液壓缸拉缸故障探討

金璐玫

摘 要：本文以MOB40*200型號液壓缸為研究對象，分析液壓缸產生拉缸故障的原因、現象、危害、拉缸泄漏量，提出液壓缸拉缸的解決方法。

關鍵詞：液壓缸;故障;故障分析

隨著我國經濟實力的上升，工程機械是國民經濟發展的支柱產業，在工程機械中，液壓缸占據至關重要的作用，絕大多數的執行機構是依靠液壓缸來完成，其密封性能的好壞直接影響液壓缸、甚至整機的工作性能。根據工況的不同，許多工程機械工作在高強度、環境惡劣和載荷多變等場合，這樣液壓缸很容易發生故障，使得液壓缸無法到達預期的效果，嚴重時甚至使機械設備無法正常工作并處于癱瘓的狀態。

1 液壓缸拉缸的表現跡象

拉缸是指在缸套內表面與活塞往復運動接觸的區域內，發生有上下刮傷紋跡的現象。拉缸現象多發生在有活塞往復運動的氣缸及油缸缸體內表面，引起缸璧和活塞表面的不規則的條狀擦傷，其深度和長度不等。發生拉缸會導致嚴重的內泄露，使缸體不能正常工作。

以MOB40*200型號液壓缸為例，液壓缸常見的典型故障形式之一便是內泄漏，亦即油液在液壓缸筒內部有桿腔與無桿腔之間的滲透流動，液壓缸內泄漏既是降低效率、影響安全、定位精度不足的重要因素，又是液壓缸產生各種故障的誘因之一，這種故障在機械設備運行時不易觀察，而且液壓缸內泄漏不便于維修。依據現場調研和統計數據表明，液壓缸拉缸故障是形成液壓缸內泄漏的主要原因之一。因此，液壓缸拉缸引起的內泄漏問題已成為工業界和學術界所日益重視的熱點問題。

分析導致液壓缸拉缸的原因，要通過拉缸的損壞形式即表現現象來總結歸納。拉缸會導致液壓缸內壁和活塞接觸處間隙變大，引起液壓缸內泄漏。

因為拉缸產生在液壓缸缸筒內壁，無法在不拆解液壓缸的情況下，判斷液壓缸是否存在拉缸。通過實地調研液壓缸工作情況和經驗，可歸納一些液壓缸拉缸的表現跡象：①液壓缸運動時聲音刺耳。②液壓缸運動速度緩慢，無法預先設定的速度。③液壓缸產生振動、爬行。

2 液壓缸拉缸的原因

拉缸拉傷的形態多樣化，所以造成拉缸的原因也多樣化。一般是由于液壓缸缸筒和活塞處的干摩擦太大，導致接觸面拉傷現象。通常的原因如下：

①液壓缸缸筒內壁本身具有輕微劃傷﹐液壓缸日常工作中伴隨油溫的升高，累積形成拉缸。②裝配和制造時工藝不過關，導致缸體內依附塵粒、鐵屑等異物，在液壓缸工作的時候，擠壓與磨損缸體，造成拉缸。③液壓油內存在雜質混入缸筒內部導致拉缸。④由于安裝誤差，液壓缸受到偏載荷作用，活塞桿出現撓度變形，導致拉缸。

綜上所述，導致拉缸的主要因素是缸筒內壁和活塞之間粗糙度過大、接觸處油膜邊界受到破壞，使得缸筒內壁損傷。

3 液壓缸拉缸的危害

液壓缸拉缸的危害在整個液壓系統中是一個不確定因素，主要有以下不良后果：

①液壓缸拉桿的初始拉痕，產生的內泄漏量較少，所以危害較小。②當液壓缸拉缸有初始拉痕，繼續工作，會加重液壓缸內壁拉傷的程度，內泄漏也會變大，液壓缸工作效率受到影響。③當液壓缸拉傷很嚴重時，會導致整個液壓系統癱瘓，還會導致重大事故的發生。

