液壓油缸結構改進技術分析

摘要：在工程建筑、制造業、礦山開采等多個行業中，液壓設備有著十分廣泛的應用。液壓油缸作為液壓設備的核心組成部件，其可靠運行直接影響到液壓設備整體運行的可靠性。本文對液壓油缸結構的改進擊數進行了一定分析，希望能夠在一定程度上提高液壓設備運行的可靠性和穩定性。

關鍵詞：液壓油缸；結構缺陷；改進技術

1液壓油缸的結構及工作特點

液壓油缸主要由缸體、活塞裝置、密封組件及緩沖裝置構成。活塞將缸體內部結構分為2個部分，這兩個部分分別連接一個油孔，當液體壓縮比較小時，其中一個油孔進油，推動活塞運動，使另一個油孔出油，這樣活塞就會帶動活塞桿進行不停的伸縮運動。

1.1活塞裝置

液壓油缸的活塞及活塞桿結構的形式較多，最常見的結構形式包括一體式、推銷連接式、螺紋式及半接環式等。其中，螺紋式結構十分簡單且拆卸方便，但是其中的螺帽在高壓負荷下容易發生松動，因此需要做好放松措施；半環式結構較為復雜、拆卸困難，但是其工作可靠性較高。其中需要注意的是，一體式活塞與活塞桿結構主要適用于尺寸較小的液壓油缸。活塞通常采用耐磨的鑄鐵制造，而活塞桿通常采用鋼料制造。

1.2密封裝置

密封裝置主要包括間隙密封、摩擦環密封及密封圈密封等形式。

（1）間隙密封

間隙密封主要通過運動構件之間所存在的微小間隙來防止泄漏。在一定的條件下，通過在活塞的表面制出狹小的環形凹槽提高裝置的密封性能，提高油液通過間隙的阻力。間隙密封結構具有結構簡單、摩擦阻力小、耐高溫等特點，但是對加工工藝具有較高的要求，并且只能適用于尺寸較小、壓力較低、活塞相對運動速度較慢的液壓油缸中。

（2）摩擦環密封

摩擦環密封結構是一種套在活塞上的摩擦環，該結構摩擦阻力較小，結構穩定性較高，具有一定程度的組我補償能力，同時還具有較高的耐高溫性能，主要適用于液壓油缸缸體與活塞結構之間的密封。

（3）密封圈密封

密封圈密封結構通常采用橡膠或塑料制作，由于橡膠及塑料材料具有較高的彈性，在使用過程中能夠使密封圈與液壓油缸構件緊密貼合，在發生磨損后也具有一定的自我補償能力，可靠性較高。同時密封圈密封結構能夠適用于液壓油缸各個部位的密封工作。

1.3緩沖裝置

緩沖裝置的工作原理是依靠活塞與缸筒能夠在行程終端及活塞蓋與缸蓋之間封住一部分油液，從而強迫油液在小孔及縫隙間擠出，這樣能夠產生極大的阻力，工件的動作受到這種阻力的限制降低運動速度，從而實現緩沖作用，有效避免了活塞與缸蓋之間的直接碰撞，提高液壓油缸的使用壽命。

2幾種不同類型液壓油缸的改進技術

2.1卡鍵式液壓油缸結構的改進

卡鍵式液壓油缸是指利用活塞頭和活塞桿作進行卡鍵式連接的液壓油缸，通常需要切削掉活塞桿后端的大量外圍金屬，這樣就只會用到活塞桿中心較細的部分，具體結構如圖1 所示。

活塞桿通常使用鍛材和軋材制作，其中心部位與表層的性能差異較大，如果對活塞桿外圍的金屬進行大量切削，只保留力學性能較差的中心部位，會大幅度降低活塞桿的力學性能，同時由于結構的總體強度降低，應力與液壓沖擊對活塞桿中心部位的集中作用，常常容易導致活塞桿從卡鍵槽處發生斷裂。因此，在進行液壓缸的設計時，最好避免使用這種結構。

針對上述形式活塞桿結構，可以通過在活塞桿上增加卡鍵槽的方式進行改進，同時，活塞兩端夠改為卡鍵式連接，改進后的結構如圖2所示。因為改進后的卡鍵槽對活塞桿的力學性能削弱程度較低，因此，也有效提高了活塞桿的可靠性。

當活塞桿與缸體內徑相差較大時，可以使用雙卡鍵卡住活塞頭；如果活塞桿與缸體內徑相差較小，則可以直接使用鼓形圈對缸體的兩部分結構進行密封。通過以上的改進能夠有效降低活塞裝置的損壞幾率，同時，在拆卸過程中不需要使用專用的工具，使用和維修十分方便。

2.2螺紋式液壓油缸結構的改進

（1）導向套結構的改進

螺紋式導向套液壓油缸通常使用專用設備進行拆裝，拆裝效率較高，且設計及加工都極為方便，因此使用非常廣泛。但是該結構還存在一定的不足，比如其中的螺紋結構容易發生損毀，經常出現燒絲及磕碰受損等現象，損壞后難以進行修復，并且油缸內部的部分重要位置需要考慮采取放松措施并考慮載荷分布對結構穩定性的影響情況。因此，在一些對設備穩定性要求較高的條件下，不宜使用螺紋式結構的液壓油缸。

由于螺紋結構在加工過程中，公差較大，定心能力差，因此，螺紋在裝配時的同軸度難以得到有效保證，導向套結構在裝配過程中應該以其外密封面進行定位。如果定位面的長度小于螺紋的配合長度，則要求螺紋先進入配合，然后定位面再進入配合，這樣裝配，容易導致第一絲發生偏移而難以進入配合，由于拆裝設備的力量通常較大，在這種條件下，往往會導致螺紋損壞。

