多級套筒伸縮式雙作用液壓缸故障原因分析及對策

1．故障現(xiàn)象

    某產(chǎn)品上選用的兩級套筒伸縮式雙作用液壓缸，活塞與套筒采用螺紋嵌套式，在加工工藝上與活塞式單作用油缸相同，質(zhì)量上易保證，可靠性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。某次頂升作業(yè)后檢修，發(fā)現(xiàn)活塞桿拉傷，出現(xiàn)泄漏；同時(shí)油缸出現(xiàn)卡阻，一級活塞桿縮不回的現(xiàn)象。為避免更大事故的發(fā)生，對該多級油缸進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向限位部分已產(chǎn)生塑性變形，平坦的臺階邊沿?fù)p壞，尖銳的鐵屑將活塞桿的鍍鉻層劃傷，進(jìn)一步損壞了密封圈，引起了油缸的泄漏；同時(shí)空載縮缸時(shí)回油背壓較高，壓力損失很大。

2．原因分析

    對油缸進(jìn)行了分析，多級套筒伸縮式雙作用油缸出于白身結(jié)構(gòu)的考慮，其缸徑和活塞桿直徑的選擇都偏大，如圖R所示。一級缸徑和桿徑分別為φ200mm、φ190mm，二級缸徑和桿徑分別為φl60mm、φ150mm。每級油缸每邊只有5mm的間隙，通常油缸從最大的一級開始逐級伸出，即φ200mm油缸帶著套在其內(nèi)的第二級最先移動(dòng)，在一級行程完全伸出后，下一級才開始伸出；而在縮回時(shí)，最小的一級完全縮進(jìn)以后，下一級才開始移動(dòng)，逐級縮回到缸筒內(nèi)。由于每一級活塞與導(dǎo)向限位接觸面非常小，如果油缸伸出速度較快，活塞就會(huì)與限位處發(fā)生碰撞，長期碰撞會(huì)引起導(dǎo)向限位部位發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致活塞桿發(fā)卡，劃傷鍍鉻層，油缸的反復(fù)伸縮會(huì)進(jìn)一步損傷密封圈，從而造成卡阻和泄漏。所選用油缸第一級速比10.5，二級速比8.25，當(dāng)?shù)谝患壣斐龅轿缓螅嗤髁窟M(jìn)人第二級，其伸出速度增大，而油缸沒有設(shè)計(jì)緩沖裝置，快速伸出的活塞在行程末端會(huì)撞擊導(dǎo)向部位，該部位未經(jīng)特殊處理，時(shí)間長后就產(chǎn)生了故障。至于縮缸時(shí)回油背壓高，主要是由于多級缸的速比較大引起，同樣的油量進(jìn)入有桿腔，無桿腔排油量成數(shù)十倍的擴(kuò)大，而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，大都是按泵的供油量進(jìn)行選擇的，忽略了由速比引起的流量增加，油缸級數(shù)越多，影響越大，系統(tǒng)背壓的增加也就越大，從而出現(xiàn)空載縮缸時(shí)需要加大發(fā)動(dòng)機(jī)油門或消耗功率的怪現(xiàn)象。

3．對策

    如果能降低油缸伸出速度，讓其平緩到達(dá)行程終點(diǎn)，就可解決碰撞問題。因此對液壓原理進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，原理如圖S所示。

    多級缸伸出時(shí)，電磁換向閥3處于右位，節(jié)流閥2先對泵的來油進(jìn)行了調(diào)節(jié)，有桿腔的回油通過單向節(jié)流閥6的單向閥回油箱，同時(shí)高壓油將液控單向閥4封閉，使油缸的伸出速度可控，避免發(fā)生高速撞擊。當(dāng)多級缸縮回時(shí)，電磁換向閥3處于左位，節(jié)流閥2先對泵的來油進(jìn)行了調(diào)節(jié)，單向節(jié)流閥6根據(jù)速度要求對流量進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，同時(shí)高壓油通往液控單向閥4的控制口，將液控閥打開，使其反向流通，無桿腔的回油一路經(jīng)液控閥4和節(jié)流閥5回油箱，節(jié)流閥5可調(diào)節(jié)背壓，防止縮回太快而在無桿腔產(chǎn)生真空，引起系統(tǒng)振動(dòng)和噪聲；無桿腔排出的另一路液壓油可經(jīng)電磁換向閥，經(jīng)T1口回油箱。