压缩式垃圾车专用推板油缸涨缸的机理分析及解决方法

2013-11-20陈广娟周梦瑜

枣庄学院学报 2013年2期

陈广娟，周梦瑜

(烟台职业学院，山东烟台 264670)

0 引言

随着我国城市化进程的不断加快，环卫车辆的需求也日渐加大，压缩式垃圾车就是最常见的环卫车辆之一.压缩式垃圾车部件推板油缸是压缩式垃圾车的重要执行元件，主要用来压缩垃圾以及推卸垃圾.推板油缸是一种结构比较特殊而复杂的多级伸缩式液压油缸［1］，在使用过程中常常会因涨缸现象而导致报废. 我们和烟台未来自动装备责任有限公司的专家经过反复地实验及研究，分析出了推板油缸涨缸的机理，并提供了可靠的解决方案.

1 推板油缸的结构及工作原理

1.1 推板油缸的结构

推板油缸的结构示意图(以三级为例)如图1 所示，它主要有外缸筒、组合件Ⅰ、组合件Ⅱ、组合件Ⅲ、前盖Ⅰ、前盖Ⅱ、前盖Ⅲ、密封件Ⅰ、密封件Ⅱ、密封件Ⅲ组成.

1.2推板油缸的工作原理

正常情况下，推板油缸的工作分为两部分:外伸过程和压缩过程［2］. 具体过程分析如下:

1.2.1 外伸过程

压力油从外伸油口K1 进入，经N 腔到H 腔，推动组合件Ⅰ、组合件Ⅱ及组合件Ⅲ同步向右运动，D 腔的回油经过油孔A、E 腔、过油孔B、F 腔、过油孔C 到G 腔，通过回缩油口K2 回液压站;组合件Ⅰ触碰到前盖Ⅰ后停止运动，组合件Ⅱ及组合件Ⅲ继续同步向右运动，E 腔的回油经过油孔B、F 腔、过油孔C、G 腔、回缩油口K2 回液压站;组合件Ⅱ触碰到前盖Ⅱ后停止运动，组合件Ⅲ继续向右运动，F 腔的回油经过油孔C、G 腔、回缩油口K2 回液压站.组合件Ⅲ触碰到前盖Ⅲ后停止运动，此时推板油缸全部伸出，达到最大行程［3］.

1.2.2 回缩过程

压力油从回缩油口K2 进入，经G 腔、过油孔C 到F 腔，推动组合件Ⅲ向左运动;组合件Ⅲ触碰到组合件Ⅱ后，压力油经过油口B 到E 腔，推动组合件Ⅱ(与组合件Ⅲ同步)向左运动;组合件Ⅱ触碰到组合件Ⅰ后，压力经过油口A 到D 腔，推动组合件Ⅰ(与组合件Ⅱ及组合件Ⅲ同步)向左运动;组合件Ⅰ触碰到后盖(外缸筒)后，推板油缸全部缩回.在整个回缩过程中，H 腔的回油经N 腔、外伸油口K1 回液压站［4］.

2 涨缸机理分析

以往的推板油缸在使用过程中时常产生涨缸现象(即某一层缸筒外径变大)而导致报废［5］，其原因是外伸过程中出现乱级，即组合件Ⅰ还未达到终点时组合件Ⅱ就开始与之相对运动(或组合件Ⅱ还未达到终点时组合件Ⅲ就开始与之相对运动)，这样就会出现如图2 所示的瞬间状态:密封圈Ⅱ封住过油孔A(或密封圈Ⅰ封住过油孔B)，D 腔内的液压油不能排出，而H 腔压力油(20 ～25MPa)的作用面积为最大一级活塞的左侧全面积，其与D 腔环形横截面面积之比＜5:1，所以D 腔的油压瞬间升至100MPa 以上，超过了外缸筒材料的屈服极限，致使外缸筒向外产生永久变形［6］，便影响了使用甚至报废. 图2 所示为推板油缸涨缸状态示意图.

3 解决涨缸问题的措施

既然涨缸是因推板油缸外伸时乱级导致某一级前腔瞬间封闭而压力骤然巨升引起的［7］.那么首先得解决乱级，然后再解决压力升高. 如图3 所示，在油缸的各级活塞增加了起动面积控制结构，各级活塞杆(缸筒)增加了泄压孔.最大一级活塞的右端面、第二级活塞的左右端面及最小一级活塞的左端面均具有较低的粗糙度，而且相互间的平行度很高(通过分别保证与各自中心线的垂直度来实现)，它们相互贴合后，结合面不会过油.最大一级的起动面积为φT 与φS 面积之差，第二级的起动面积为Q1 腔的环形横截面面积(压力油经起动孔1 进入Q1 腔)，最小一级的起动面积仅为φS 的面积. 三级所受的外伸作用力(油压作用力与静摩擦阻力之差，最小一级还要减去负载力)之比大于9:3:1(在大多数情况下如此，也有例外情况，见下文). 最大一级起动后，三级同步向右运动;最大一级到达终点后，第二级和最小一级继续同步向右运动. 此时虽然最小一级的受压面积增加了Q2 腔的环形横截面面积(压力油经起动孔2 进入Q2 腔)，但第二级的受压面积更是增加了φZ 与φS 面积之差;第二级到达终点后，最小一级继续向右运动直至达到多级缸的最大行程.这样就避免了乱级，也就基本避免了涨缸现象.

当然也有例外情况:当组合件Ⅰ的活塞密封圈沟槽底径和活塞杆外径处于上差，同时外缸筒的内径和前盖Ⅰ活塞杆密封圈沟槽底径处于下差，特别是当外缸筒内孔的形位公差(圆度、圆柱度、直线度、右端内螺纹的同轴度)处于上限，组合件Ⅰ所受静摩擦阻力达到最大值，它的起动力就有可能小于第二级(同理第二级的起动力也有可能小于第三级)，这时还会出现泄压防涨的状态［8］，但因为泄压孔a(泄压孔b)的存在，D 腔(E 腔)内不会生成高压，最终与H 腔同压，形成差动状态，同样能正常地完成最大工作行程，不会涨缸，如图4 所示.