电控气动塞拉门用无杆气缸泄露问题分析及优化设计

刘建秋 何秀全 张旭良 刘欣 胡喆

摘 要：基于无杆气缸密封原理，通过检测某车型电控气动塞拉门使用的F品牌无杆气缸泄露量、密封结构，对比分析影响泄漏量的元器件，确认无杆气缸泄露问题原因，制定可行性优化方案，并对新方案进行了实物测试验证。无杆气缸泄露问题的分析和改进，有利于降低气动塞拉门故障率，提升车辆运营可靠性，同时对无杆气缸的设计具有参考意义。

关键词：电控气动塞拉门;无杆气缸;泄露量;优化设计

中图分类号：U270.386 文献标识码：A

1 概述

车门是旅客上、下车通道，是列车重要组成部分。车门按照驱动方式可分为电控气动和电控电动两种类型;电控气动塞拉门具有控制简单、成本低、易于維护等优点，广泛运用于25T、青藏线等车型上。在某车型电控气动塞拉门运营维护过程中，发生多起无杆气缸泄露故障，降低了车门运营可靠性。本文通过对泄露无杆气缸检测，确认气缸泄露机理，制定改进方案，并对方案验证。

如图1所示，无杆气缸在两端缸盖内侧固定有聚氨脂密封带和防尘不锈钢带用于密封和防尘。活塞架穿过缸体上的槽口，将活塞与滑块连成一体，活塞带动固定在滑块上的执行机构实现往复运动。当气缸动作时，活塞一端腔体充气，密封带在气压的作用下与缸筒内壁紧密贴合，从而实现密封的功能。

2 故障件测试

2.1 检测对象

检测对象为7根F品牌无杆气缸故障件，编号见表1。

2.2 检测过程

（1）初始泄露量测试。用0.65 MPa气压检测泄漏量，气压密闭实验1 min，要求压降小于100 sccm标准，检测结果见表2。

测试数据显示泄漏量均超100 sccm;泄露点在密封带、缸筒与活塞密封圈三点密封处。

（2）清理后泄露量复测。拆解故障件无杆气缸，检查和清理活塞，如图2、表3所示。

由表3可知，无杆气缸活塞普遍存在异物杂质，经清理后，在相同工况下测量缸体泄露量，测量结果见表4。

由表4可以看出，清理杂质后有QL7397、QL957和QL5140气缸的泄漏量满足标准要求，但QL7397、QL957泄漏量接近100 sccm标准值。对比表3和表4，可初步判定无杆气缸活塞区域的微小异物对气缸泄露量的影响较小。

（3）更换密封带、密封圈后测量气缸泄露量。对拆解清理后检测仍不合格的 QKD19、QKN320气缸做更换密封带处理，对QKD11、QKD186气缸做更换密封圈处理，在相同工况下检测泄漏量，如表5所示。

如表4和表5所示，QKN320气缸仍然漏气严重;更换密封带和密封圈可以有效降低泄漏量;更换密封圈的泄漏量明显优于更换密封带。

再对QKN320气缸做更换密封圈并进行泄漏量检测。为了检验效果，对拆解清理后的QL957气缸做更换密封带及密封圈处理并泄漏量检测，如表6所示。

检测结果表明同步更换密封圈及密封带的缸体气密性状态较好，特别是QKN320无杆气缸泄漏量测试无限接近“0”sccm。

2.3 小结

综上所述，微小异物对无杆气缸泄漏量影响较小;更换密封带、密封圈对无杆气缸泄漏量影响较大，且更换密封圈的效果优于更换密封带。

3 气缸泄漏问题原因分析

从现车故障件检测数据可以看出，无杆气缸泄露超标与密封带、密封圈有关，而无杆气缸密封失效主要形式是O型密封圈与密封带之间密封失效、活塞密封圈与密封带之间密封失效，与现车问题原因吻合。

3.1 O型密封圈回弹力不足

F品牌的无杆气缸的O型圈与密封带之间采用软密封结构，当受到气压作用O型圈发生形变时，O型圈相对于密封带的密封位置会有微小的变化;该品牌O型圈回弹力不足，在密封边缘形成漏气现象。

3.2 气缸活塞密封圈、支撑柱位置分析

F品牌无杆气缸的活塞密封圈唇口凸起小，支撑柱夹角为31.5°，在密封带、缸筒与活塞圈的3点交汇处，若长时间没有压力，突遇瞬间加压就会出现压缩量不足，造成泄露量超标问题。

4 气缸泄漏故障改进与验证

加大了弧形凸起，减少了接触面积，如图4所示。

支撑柱夹角由31.5°优化改进为34°，使得两个中心点处于缸筒、密封带、活塞密封圈的三点结合处，确保突遇瞬间加压，此处压缩量满足密封要求。

结构优化设计试验验证：

分别取F品牌该款无杆气缸3根新件（F1、F2、F3）、更换优化密封圈的故障件3根（FG1、FG2、FG3），静置于实验台上，在气压0.6 MPa、工作周期9 s条件下，进行50万次寿命试验，观察无杆气缸动作状况、密封性能及各密封件状态。

试验数据表明，静态工作的无杆气缸在完成50万次寿命试验后，装有优化密封圈的无杆气缸FG1、FG2、FG3泄露量变化较小。

5 总结

通过无杆气缸故障件泄漏量的测试，并对故障件进行了拆解，分析了影响无杆气缸气密性能的因素，论证了无杆气缸密封性能失效形式，解决了F品牌该款无杆气缸故障件O型密封圈回弹力不足、气缸活塞密封圈和支撑柱位置设计缺陷问题，提高了无杆气缸可靠性，确保车门可靠有效运营。