淺析液壓缸的失效形式及預防措施

李樹茂 邱 健 陳 亮

（濟南重工股份有限公司，濟南 250109）

1 研究背景

液壓缸作為液壓傳動系統中的執行元件，將液壓能轉化為機械能做直線往復運動（或擺動運動）。其結構簡單、運行平穩、工作可靠，因此，廣泛應用于工程機械、冶金、鑄造、汽車、機床、軍工等領域。在工程中零部件失去原有設計所規定的功能稱為失效。失效包括：完全喪失原定功能；功能降低和有嚴重損傷或隱患；繼續使用會失去可靠性及安全性。為延長液壓缸的使用壽命和提高液壓缸的可靠性，對液壓缸的失效形式進行分析并提出預防措施就顯得非常重要。

2 液壓缸的失效形式及預防措施

第一，液壓缸活塞桿和活塞的脫離不能提供有效的拉力。保證液壓缸壽命及其可靠性的充要條件是液壓缸的運動部件必須有正確的運動軌跡。因此，站在液壓缸設計角度，活塞桿和活塞必須可靠連接。通常情況下，液壓缸活塞通過螺紋與活塞桿連接，然后在活塞桿超出活塞端旋入鎖緊螺母，為使活塞緊固，可以在鎖緊螺母與活塞桿螺紋處配作緊定螺釘。

第二，活塞桿螺紋端與耳環連接處發生斷裂。在液壓缸初期計算過程中，就應充分考慮液壓缸的工作頻率、安裝形式和負載大小及方向；在活塞桿螺紋的設計中避免與活塞桿出現大的過渡臺階；活塞桿的連接螺紋一般為2～3級公制螺紋，退刀槽不應清根，以減小應力集中，提高疲勞強度。特別注意：如經過分析液壓缸會受到與軸線方向成角度的力，可以在液壓缸活塞桿耳環內加裝關節軸承，有效防止側向載荷對液壓缸造成破壞。

第三，液壓缸活塞桿伸出后發生彎曲。液壓缸在設計過程中應根據工況進行受力分析，計算活塞桿的直徑，校核活塞桿的強度和撓度，確保在設計壓力范圍內不會發生彎曲變形。對于沖擊振動較大的活塞桿，可以選用55鋼或40Cr鋼制造。

第四，液壓缸前端蓋螺紋脫落或螺釘拉斷而發生崩裂。在一些中低壓液壓缸中，前端蓋與缸筒經常采用2a級精度的公制螺紋連接。當液壓缸運行到全行程終點，液壓沖擊形成的尖峰壓力作用在前端蓋上，如果螺紋連接不足以克服這個力，前端蓋就會和缸筒脫離發生事故，危及人身安全。為避免上述事故發生，在設計液壓缸時根據材料力學和設計要求首先對連接處的螺紋進行強度校核；其次前端蓋和缸筒可以選用抗拉強度較高的45#鋼和27SiMn等材料加工。

第五，液壓缸缸筒發生變形。缸筒內徑的圓度、圓柱度誤差不大于直徑尺寸公差的一半；缸筒軸線的直線度誤差在500mm長度上不大于0.03mm；缸筒端面對軸線的圓跳動在100mm的直徑上不大于0.04mm。液壓缸運行中由于負載突然增大導致缸筒發生變形發生內泄漏，壓力損失增加，液壓系統效率降低；如果此變形嚴重甚至引起拉缸，破壞缸筒內表面的光潔度。為避免缸筒變形在設計時一定要根據材料力學對缸筒按照四種不同的理論進行強度校核。

第六，液壓系統氣蝕所致液壓缸內壁、活塞和活塞桿表面形成蜂窩狀的孔穴和斑點。液壓油流經管路、控制閥門等尖角部位及彎管時，液壓油溫度會升高產生氣泡，氣泡流進高壓區后發生破裂，瞬間產生的高溫高壓顯微射流和沖擊力反復作用在液壓缸零部件的表面造成氣蝕。液壓缸一旦發生氣蝕，活塞桿和活塞上的密封件在運行過程中會被氣蝕留下的孔穴劃傷，從而引起液壓缸漏油。在實際應用中選用質量較好和牌號適宜的液壓油，可有效防止液壓油在工作過程中產生氣泡，選用合適的液壓油添加劑可有效抑制液壓油混濁或者水化減少氣泡產生。

第七，液壓缸運行過程中由負載慣性引起的沖擊影響了設備運行的平穩性。為使液壓缸運行平穩經常在液壓缸行程終點設置緩沖，可通過調節緩沖節流閥調節緩沖的強弱，從而有效降低液壓沖擊，提高設備運行可靠性。

第八，帶液壓鎖的液壓缸在工作過程中經常發生故障停止運行。液壓缸為保壓經常會在油缸口設計互鎖的兩個液控單向閥。其中，只要一個液控單向閥發生故障，液壓缸封閉腔的油無法回到油箱，液壓缸會停止在某個位置。為避免液壓缸不受控制發生故障，要經常檢查液壓系統油液的清潔度，減少液壓閥引起的油缸故障。

第九，液壓缸在運行過程中發生間歇性的跟進和停頓。首先在液壓缸設計過程中活塞桿與導向套采用H8/f8配合，密封圈溝槽深度和寬度嚴格按照國家標準或者密封件廠家推薦的公差進行設計，避免由于密封件與活塞桿摩擦力太大導致液壓缸出現抖動爬行現象；其次，液壓系統中不可避免會混入空氣形成氣泡，混入空氣的高壓油驅動油缸就會出現間歇性停頓，嚴重時會出現液壓沖擊。通常在液壓缸的有桿腔和無桿腔設置排氣螺塞，當發現油缸出現爬行抖動時，用扳手旋松排氣螺塞，讓油缸在低壓狀態往復運行多次直到螺塞流出均勻的液壓油為止。

第十，液壓缸耳環與銷軸發生變形無法精確定位。液壓缸耳環與銷軸配合必須考慮潤滑，通常耳環內孔要安裝耐磨自潤滑銅套，即使發生變形更換新的銅套可以快速恢復正常工作狀態；如果是關節軸承與銷軸的配合則必須在耳環上設置油杯定期潤滑，避免耳環與銷軸發生干摩擦損壞變形。

第十一，液壓缸活塞桿與缸筒之間增設防塵罩。液壓缸在運行過程中，生產現場的粉塵等顆粒會落在活塞桿上，當活塞桿縮回時少量粉塵就會隨活塞桿進入油缸污染液壓系統。防塵罩是一種采用橡膠或尼龍、帆布等材料（在高溫工作場合時，可用氯丁橡膠和耐火石棉材料）制作而成的可伸縮裝置，可以有效防止污物灰塵等落在活塞桿上。

3 結語

本文主要對液壓缸的失效形式進行詳細分析，提出液壓缸平穩可靠運行的要求，并指出液壓缸的可靠運行是設備可靠運行的關鍵所在，因此，液壓缸要經常進行定期檢查、定期維護并消除隱患，將故障和事故消滅在萌芽狀態。