電控氣動塞拉門用無桿氣缸泄露問題分析及優化設計

劉建秋 何秀全 張旭良 劉欣 胡喆

摘 要：基于無桿氣缸密封原理，通過檢測某車型電控氣動塞拉門使用的F品牌無桿氣缸泄露量、密封結構，對比分析影響泄漏量的元器件，確認無桿氣缸泄露問題原因，制定可行性優化方案，并對新方案進行了實物測試驗證。無桿氣缸泄露問題的分析和改進，有利于降低氣動塞拉門故障率，提升車輛運營可靠性，同時對無桿氣缸的設計具有參考意義。

關鍵詞：電控氣動塞拉門;無桿氣缸;泄露量;優化設計

中圖分類號：U270.386 文獻標識碼：A

1 概述

車門是旅客上、下車通道，是列車重要組成部分。車門按照驅動方式可分為電控氣動和電控電動兩種類型;電控氣動塞拉門具有控制簡單、成本低、易于維護等優點，廣泛運用于25T、青藏線等車型上。在某車型電控氣動塞拉門運營維護過程中，發生多起無桿氣缸泄露故障，降低了車門運營可靠性。本文通過對泄露無桿氣缸檢測，確認氣缸泄露機理，制定改進方案，并對方案驗證。

如圖1所示，無桿氣缸在兩端缸蓋內側固定有聚氨脂密封帶和防塵不銹鋼帶用于密封和防塵?；钊艽┻^缸體上的槽口，將活塞與滑塊連成一體，活塞帶動固定在滑塊上的執行機構實現往復運動。當氣缸動作時，活塞一端腔體充氣，密封帶在氣壓的作用下與缸筒內壁緊密貼合，從而實現密封的功能。

2 故障件測試

2.1 檢測對象

檢測對象為7根F品牌無桿氣缸故障件，編號見表1。

2.2 檢測過程

（1）初始泄露量測試。用0.65 MPa氣壓檢測泄漏量，氣壓密閉實驗1 min，要求壓降小于100 sccm標準，檢測結果見表2。

測試數據顯示泄漏量均超100 sccm;泄露點在密封帶、缸筒與活塞密封圈三點密封處。

（2）清理后泄露量復測。拆解故障件無桿氣缸，檢查和清理活塞，如圖2、表3所示。

由表3可知，無桿氣缸活塞普遍存在異物雜質，經清理后，在相同工況下測量缸體泄露量，測量結果見表4。

由表4可以看出，清理雜質后有QL7397、QL957和QL5140氣缸的泄漏量滿足標準要求，但QL7397、QL957泄漏量接近100 sccm標準值。對比表3和表4，可初步判定無桿氣缸活塞區域的微小異物對氣缸泄露量的影響較小。

（3）更換密封帶、密封圈后測量氣缸泄露量。對拆解清理后檢測仍不合格的 QKD19、QKN320氣缸做更換密封帶處理，對QKD11、QKD186氣缸做更換密封圈處理，在相同工況下檢測泄漏量，如表5所示。

如表4和表5所示，QKN320氣缸仍然漏氣嚴重;更換密封帶和密封圈可以有效降低泄漏量;更換密封圈的泄漏量明顯優于更換密封帶。

再對QKN320氣缸做更換密封圈并進行泄漏量檢測。為了檢驗效果，對拆解清理后的QL957氣缸做更換密封帶及密封圈處理并泄漏量檢測，如表6所示。

檢測結果表明同步更換密封圈及密封帶的缸體氣密性狀態較好，特別是QKN320無桿氣缸泄漏量測試無限接近“0”sccm。

2.3 小結

綜上所述，微小異物對無桿氣缸泄漏量影響較小;更換密封帶、密封圈對無桿氣缸泄漏量影響較大，且更換密封圈的效果優于更換密封帶。

3 氣缸泄漏問題原因分析

從現車故障件檢測數據可以看出，無桿氣缸泄露超標與密封帶、密封圈有關，而無桿氣缸密封失效主要形式是O型密封圈與密封帶之間密封失效、活塞密封圈與密封帶之間密封失效，與現車問題原因吻合。

3.1 O型密封圈回彈力不足

F品牌的無桿氣缸的O型圈與密封帶之間采用軟密封結構，當受到氣壓作用O型圈發生形變時，O型圈相對于密封帶的密封位置會有微小的變化;該品牌O型圈回彈力不足，在密封邊緣形成漏氣現象。

3.2 氣缸活塞密封圈、支撐柱位置分析

F品牌無桿氣缸的活塞密封圈唇口凸起小，支撐柱夾角為31.5°，在密封帶、缸筒與活塞圈的3點交匯處，若長時間沒有壓力，突遇瞬間加壓就會出現壓縮量不足，造成泄露量超標問題。

4 氣缸泄漏故障改進與驗證

加大了弧形凸起，減少了接觸面積，如圖4所示。

支撐柱夾角由31.5°優化改進為34°，使得兩個中心點處于缸筒、密封帶、活塞密封圈的三點結合處，確保突遇瞬間加壓，此處壓縮量滿足密封要求。

結構優化設計試驗驗證：

分別取F品牌該款無桿氣缸3根新件（F1、F2、F3）、更換優化密封圈的故障件3根（FG1、FG2、FG3），靜置于實驗臺上，在氣壓0.6 MPa、工作周期9 s條件下，進行50萬次壽命試驗，觀察無桿氣缸動作狀況、密封性能及各密封件狀態。

試驗數據表明，靜態工作的無桿氣缸在完成50萬次壽命試驗后，裝有優化密封圈的無桿氣缸FG1、FG2、FG3泄露量變化較小。

5 總結

通過無桿氣缸故障件泄漏量的測試，并對故障件進行了拆解，分析了影響無桿氣缸氣密性能的因素，論證了無桿氣缸密封性能失效形式，解決了F品牌該款無桿氣缸故障件O型密封圈回彈力不足、氣缸活塞密封圈和支撐柱位置設計缺陷問題，提高了無桿氣缸可靠性，確保車門可靠有效運營。