三级伸缩缸外伸无序故障分析

刘 佳

石家庄煤矿机械有限责任公司随车起重机分公司，河北石家庄 050031

起重机多级吊臂伸缩原理有很多种，满足了不同工况的技术要求。这些结构主要有：多级伸缩缸形式、多级套筒缸形式，多级油缸带钢丝绳组形式，单级油缸带钢丝绳组形似，单缸自动插销式等[1]。多级伸缩缸形式是其中的一中重要的结构，这种油缸原理简单，维修方便，可以使吊臂的伸缩机构充分简化，并且能力大可以更大程度上满足吊臂的带载伸缩要求。但是在实际中多级油缸经常出现外伸无序的故障，本文以一种三级伸缩缸为例从原理和结构上具体分析了产生这种故障的原因和解决措施。

1 三级伸缩缸的总体结构

三级油缸由三根独立的油缸通过销轴上下连接和油路串联组成，油缸动作时先伸一级缸，再伸二级缸，最后伸三级缸。回缩时顺序正好相反

2 三级伸缩油缸顺序伸缩的原理

如图1所示多路阀处于中位。当阀芯移动一级缸A1口进油时，高压油经过中心管（图2序3号件）、单向阀5进入一级缸的无杆腔，一级缸开始外伸，有杆腔经油经过过B1口回油到多路阀和油箱。此时中心管和缸筒一起外伸，外伸到一定长度以后，中心管左端的套（图2序2号件）与活塞端内孔端面接触，中心管被迫停住，此时缸筒继续往外伸，中心管右侧的固定套将将单向阀7打开，使缸筒也停止运动。此时压力油经过单向阀7、油管、进入2级缸的A2口，并通过二级缸的中心管进入到二级缸的无杆腔，使二级缸外伸。回油经过B2、B1回到多路阀和油箱。与一级缸的原理相同，二级缸伸到一定程度，打开单向阀10并停止运动，高压油进入到三级缸A3口到达三级缸无杆腔，使三级缸外伸。这样一二三级油缸就完成了顺序外伸。

图1 伸缩缸原理图

1.多路换向阀；2.平衡阀；3.套；4.中心管；5、7、9、10.单向阀；6.固定套；8.撞块

当多路阀手柄动作使一级伸缩缸的B1口进油时，由于B1、B2、B3在结构上是相通的，所以二三级缸活塞杆腔也同时进高压油，由于单向阀5、9 是关闭的，一二级缸回油路不通，而单向阀10、7是打开的，三级缸活塞腔的油可经过A3、单向阀10、A2口、单向阀7、A1口回到换向阀，因此三级缸先缩。当三级缸缩到指定长度，缸筒上的撞块撞击二级缸上的撞块打开单向阀9.二级缸的回油路打通，二级缸开始回缩。同理，二级缸回缩到指定行程撞块打开单向阀5，一级缸回油路接通开始回缩。这样三二一级缸就完成了顺序回缩。

3 故障现象

生产组装过程中发现油缸并未按照设计要求顺序外伸。当一级缸外伸时二级缸也同时外伸，二级缸外伸时三级缸也是如此。回缩时按照顺序依次回缩并未产生故障

4 原因分析

经过分析原理图和对照结构图（图1）可知，在一级缸没有伸到最大行程时序10锥形阀芯不能打开，高压油进不到二级缸无杆腔，同理二级级缸高压油也进不到三级缸。故二三级缸外伸原因是序10与序11之间的锥度密封出现了泄漏。

图2 一级缸结构图

1.活塞杆；2.套；3.中心管；4.密封圈；5.密封圈；6.导向套；7.导向套内套；8.密封圈；9.密封圈；10.锥形阀芯；11.缸底

5 疑点排查

5.1 序10 序11之间由于配合不严导致漏油

为了查清原因，将序10与序11拆检后重新配研密封面并进行密封性试验。基本排除了锥面密封漏油的可能性。经过重新组装后故障依然存在，说明锥阀密封面漏油不是产生这种现象的根本原因。

5.2 锥阀尺寸有问题，导致高压油打开序5时也可将锥阀打开

设计上锥阀两侧面投影面积不同，两侧在结构上是互通的，在高压油作用下，压力差应该趋向与压紧密封面，如果两侧面积差超过设计范围，压力油在打开图2中序5时也可能打开序7导致此故障发生。经过拆检和重新计算，排除了锥阀的尺寸问题

5.3 弹簧弹力小或中心管动作时阻力太大抵消了弹簧的弹力

锥阀后面有一个弹簧，在中心管随着缸筒运动时，锥阀与缸底之间的密封是通过弹簧弹力压紧实现。当弹簧弹力小时，在中心管外伸过程中弹簧弹力不足以压紧锥面，或是中心管在外伸的过程中受到的摩擦力过大，抵消了弹簧的压紧力。经过拆检并测量弹簧弹力，弹簧弹力基本与设计相当。故主要原因只有可能是后者。

在机构图中可知中心管外伸过程中需要克服序4、序5、序7、序8、序9对中心管的摩擦阻力。如果其中一个孔超差，可能造成摩擦力增大。拆检各个零件并测量与中心管配合的孔的公差，并未发现明显超差的现象。另外一种原因是各个件与中心管的同轴度误差也会导致摩擦力增大，由于测量同轴度比较困难，采用了在公差允许范围内尽量减小中心管直径来抵消同轴度误差造成影响的办法。经过重新转配试验故障完全消失。

按照以上办法对二级缸进行了同样的处理，三级缸外伸的现象也得到了解决

综上所述，在加工过程中的同轴度误差导致的摩擦力过大导致锥阀不能密封到位是导致三级缸外伸无序的根本原因。为避免这种现象的发生在组焊缸底和加工各个与中心管相配合的孔时要提高同轴度精度，同时也可以采用适当加大弹簧弹力的方法加以辅助。

[1]张志文.起重机设计手册[M].北京：中铁道出版社，1997：180-187.