向套銹蝕。

故障描述：伸縮油缸的導(dǎo)向套在工作了一段時間后出現(xiàn)了銹蝕現(xiàn)象。

原因分析：

1）導(dǎo)向套內(nèi)孔密封溝槽尺寸超差或?qū)虿蛔?，防塵能力不足導(dǎo)致進(jìn)水銹蝕;

2）裝配損傷或O型圈材質(zhì)或規(guī)格選用錯誤導(dǎo)致的O型圈失效，軸座內(nèi)孔尺寸超差導(dǎo)致密封不嚴(yán)進(jìn)水銹蝕。

改進(jìn)措施：

1）針對主密封可能存在的硬度低導(dǎo)致耐沖擊、耐壓縮能力差的問題以及低壓刮油能力不足的現(xiàn)象，將主密封由丁腈橡膠材質(zhì)的USIY形圈更改為聚氨酯材質(zhì)的ISIY形圈;

2）針對外圓O型圈失效，油壓沖擊耐受力差的問題，將兩道O型圈由兩道橡膠更改為近壓端加整體聚氨酯擋圈，遠(yuǎn)壓端橡膠組合配置，增強沖擊耐受力，防止O型圈擠出失效。

3 液壓缸故障的預(yù)防措施

針對引起液壓缸故障的原因和相應(yīng)的改進(jìn)方式，提出以下預(yù)防措施：

1）設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)盡量減小油管的接頭高度，避免碰撞;安裝時油管接頭法蘭采用焊接式連接;操作人員嚴(yán)格按照說明書進(jìn)行操作，并在后期不定時進(jìn)行故障診斷與維護(hù)保養(yǎng)。

2）設(shè)計人員設(shè)計時盡量減小活塞外圓尺寸，增加活塞支承環(huán)寬度便于在安裝時加大活塞與缸筒配合間隙;

3）建議選適用于液壓缸工況的進(jìn)口密封或者國內(nèi)大品牌密封品牌和材質(zhì)，如聚氨酯;

4）車間上料前做好嚴(yán)密的基體表面銹蝕檢查，并嚴(yán)格控制鍍前拋光到電鍍工序的時間，保證出廠時無銹蝕現(xiàn)象;

5）對操作人員進(jìn)行專業(yè)的崗前培訓(xùn)，嚴(yán)禁不同工種流動作業(yè)，避免對液壓缸造成不必要的損失。

4 結(jié)語

本文所述的主要是徐州徐工液壓件有限公司所提供的一些液壓缸現(xiàn)場故障案例，就其故障原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了有效的改進(jìn)和預(yù)防措施，對實際故障檢修及故障排除有一定的指導(dǎo)作用。但這些只是引起液壓缸故障的部分原因，因此在實際生產(chǎn)中還需認(rèn)真分析液壓缸故障的根本原因，并有針對性地采取相應(yīng)的措施，在日常的維護(hù)保養(yǎng)工作中加以預(yù)防，不定時的進(jìn)行內(nèi)部檢查和故障測試診斷，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改正，這樣可以大大延長液壓缸的使用壽命，進(jìn)而更好的維持液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

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