三級伸縮缸外伸無序故障分析

劉 佳

石家莊煤礦機械有限責任公司隨車起重機分公司，河北石家莊 050031

起重機多級吊臂伸縮原理有很多種，滿足了不同工況的技術要求。這些結構主要有：多級伸縮缸形式、多級套筒缸形式，多級油缸帶鋼絲繩組形式，單級油缸帶鋼絲繩組形似，單缸自動插銷式等[1]。多級伸縮缸形式是其中的一中重要的結構，這種油缸原理簡單，維修方便，可以使吊臂的伸縮機構充分簡化，并且能力大可以更大程度上滿足吊臂的帶載伸縮要求。但是在實際中多級油缸經常出現外伸無序的故障，本文以一種三級伸縮缸為例從原理和結構上具體分析了產生這種故障的原因和解決措施。

1 三級伸縮缸的總體結構

三級油缸由三根獨立的油缸通過銷軸上下連接和油路串聯組成，油缸動作時先伸一級缸，再伸二級缸，最后伸三級缸。回縮時順序正好相反

2 三級伸縮油缸順序伸縮的原理

如圖1所示多路閥處于中位。當閥芯移動一級缸A1口進油時，高壓油經過中心管（圖2序3號件）、單向閥5進入一級缸的無桿腔，一級缸開始外伸，有桿腔經油經過過B1口回油到多路閥和油箱。此時中心管和缸筒一起外伸，外伸到一定長度以后，中心管左端的套（圖2序2號件）與活塞端內孔端面接觸，中心管被迫停住，此時缸筒繼續往外伸，中心管右側的固定套將將單向閥7打開，使缸筒也停止運動。此時壓力油經過單向閥7、油管、進入2級缸的A2口，并通過二級缸的中心管進入到二級缸的無桿腔，使二級缸外伸。回油經過B2、B1回到多路閥和油箱。與一級缸的原理相同，二級缸伸到一定程度，打開單向閥10并停止運動，高壓油進入到三級缸A3口到達三級缸無桿腔，使三級缸外伸。這樣一二三級油缸就完成了順序外伸。

圖1 伸縮缸原理圖

1.多路換向閥；2.平衡閥；3.套；4.中心管；5、7、9、10.單向閥；6.固定套；8.撞塊

當多路閥手柄動作使一級伸縮缸的B1口進油時，由于B1、B2、B3在結構上是相通的，所以二三級缸活塞桿腔也同時進高壓油，由于單向閥5、9 是關閉的，一二級缸回油路不通，而單向閥10、7是打開的，三級缸活塞腔的油可經過A3、單向閥10、A2口、單向閥7、A1口回到換向閥，因此三級缸先縮。當三級缸縮到指定長度，缸筒上的撞塊撞擊二級缸上的撞塊打開單向閥9.二級缸的回油路打通，二級缸開始回縮。同理，二級缸回縮到指定行程撞塊打開單向閥5，一級缸回油路接通開始回縮。這樣三二一級缸就完成了順序回縮。

3 故障現象

生產組裝過程中發現油缸并未按照設計要求順序外伸。當一級缸外伸時二級缸也同時外伸，二級缸外伸時三級缸也是如此。回縮時按照順序依次回縮并未產生故障

4 原因分析

經過分析原理圖和對照結構圖（圖1）可知，在一級缸沒有伸到最大行程時序10錐形閥芯不能打開，高壓油進不到二級缸無桿腔，同理二級級缸高壓油也進不到三級缸。故二三級缸外伸原因是序10與序11之間的錐度密封出現了泄漏。

圖2 一級缸結構圖

1.活塞桿；2.套；3.中心管；4.密封圈；5.密封圈；6.導向套；7.導向套內套；8.密封圈；9.密封圈；10.錐形閥芯；11.缸底

5 疑點排查

5.1 序10 序11之間由于配合不嚴導致漏油

為了查清原因，將序10與序11拆檢后重新配研密封面并進行密封性試驗。基本排除了錐面密封漏油的可能性。經過重新組裝后故障依然存在，說明錐閥密封面漏油不是產生這種現象的根本原因。

5.2 錐閥尺寸有問題，導致高壓油打開序5時也可將錐閥打開

設計上錐閥兩側面投影面積不同，兩側在結構上是互通的，在高壓油作用下，壓力差應該趨向與壓緊密封面，如果兩側面積差超過設計范圍，壓力油在打開圖2中序5時也可能打開序7導致此故障發生。經過拆檢和重新計算，排除了錐閥的尺寸問題

5.3 彈簧彈力小或中心管動作時阻力太大抵消了彈簧的彈力

錐閥后面有一個彈簧，在中心管隨著缸筒運動時，錐閥與缸底之間的密封是通過彈簧彈力壓緊實現。當彈簧彈力小時，在中心管外伸過程中彈簧彈力不足以壓緊錐面，或是中心管在外伸的過程中受到的摩擦力過大，抵消了彈簧的壓緊力。經過拆檢并測量彈簧彈力，彈簧彈力基本與設計相當。故主要原因只有可能是后者。

在機構圖中可知中心管外伸過程中需要克服序4、序5、序7、序8、序9對中心管的摩擦阻力。如果其中一個孔超差，可能造成摩擦力增大。拆檢各個零件并測量與中心管配合的孔的公差，并未發現明顯超差的現象。另外一種原因是各個件與中心管的同軸度誤差也會導致摩擦力增大，由于測量同軸度比較困難，采用了在公差允許范圍內盡量減小中心管直徑來抵消同軸度誤差造成影響的辦法。經過重新轉配試驗故障完全消失。

按照以上辦法對二級缸進行了同樣的處理，三級缸外伸的現象也得到了解決

綜上所述，在加工過程中的同軸度誤差導致的摩擦力過大導致錐閥不能密封到位是導致三級缸外伸無序的根本原因。為避免這種現象的發生在組焊缸底和加工各個與中心管相配合的孔時要提高同軸度精度，同時也可以采用適當加大彈簧彈力的方法加以輔助。

[1]張志文.起重機設計手冊[M].北京：中鐵道出版社，1997：180-187.