液壓缸故障模式的分類與預防改進

陳晉市　張志偉　李永奇　閆堃　魏星

摘 要

液壓缸在實際的工程應用中，由于設計人員對現場使用環境狀況的不了解和操作人員對液壓缸性能特性的認識不足而沒有給予液壓缸故障有效的預防與改進，致使液壓缸在使用一段時間后發生故障，液壓缸的使用壽命大幅縮減。為了解決液壓缸在工作過程中的各類故障問題，研究了液壓缸的故障模式，對常見的幾種故障模式進行了分類和描述。通過液壓缸的故障描述，對引起液壓缸故障的原因進行了詳細的分析，并提出了改進方案;現場運行驗證了改進方案的可行性。提出了液壓缸設計、安裝和維護過程中應該注意的事項，提高了設計人員的技術水平和現場維護人員的安全意識，從而提高了液壓缸的穩定性和可靠性，為今后液壓缸的優化設計提供了可靠依據。

關鍵詞

液壓缸;故障模式;預防與改進

中圖分類號： TH137.51 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.007

1 研究背景

液壓缸是將液壓能轉換為機械能，實現往復直線運動或往復擺動的執行元件。它具有結構簡單、工作可靠、傳遞功率大、制造容易等突出優點，因此，廣泛應用于工程機械、冶金、鑄造、汽車、機床、軍工等領域。液壓缸零部件在規定的條件下和規定的時間內，喪失規定功能的事件稱為液壓缸故障，繼續使用會喪失可靠性和安全性。液壓缸故障的表現形式稱為液壓缸的故障類型。液壓缸常見的故障類型有：通油管彎曲、拉缸、活油管漏油、內泄、鍍層脫落、導向套銹蝕等。液壓缸故障問題是未來必須解決而且是能夠解決的問題，為延長液壓缸的使用壽命和提高液壓缸的可靠性和安全性，對液壓缸的故障模式進行分析并提出改進措施就顯得非常重要。

因此，本文基于徐州徐工液壓件有限公司提供的液壓缸現場故障描述，分析了液壓缸常見的幾種典型故障模式，進而對其故障原因進行了詳細的分析，最后提出了改進措施，并在市場上進行了使用考核，反饋效果良好，改進后效果顯著，液壓缸的穩定性和可靠性得到了提升，為今后液壓缸的優化設計提供了有效參考。

2 液壓缸的故障模式及改進措施

第一，伸縮油缸活油管漏油。故障類型如圖1所示。

故障描述：伸縮油缸完成主臂全伸，將二節臂縮回后，在尋找三節臂臂位過程中發生嚴重漏油現象。經拆檢發現缸筒缸底端芯管法蘭（缸頭缸臂銷供油）下方存在明顯碰撞痕跡，主機結構四節臂臂尾右下側滑道支座處發現明顯碰撞痕跡。

原因分析：

1）伸縮油缸總成下滑塊高度偏差;

2）下滑塊高度降低，導致油缸在伸縮過程中，油缸整體下移，導致下滑塊導向作用不充分，容易與主機結構吊臂碰撞;

3）伸縮油缸通往缸臂銷硬管接頭為法蘭式結構。在伸縮油缸與吊臂碰撞過程中，法蘭面積大，增加伸縮油缸與吊臂碰撞的概率，由于螺栓受力嚴重，發生螺紋失效，進而使得油缸發生漏油現象。

改進措施：

1）將缸底段油管接頭法蘭形式改為焊接式結構;

2）減小油管接頭高度，減少碰撞風險;

3）缸底油管旋轉一定角度，并且要求保證接頭與軌道平行度。

經過改進后的油缸，前期在市場上經實際工況考核后返廠，通過檢查油缸反饋良好，無任何損壞。

第二，伸縮油缸內泄。

故障描述：1、活油管基體開裂;2、通油管焊縫開裂。

原因分析：

1）活油管基體存在缺陷，出廠時無法檢測，液壓油在油管內部活油管承壓，長時間工作后導致活油管開裂;

2）活油管為成品采購45號鋼冷拔材質，外表面鍍硬鉻，由于鍍層的原因，導致焊縫與基體結合力下降。上述原因致使焊縫與基體結合力降低，達不到使用要求，在使用過程中焊縫逐漸脫離基體。

改進措施：

1）嚴格控制活油管進廠質量，加強質量檢驗、監督;

2）加強焊前基體表面檢查，基體有缺陷不能焊接;

3）活油管外表面焊縫部分去除鍍層，增加焊縫與基體的結合能力;

4）對通油管焊縫進行抽樣試驗，控制質量。

改進后通油管焊縫開裂導致的內泄反饋率明顯降低。

第三，液壓缸通油管伸出后發生彎曲。

原因分析：

1）油缸在使用過程中，通油管彎曲必定受到外力使其失穩彎曲，外力有兩種形式：沿通油管軸線方向和垂直于通油管方向。油缸在使用過程中，通油管在大芯管內往復運動，無垂直方向受力;油缸回收時，若大芯管內油液阻塞或有壓力（未卸荷），通油管回收時會受阻力導致彎曲。

