浅析液压缸的失效形式及预防措施

2018-02-17李树茂

现代制造技术与装备 2018年9期

李树茂邱健陈亮

（济南重工股份有限公司，济南 250109）

1 研究背景

液压缸作为液压传动系统中的执行元件，将液压能转化为机械能做直线往复运动（或摆动运动）。其结构简单、运行平稳、工作可靠，因此，广泛应用于工程机械、冶金、铸造、汽车、机床、军工等领域。在工程中零部件失去原有设计所规定的功能称为失效。失效包括：完全丧失原定功能；功能降低和有严重损伤或隐患；继续使用会失去可靠性及安全性。为延长液压缸的使用寿命和提高液压缸的可靠性，对液压缸的失效形式进行分析并提出预防措施就显得非常重要。

2 液压缸的失效形式及预防措施

第一，液压缸活塞杆和活塞的脱离不能提供有效的拉力。保证液压缸寿命及其可靠性的充要条件是液压缸的运动部件必须有正确的运动轨迹。因此，站在液压缸设计角度，活塞杆和活塞必须可靠连接。通常情况下，液压缸活塞通过螺纹与活塞杆连接，然后在活塞杆超出活塞端旋入锁紧螺母，为使活塞紧固，可以在锁紧螺母与活塞杆螺纹处配作紧定螺钉。

第二，活塞杆螺纹端与耳环连接处发生断裂。在液压缸初期计算过程中，就应充分考虑液压缸的工作频率、安装形式和负载大小及方向；在活塞杆螺纹的设计中避免与活塞杆出现大的过渡台阶；活塞杆的连接螺纹一般为2～3级公制螺纹，退刀槽不应清根，以减小应力集中，提高疲劳强度。特别注意：如经过分析液压缸会受到与轴线方向成角度的力，可以在液压缸活塞杆耳环内加装关节轴承，有效防止侧向载荷对液压缸造成破坏。

第三，液压缸活塞杆伸出后发生弯曲。液压缸在设计过程中应根据工况进行受力分析，计算活塞杆的直径，校核活塞杆的强度和挠度，确保在设计压力范围内不会发生弯曲变形。对于冲击振动较大的活塞杆，可以选用55钢或40Cr钢制造。

第四，液压缸前端盖螺纹脱落或螺钉拉断而发生崩裂。在一些中低压液压缸中，前端盖与缸筒经常采用2a级精度的公制螺纹连接。当液压缸运行到全行程终点，液压冲击形成的尖峰压力作用在前端盖上，如果螺纹连接不足以克服这个力，前端盖就会和缸筒脱离发生事故，危及人身安全。为避免上述事故发生，在设计液压缸时根据材料力学和设计要求首先对连接处的螺纹进行强度校核；其次前端盖和缸筒可以选用抗拉强度较高的45#钢和27SiMn等材料加工。

第五，液压缸缸筒发生变形。缸筒内径的圆度、圆柱度误差不大于直径尺寸公差的一半；缸筒轴线的直线度误差在500mm长度上不大于0.03mm；缸筒端面对轴线的圆跳动在100mm的直径上不大于0.04mm。液压缸运行中由于负载突然增大导致缸筒发生变形发生内泄漏，压力损失增加，液压系统效率降低；如果此变形严重甚至引起拉缸，破坏缸筒内表面的光洁度。为避免缸筒变形在设计时一定要根据材料力学对缸筒按照四种不同的理论进行强度校核。

第六，液压系统气蚀所致液压缸内壁、活塞和活塞杆表面形成蜂窝状的孔穴和斑点。液压油流经管路、控制阀门等尖角部位及弯管时，液压油温度会升高产生气泡，气泡流进高压区后发生破裂，瞬间产生的高温高压显微射流和冲击力反复作用在液压缸零部件的表面造成气蚀。液压缸一旦发生气蚀，活塞杆和活塞上的密封件在运行过程中会被气蚀留下的孔穴划伤，从而引起液压缸漏油。在实际应用中选用质量较好和牌号适宜的液压油，可有效防止液压油在工作过程中产生气泡，选用合适的液压油添加剂可有效抑制液压油混浊或者水化减少气泡产生。

第七，液压缸运行过程中由负载惯性引起的冲击影响了设备运行的平稳性。为使液压缸运行平稳经常在液压缸行程终点设置缓冲，可通过调节缓冲节流阀调节缓冲的强弱，从而有效降低液压冲击，提高设备运行可靠性。

第八，带液压锁的液压缸在工作过程中经常发生故障停止运行。液压缸为保压经常会在油缸口设计互锁的两个液控单向阀。其中，只要一个液控单向阀发生故障，液压缸封闭腔的油无法回到油箱，液压缸会停止在某个位置。为避免液压缸不受控制发生故障，要经常检查液压系统油液的清洁度，减少液压阀引起的油缸故障。

第九，液压缸在运行过程中发生间歇性的跟进和停顿。首先在液压缸设计过程中活塞杆与导向套采用H8/f8配合，密封圈沟槽深度和宽度严格按照国家标准或者密封件厂家推荐的公差进行设计，避免由于密封件与活塞杆摩擦力太大导致液压缸出现抖动爬行现象；其次，液压系统中不可避免会混入空气形成气泡，混入空气的高压油驱动油缸就会出现间歇性停顿，严重时会出现液压冲击。通常在液压缸的有杆腔和无杆腔设置排气螺塞，当发现油缸出现爬行抖动时，用扳手旋松排气螺塞，让油缸在低压状态往复运行多次直到螺塞流出均匀的液压油为止。

第十，液压缸耳环与销轴发生变形无法精确定位。液压缸耳环与销轴配合必须考虑润滑，通常耳环内孔要安装耐磨自润滑铜套，即使发生变形更换新的铜套可以快速恢复正常工作状态；如果是关节轴承与销轴的配合则必须在耳环上设置油杯定期润滑，避免耳环与销轴发生干摩擦损坏变形。

第十一，液压缸活塞杆与缸筒之间增设防尘罩。液压缸在运行过程中，生产现场的粉尘等颗粒会落在活塞杆上，当活塞杆缩回时少量粉尘就会随活塞杆进入油缸污染液压系统。防尘罩是一种采用橡胶或尼龙、帆布等材料（在高温工作场合时，可用氯丁橡胶和耐火石棉材料）制作而成的可伸缩装置，可以有效防止污物灰尘等落在活塞杆上。