液壓缸拉缸故障探討

金璐玫

摘 要：本文以MOB40*200型號(hào)液壓缸為研究對(duì)象，分析液壓缸產(chǎn)生拉缸故障的原因、現(xiàn)象、危害、拉缸泄漏量，提出液壓缸拉缸的解決方法。

關(guān)鍵詞：液壓缸;故障;故障分析

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的上升，工程機(jī)械是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，在工程機(jī)械中，液壓缸占據(jù)至關(guān)重要的作用，絕大多數(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是依靠液壓缸來(lái)完成，其密封性能的好壞直接影響液壓缸、甚至整機(jī)的工作性能。根據(jù)工況的不同，許多工程機(jī)械工作在高強(qiáng)度、環(huán)境惡劣和載荷多變等場(chǎng)合，這樣液壓缸很容易發(fā)生故障，使得液壓缸無(wú)法到達(dá)預(yù)期的效果，嚴(yán)重時(shí)甚至使機(jī)械設(shè)備無(wú)法正常工作并處于癱瘓的狀態(tài)。

1 液壓缸拉缸的表現(xiàn)跡象

拉缸是指在缸套內(nèi)表面與活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)接觸的區(qū)域內(nèi)，發(fā)生有上下刮傷紋跡的現(xiàn)象。拉缸現(xiàn)象多發(fā)生在有活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸及油缸缸體內(nèi)表面，引起缸璧和活塞表面的不規(guī)則的條狀擦傷，其深度和長(zhǎng)度不等。發(fā)生拉缸會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的內(nèi)泄露，使缸體不能正常工作。

以MOB40*200型號(hào)液壓缸為例，液壓缸常見(jiàn)的典型故障形式之一便是內(nèi)泄漏，亦即油液在液壓缸筒內(nèi)部有桿腔與無(wú)桿腔之間的滲透流動(dòng)，液壓缸內(nèi)泄漏既是降低效率、影響安全、定位精度不足的重要因素，又是液壓缸產(chǎn)生各種故障的誘因之一，這種故障在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)不易觀察，而且液壓缸內(nèi)泄漏不便于維修。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，液壓缸拉缸故障是形成液壓缸內(nèi)泄漏的主要原因之一。因此，液壓缸拉缸引起的內(nèi)泄漏問(wèn)題已成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界所日益重視的熱點(diǎn)問(wèn)題。

分析導(dǎo)致液壓缸拉缸的原因，要通過(guò)拉缸的損壞形式即表現(xiàn)現(xiàn)象來(lái)總結(jié)歸納。拉缸會(huì)導(dǎo)致液壓缸內(nèi)壁和活塞接觸處間隙變大，引起液壓缸內(nèi)泄漏。

因?yàn)槔桩a(chǎn)生在液壓缸缸筒內(nèi)壁，無(wú)法在不拆解液壓缸的情況下，判斷液壓缸是否存在拉缸。通過(guò)實(shí)地調(diào)研液壓缸工作情況和經(jīng)驗(yàn)，可歸納一些液壓缸拉缸的表現(xiàn)跡象：①液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)聲音刺耳。②液壓缸運(yùn)動(dòng)速度緩慢，無(wú)法預(yù)先設(shè)定的速度。③液壓缸產(chǎn)生振動(dòng)、爬行。

2 液壓缸拉缸的原因

拉缸拉傷的形態(tài)多樣化，所以造成拉缸的原因也多樣化。一般是由于液壓缸缸筒和活塞處的干摩擦太大，導(dǎo)致接觸面拉傷現(xiàn)象。通常的原因如下：

①液壓缸缸筒內(nèi)壁本身具有輕微劃傷﹐液壓缸日常工作中伴隨油溫的升高，累積形成拉缸。②裝配和制造時(shí)工藝不過(guò)關(guān)，導(dǎo)致缸體內(nèi)依附塵粒、鐵屑等異物，在液壓缸工作的時(shí)候，擠壓與磨損缸體，造成拉缸。③液壓油內(nèi)存在雜質(zhì)混入缸筒內(nèi)部導(dǎo)致拉缸。④由于安裝誤差，液壓缸受到偏載荷作用，活塞桿出現(xiàn)撓度變形，導(dǎo)致拉缸。

綜上所述，導(dǎo)致拉缸的主要因素是缸筒內(nèi)壁和活塞之間粗糙度過(guò)大、接觸處油膜邊界受到破壞，使得缸筒內(nèi)壁損傷。

3 液壓缸拉缸的危害

液壓缸拉缸的危害在整個(gè)液壓系統(tǒng)中是一個(gè)不確定因素，主要有以下不良后果：

①液壓缸拉桿的初始拉痕，產(chǎn)生的內(nèi)泄漏量較少，所以危害較小。②當(dāng)液壓缸拉缸有初始拉痕，繼續(xù)工作，會(huì)加重液壓缸內(nèi)壁拉傷的程度，內(nèi)泄漏也會(huì)變大，液壓缸工作效率受到影響。③當(dāng)液壓缸拉傷很?chē)?yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)液壓系統(tǒng)癱瘓，還會(huì)導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。