以上不良后果可知液壓缸拉缸最直接的影響就是導致液壓缸出現嚴重內泄漏，最終促使液壓缸無法繼續工作。液壓缸密封性能直接會影響到設備性能，尤其是較大型液壓缸出現拉缸現象，在高壓環境下工作以及設備的沖擊，液壓缸內的密封圈被反復擠壓、剪切導致密封件失效，使得設備無法工作，換密封圈也解決不了根本問題，拉缸的修復比較困難且耗費時間。

4 液壓缸拉缸泄漏量計算

由于在實際工程中液壓缸拉缸的形狀、長度、寬度、深度各不相同，所以目前沒有專門針對液壓缸拉缸內泄漏量的計算公式，本論文針對一種拉傷形式，如下圖1所示，建立泄漏模型，計算液壓缸在活塞運動過程中大致的泄漏量。

（1）忽略在拉傷處密封圈的回彈量。為了保證液壓缸的密封性，液壓缸活塞上的密封圈可壓縮，密封圈的材料越硬，防擠出的能力就越強。由于本文研究的拉傷形式的寬度很小，為了簡化模型，忽略在拉傷處密封圈的回彈量。

（2）忽略活塞和拉傷處活塞受徑向力的作用。本文討論的拉傷研究不考慮活塞的拉傷，因此認為液壓缸缸筒內壁和密封圈完全接觸，不考慮液壓缸缸筒與活塞之間產生的偏心環形間隙對流量的影響。

（3）忽略活塞和缸筒相對運動對流量產生剪切力的影響。因為活塞和拉傷處的接觸面積很小，所以不考慮活塞和缸筒相對運動對流體產生的剪切力的影響。

本論文是在工作缸運動的狀態下來進行實驗的，即活塞是運動的，所以在整個工作過程中泄漏都是存在的。人工預制的拉傷缺口，圖1所示，橫截面是一個三角形，寬度為L，深度為H，長度貫穿活塞所能運動位置。將液壓缸拉缸內泄漏情況看作流體流過孔口的現象，孔口泄漏量根據出流狀態不同（層流和紊流），有細長孔和薄壁孔兩種。現實拉缸中，拉缸的形狀是不規則的復雜形式，一般孔長比孔徑大得多。本文簡化的模型孔的長度和直徑之比1/d>4，所以用細長孔的計算公式來模擬液壓缸靜止內泄漏的量。將拉傷缺口三角形橫截面的面積等價于細長孔圓形截面的面積，求得細長孔的直徑，得出液壓缸靜止內泄漏量。但是隨著活塞的運動，有一部分液體暴露在高壓腔，需要減去這一部分流量，所以動態泄漏量公式為：

式中，d——孔的直徑;ΔΡ——孔的前后壓差;μ—液體的動力粘度;L—密封圈的厚度;v—液壓缸活塞桿運動速度;。通過上式，計算拉缸泄漏量為下表1所示：

5 液壓缸拉缸的解決方法

為了防預拉桿出現，在組裝液壓缸的時候嚴格執行油缸組裝工序的工藝紀律，保證零件清潔、帶油組裝;加強油路及液壓油檢查，保證油品及油路清潔暢通;加強舉升機構裝配過程的檢驗試驗，保證升降靈活不偏位。如果一旦出現拉缸現象，則一般解決拉缸問題的方法有：①對于拉缸早期，會對拉傷位置進行去毛刺處理使缸筒內壁光滑，更換合適的密封圈。②對于拉缸中期，可用“修補法”即補焊缸筒后消除應力再精加工到合適尺寸。③對于拉缸晚期，只有更換新的缸筒。為了提前發現設備的故障，安排進廠修復，研究液壓缸拉缸對內泄漏的影響非常重要。

6 結束語

我們需要充分重視液壓缸拉缸現象，防微杜漸，避免液壓缸發生故障。

參考文獻：

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