泥炮回轉油缸內泄原因分析及修復

顧景江 康敏 趙博

（中鋼集團西安重機有限公司 陜西西安 710201）

1 前言

油缸內泄是指液壓缸內部高壓側向低壓側的滲漏，發生內泄往往出現動力力不足，運動速度緩慢和工作不平穩等現象。高爐液壓泥炮是煉鐵高爐最重要的爐前設備，回轉油缸作為泥炮的重要部件，一旦出現內泄就無法保證高爐的連續運行，直接制約和影響正常出鐵，甚至出現安全事故。某鋼鐵公司在使用液壓泥炮過程中，因油缸內泄出現了動力不足問題，對其進行修復時，對內泄的原因進行了分析。

2 油缸內泄一般原因分析及處理方法

產生油缸內泄的原因一般都是因密封失效，造成密封失效的原因一般包括：

（1）密封件因老化變質而失效，應排查液壓油的污染或變質問題。

（2）因裝配原因造成密封圈損壞失效，處理方法為：檢查密封槽尺寸和表面粗糙度；去除零件上的毛刺、飛邊；確認相關圓角是否倒圓，引入角是否合理以防刮壞密封件；裝配時勿使銳利工具碰傷密封件。

（3）密封圈在使用過程中因油缸與活塞之間的間隙而被擠壞，檢查密封面的配合間隙是否合理，密封件壓縮量是否合理［1］。

（4）因零件表面光潔度問題造成密封件的急劇磨損從而使密封件失去密封作用。對此應檢查確認活塞桿處密封件的磨損狀況，檢查密封槽尺寸和粗糙度以及油缸表面粗糙度，以防止密封件前后移動時加劇磨損。

（5）缸筒受壓膨脹引起內泄，適當加厚缸壁，選用合適的材料。

3 內泄原因排查

（1）本文液壓缸主要由缸筒、活塞、活塞桿和密封件等組成。根據油腔內有無活塞桿分為有桿腔和無桿腔。無桿腔進油液壓缸伸長；有桿腔進油，液壓缸縮回。油缸簡圖及密封結構如圖1所示。

圖1 油缸結構簡圖

（2）對拆解的油缸零部件進行檢測確認，并根據檢測結果予以分析：

1）密封件未發生老化、損壞現象，但格萊圈磨損，磨損后格萊圈橫截面形狀由矩形變成一個近似等腰梯形的形狀。

2）油缸、密封溝槽尺寸及表面粗糙度滿足設計要求，但活塞外圓尺寸偏小。部分測量結果見表1。

表1 缸筒與活塞部分測量結果

3）依據測量結果計算密封位置的配合間隙為S1=0.375mm。而格萊圈允許的最大間隙為0.35mm，可以看出密封位置的配合間隙比格萊圈允許的最大間隙大0.025mm。

4）因油缸在承壓后還要發生徑向變形，此變形量的大小也對缸筒和活塞的配合間隙有影響，進而也對密封的壽命有很大的影響，所以還需對缸筒承壓后的徑向變形進行分析，利用有限元分析軟件對其通過建立模型、設立邊界條件、加載進行有限元模擬缸筒受壓膨脹現象［2］，發現其徑向變形量為0.06871mm，如見圖2所示。

圖2 缸筒徑向變形

5）本文液壓缸實驗壓力為25MPa，依據機械設計手冊，缸筒受壓膨脹其允許其徑向變形量ΔD［3］公式計算得到ΔD約為0.133mm，所以缸筒半徑方向的徑向變形量為：ΔD／2=0.0665mm，與有限元模擬計算結果0.06871mm結果非常相近，通過兩種情況對比，說明油缸在承壓后缸筒確實都發生了微小的徑向變形，但不是油缸內泄的主要原因，不需要再考慮增加缸筒厚度或更換材料。

式中：ΔD—缸筒徑向變形，mm

D—缸筒內徑，mm；

D1——缸筒外圓，mm；

Pr—缸筒耐壓試驗壓力，MPa；

E—缸筒材料彈性模量，MPa；

ν—缸筒材料泊松比，ν=0.3。

經過以上分析，雖然根據尺寸實測結果計算的活塞與缸筒配合間隙略微比格萊圈要求的0.35mm配合間隙大，但是考慮到缸筒受壓膨脹發生的徑向變形后，活塞與缸筒半徑方向的實際總間隙最小為0.4415mm，遠遠大于格萊圈允許的最大間隙0.35mm。密封間隙太大時，方形圈上的應力集中點處的Von Mises應力過大，這會使得方形圈在這一點處被破壞而使密封失效［4］。活塞來回運動就會加劇方形圈兩側磨損，甚至損壞，最終導致油缸內泄。所以本文油缸內泄的主要原因為活塞與缸筒的間隙過大導致格萊圈密封失效所致。

4 回轉油缸內泄修復

要解決油缸內泄問題，就必須在對其進行科學分析的基礎上采取科學有效的修復措施，依據以上的分析結果，要對此油缸進行修復就必須保證缸筒徑向變形量+缸筒與活塞配合間隙在0.35mm以內，所以采取的措施要么將缸筒內徑縮小，要么把活塞的外徑增大。相對于縮小缸筒內徑，修復活塞相對容易，本方案采用把活塞外徑尺寸增大，并更換磨損的格萊圈。修復后的活塞最終外徑尺寸為Φ239.75mm，缸筒徑向變形量+缸筒與活塞配合間隙為：（Φ240.15mm－Φ239.75mm）／2+0.06871mm=0.26871mm，小于格萊圈要求的最大間隙0.35mm，油缸經修復使用驗證，此油缸未再出現內泄問題。

5 結束語

通過對油缸各零件的復查，結合造成油缸內泄的一般原因對其進行針對性分析、排查，找出了導致油缸內泄的主要原因，也對其進行成功了修復，說明要解決油缸內泄問題就必須采取科學有效的措施，了解和掌握密封件的密封機理，正確設計密封結構，保證制造和裝配精度，選購合格的密封元件，確保密封件的壓縮率，確保密封件不擠壞、不劃傷、不扭轉，油缸的內泄露問題是完全能夠解決的。