以上不良后果可知液壓缸拉缸最直接的影響就是導(dǎo)致液壓缸出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)泄漏，最終促使液壓缸無(wú)法繼續(xù)工作。液壓缸密封性能直接會(huì)影響到設(shè)備性能，尤其是較大型液壓缸出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象，在高壓環(huán)境下工作以及設(shè)備的沖擊，液壓缸內(nèi)的密封圈被反復(fù)擠壓、剪切導(dǎo)致密封件失效，使得設(shè)備無(wú)法工作，換密封圈也解決不了根本問(wèn)題，拉缸的修復(fù)比較困難且耗費(fèi)時(shí)間。

4 液壓缸拉缸泄漏量計(jì)算

由于在實(shí)際工程中液壓缸拉缸的形狀、長(zhǎng)度、寬度、深度各不相同，所以目前沒(méi)有專門(mén)針對(duì)液壓缸拉缸內(nèi)泄漏量的計(jì)算公式，本論文針對(duì)一種拉傷形式，如下圖1所示，建立泄漏模型，計(jì)算液壓缸在活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中大致的泄漏量。

（1）忽略在拉傷處密封圈的回彈量。為了保證液壓缸的密封性，液壓缸活塞上的密封圈可壓縮，密封圈的材料越硬，防擠出的能力就越強(qiáng)。由于本文研究的拉傷形式的寬度很小，為了簡(jiǎn)化模型，忽略在拉傷處密封圈的回彈量。

（2）忽略活塞和拉傷處活塞受徑向力的作用。本文討論的拉傷研究不考慮活塞的拉傷，因此認(rèn)為液壓缸缸筒內(nèi)壁和密封圈完全接觸，不考慮液壓缸缸筒與活塞之間產(chǎn)生的偏心環(huán)形間隙對(duì)流量的影響。

（3）忽略活塞和缸筒相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)流量產(chǎn)生剪切力的影響。因?yàn)榛钊屠瓊幍慕佑|面積很小，所以不考慮活塞和缸筒相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)流體產(chǎn)生的剪切力的影響。

本論文是在工作缸運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，即活塞是運(yùn)動(dòng)的，所以在整個(gè)工作過(guò)程中泄漏都是存在的。人工預(yù)制的拉傷缺口，圖1所示，橫截面是一個(gè)三角形，寬度為L(zhǎng)，深度為H，長(zhǎng)度貫穿活塞所能運(yùn)動(dòng)位置。將液壓缸拉缸內(nèi)泄漏情況看作流體流過(guò)孔口的現(xiàn)象，孔口泄漏量根據(jù)出流狀態(tài)不同（層流和紊流），有細(xì)長(zhǎng)孔和薄壁孔兩種。現(xiàn)實(shí)拉缸中，拉缸的形狀是不規(guī)則的復(fù)雜形式，一般孔長(zhǎng)比孔徑大得多。本文簡(jiǎn)化的模型孔的長(zhǎng)度和直徑之比1/d>4，所以用細(xì)長(zhǎng)孔的計(jì)算公式來(lái)模擬液壓缸靜止內(nèi)泄漏的量。將拉傷缺口三角形橫截面的面積等價(jià)于細(xì)長(zhǎng)孔圓形截面的面積，求得細(xì)長(zhǎng)孔的直徑，得出液壓缸靜止內(nèi)泄漏量。但是隨著活塞的運(yùn)動(dòng)，有一部分液體暴露在高壓腔，需要減去這一部分流量，所以動(dòng)態(tài)泄漏量公式為：

式中，d——孔的直徑;ΔΡ——孔的前后壓差;μ—液體的動(dòng)力粘度;L—密封圈的厚度;v—液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)速度;。通過(guò)上式，計(jì)算拉缸泄漏量為下表1所示：

5 液壓缸拉缸的解決方法

為了防預(yù)拉桿出現(xiàn)，在組裝液壓缸的時(shí)候嚴(yán)格執(zhí)行油缸組裝工序的工藝紀(jì)律，保證零件清潔、帶油組裝;加強(qiáng)油路及液壓油檢查，保證油品及油路清潔暢通;加強(qiáng)舉升機(jī)構(gòu)裝配過(guò)程的檢驗(yàn)試驗(yàn)，保證升降靈活不偏位。如果一旦出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象，則一般解決拉缸問(wèn)題的方法有：①對(duì)于拉缸早期，會(huì)對(duì)拉傷位置進(jìn)行去毛刺處理使缸筒內(nèi)壁光滑，更換合適的密封圈。②對(duì)于拉缸中期，可用“修補(bǔ)法”即補(bǔ)焊缸筒后消除應(yīng)力再精加工到合適尺寸。③對(duì)于拉缸晚期，只有更換新的缸筒。為了提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障，安排進(jìn)廠修復(fù)，研究液壓缸拉缸對(duì)內(nèi)泄漏的影響非常重要。

6 結(jié)束語(yǔ)

我們需要充分重視液壓缸拉缸現(xiàn)象，防微杜漸，避免液壓缸發(fā)生故障。

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