2）油缸全伸時，由于通油管撓度的存在，若油缸回收瞬間速度過快，有可能造成通油管受瞬間阻力導致彎曲。

改進措施：對通油管長度進行優化，排除通油管過長或過短造成彎曲。

改進后效果良好，無通油管彎曲現象發生。

第四，拉缸。

故障描述：1、活塞密封件、支承環均已損壞嚴重;2、活塞外圓、缸筒內孔存在軸向拉傷，軸向位置為缸筒通體，徑向位置為液壓缸安裝位置的下方90°范圍內;3、活塞桿外圓完好無損傷。

原因分析：液壓缸使用過程中，導向套通過無油軸承和活塞桿接觸，活塞通過支承環和缸筒接觸，活塞和導向套作為油缸的前后兩個支撐點保證活塞桿軸向運動，通過拆檢反饋問題都是為活塞外圓與缸筒內孔存在拉傷。因此分析活塞側支承存在問題，拉傷原因有以下幾點：

1）活塞外圓與缸筒內孔間隙小，用戶在挖掘作業時異常受力造成活塞外圓與缸筒內孔接觸造成拉傷;

2）活塞防松失效，活塞松動后影響活塞導向支承性能，在運動過程中造成活塞外圓與缸筒內孔接觸;

3）活塞支承環抗壓強度不足，無法滿足主機側向力需求;

4）主機臂架強度低、位置精度不良，使油缸承受異常側向力，活塞支承無法滿足異常受力;

5）而支撐環的耐高溫性能不能滿足工況要求。

改進措施：通過拆檢反饋油缸，測量缸底、耳環襯套銷軸孔內徑、活塞桿全長跳動度和活塞桿活塞小頭端尺寸，沒有發現尺寸異常，油缸沒有受到異常外力而造成活塞桿變形。因此制定了一系列改進措施：

1）減小活塞外圓尺寸，加大活塞與缸筒配合間隙;

2）增加活塞支承環寬度;

3）斗桿油缸活塞上支承環材質都更改為JRF3012（TPI）。

經過改進后的油缸反饋良好，無任何損壞。

第五，導向套銹蝕。

故障描述：伸縮油缸的導向套在工作了一段時間后出現了銹蝕現象。

原因分析：

1）導向套內孔密封溝槽尺寸超差或導向不足，防塵能力不足導致進水銹蝕;

2）裝配損傷或O型圈材質或規格選用錯誤導致的O型圈失效，軸座內孔尺寸超差導致密封不嚴進水銹蝕。

改進措施：

1）針對主密封可能存在的硬度低導致耐沖擊、耐壓縮能力差的問題以及低壓刮油能力不足的現象，將主密封由丁腈橡膠材質的USIY形圈更改為聚氨酯材質的ISIY形圈;

2）針對外圓O型圈失效，油壓沖擊耐受力差的問題，將兩道O型圈由兩道橡膠更改為近壓端加整體聚氨酯擋圈，遠壓端橡膠組合配置，增強沖擊耐受力，防止O型圈擠出失效。

3 液壓缸故障的預防措施

針對引起液壓缸故障的原因和相應的改進方式，提出以下預防措施：

1）設計人員在設計時應盡量減小油管的接頭高度，避免碰撞;安裝時油管接頭法蘭采用焊接式連接;操作人員嚴格按照說明書進行操作，并在后期不定時進行故障診斷與維護保養。

2）設計人員設計時盡量減小活塞外圓尺寸，增加活塞支承環寬度便于在安裝時加大活塞與缸筒配合間隙;

3）建議選適用于液壓缸工況的進口密封或者國內大品牌密封品牌和材質，如聚氨酯;

4）車間上料前做好嚴密的基體表面銹蝕檢查，并嚴格控制鍍前拋光到電鍍工序的時間，保證出廠時無銹蝕現象;

5）對操作人員進行專業的崗前培訓，嚴禁不同工種流動作業，避免對液壓缸造成不必要的損失。

4 結語

本文所述的主要是徐州徐工液壓件有限公司所提供的一些液壓缸現場故障案例，就其故障原因進行了詳細分析，提出了有效的改進和預防措施，對實際故障檢修及故障排除有一定的指導作用。但這些只是引起液壓缸故障的部分原因，因此在實際生產中還需認真分析液壓缸故障的根本原因，并有針對性地采取相應的措施，在日常的維護保養工作中加以預防，不定時的進行內部檢查和故障測試診斷，及時發現問題并進行改正，這樣可以大大延長液壓缸的使用壽命，進而更好的維持液壓系統的穩定可靠運行。

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