針對上述情況，可以在設計過程中使螺紋定位面的長度稍大于螺紋的配合長度，這樣能夠使定位面先進入配合。通過這樣的結構改進，可以有效保證導向套在安裝和拆卸過程中的同軸度，同時還能夠使活塞桿的大部分徑向分力由導向套的定位部位來承受，從而有效降低螺紋承受的額外徑向力，提高螺紋的抗疲勞性能。

（2）螺紋式立柱外缸結構的改進

部分型號液壓支架的立柱常常會發生導向套被液壓力打出的情況，這極易導致缸體螺紋發生損壞，影響液壓油缸的使用安全。通常在這種情況下，缸體及導向套上的螺紋都是齒尖部分發生損壞，外缸缸口的密封面尺寸超過2mm，并且橢圓在1mm以上。下面根據圖3所示立柱導向套及缸體的裝配示意圖對缸體的受力情況進行分析，在活柱伸出后，一般會受到側向載荷及彎矩作用，徑向的分作用力及彎矩作用會通過導向套傳遞給缸體，因為導向套的裝配通常需要以d段進行定位，導向套與缸體之間的配合間隙通常會小于螺紋，因此會將大部分分作用力及彎矩傳遞給外缸缸體，同時由于外缸港口本身剛度較小以及立柱本身的缸壁較薄，大部分厚度小于10mm，在作用力下缸口極易發生變形，這時需要由螺紋承受力矩，對螺紋造成非常大的損害。

當上腔壓力達到40MPa時，缸體螺紋部分的的徑向彈性變形達到0.46mm左右，而當壓力上升到90MPa時，缸口螺紋區域將達到完全塑性變形的狀態。而此時立柱的活塞腔對活塞桿腔的增壓做作用在6倍作用，如果活塞腔的壓力為30MPa，當回液不暢或者回液截止閥未打開的情況下，活塞剛強的最大壓力可以達到180MPa，這一壓力遠遠超過螺紋部分的抗變形能力，導致螺紋部分發生損壞。另外，由于螺紋加工公差較大以及立柱缸體和導向套結構在多次應力作用及拆卸，會導致連接強度大幅度下降。由于立柱的活柱外徑尺寸與外缸內徑尺寸較為接近，如果使外缸第外面及螺紋部分的厚度增加，必然會降低導向套的厚度，這就會導致導向套在加工及應用過程中極易發生變形。

為了解決上述兩種問題，可以對外缸的結構進行改進，采用外徑較大的鋼管與缸體進行焊接形成缸口，這樣可以有效增加缸體定位面及螺紋部分厚度，還能夠改變螺紋部分文職，使螺紋之間不會受到液壓力的作用，從而提高其抗變形能力，改進后的結構具體如圖4所示。

3液壓油缸結構改進技術

3.1焊縫的改進

千斤頂在使用過程中，其液壓油缸缸底焊縫結構極易發生開裂問題，這主要是由于千斤頂通常采用中間二周進行連接，缸體焊縫結構需要承受液體的周向力及軸向力的同時作用，導致焊縫的抗裂強度不足。傳統的液壓油缸，缸底厚度設計較大，這也使焊接過程中缸底與缸筒壁厚度差異過大而發生不均勻的熱傳導，導致缸底與缸筒難以良好融合，容易發生焊縫開裂的現象。針對這一問題，可以通過改進缸底焊縫結構來解決，通過將焊縫結構由傳統的V型改為U型，可以減少缸底與缸筒的焊接厚度，從而提高散熱的均衡性，這樣能夠有效降低界面的圖變量及應力集中的情況，使焊縫的質量得到大幅度提升。

3.2半環式液壓油缸的改進

半環式液壓油缸在使用后可能會發生導向套與半環壓得較勁或者半環出現變形而難以取出的問題，針對這一問題，可以通過在半環的頭部制作出大約65°左右的斜面，這樣在半環被壓緊或變形后，可以利用尖錐類工具從斜面中挑出半環，避免對結構造成破壞。另外，半環式液壓油缸在拆裝過程中由于防塵面與缸體配合間隙較小，在使用后，容易產生煤塵和銹蝕，而且拆卸方式相對較為復雜。針對這一問題，可以通過改造活塞桿及缸體內部空間、改造壓蓋的方式進行解決，可以有效提高拆裝的方便性，也避免了對其它部件造成損傷。

3.3鎖緊螺母式連接的活塞桿的改進

在液壓支架的設計過程中，大部分活塞與活塞桿采用螺紋連接方式是進行連接，這種連接方式通常會使用2個粗牙的對頂螺母保證連接的緊密性，但是對頂螺母的放松效果較差，在載荷發生大幅度變化及液壓的沖擊下極易發生失效，導致螺紋損壞，而且還可能出現螺母被壓碎而難以拆除的情況。針對這一問題，可以將螺紋設計為細牙螺紋，同時在連接處加一個防轉頂絲，這樣可以有效提高放松效果和強度。

4結束語

液壓油缸在工業生產中的設計應用十分廣泛，但是存在的問題也十分普遍。這需要擊數人員在實踐與發展的過程中對液壓油缸的結構進行不斷改進和優化，這樣才能有效提高液壓油缸整體結構的穩定性和可靠性，降低設備損壞事故的發生，同時也有效降低了設備的運行和維修成本，對促進現代工業生產的發展具有重要意義。

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