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一个完整的液压系统是由动力部分、控制部分、执行部分和辅助部分组成的,其中作为执行部分的液压缸,是液压系统中重要的执行元件之一,它将动力元件油泵输出的液体压力转换成执行某一动作的机械能,是一种重要的能量转换装置。在使用过程中其故障的发生,通常和整个液压系统有关,是有一定规律可寻的。只要掌握了它的结构性能,排除故障并不困难。
要想把液压缸出现的故障及时、准确、有效的排除掉,首先要搞明白其故障是怎么产生的。通常液压缸出现故障的主要原因是操作使用不妥当,常规的保养维护跟不上,在液压系统设计的时候考虑不全面,安装过程不合理。
一般液压缸在使用过程中通常出现的故障主要表现在动作不到位或不准确、油液的泄漏和损坏。
1、液压缸执行动作滞后
1.1进入液压缸的实际工作压力不够导致液压缸不能执行某一动作
首先,液压系统正常工作下,当工作油液进入液压缸后,活塞仍然没有动作,在液压缸进油口处接一压力表,压力指针也没有出现摆动,可直接将进油口管路拆开,让液压泵继续向系统供油,观察液压缸的进油口管道处是否有工作油液流出。如果在进油口处没有油液流出,可以判定液压缸本身是没有问题的。此时,应按照判定液压系统故障的一般原则,依次查找其他液压元件。
其二,缸体内虽然有工作液体输入,但缸内没有压力。这种现象应该断定不是液压回路存在问题,是由于液压缸内油液内泄过多造成的,可将液压缸回油口接头拆开,检查是否有工作液体流回油箱,就可判断确定。
通常产生内泄过大的原因,一种情况是靠近端面密封的活塞与活塞杆位置处,螺纹产生松动或联结键松动引起间隙过大;第二种情况是,在活塞与活塞杆处径向O形圈密封损坏失效而失去作用;第三种情况是,密封圈在往活塞上装配时被挤压损坏、或者由于使用时间较长密封圈发生老化导致密封失效。
其三,液压缸的实际工作压力没有达到规定的压力值。其原因可断定为液压回路上的故障。在液压回路中与压力相关的阀有溢流阀、减压阀和顺序阀,首先检查溢流阀是否达到其调定压力,其次检查减压阀和顺序阀的实际工作压力是否符合回路工作要求。
这三种压力控制阀的实际压力值都会直接影响到液压缸的工作压力,导致液压缸压力不够而停止工作。
1.2液压缸实际工作压力达到规定要求,但液压缸仍然不工作
这就要从液压缸的结构上找问题。比如,活塞在缸筒中移动到两端极限位置时与液压缸两端端盖,活塞遮挡住了进出油口,导致油液进不到液压缸工作腔而活塞不能动作;液压缸出现拉缸导致液压缸活塞烧死。
此时虽然缸内压力达到规定压力值,但缸内活塞仍然动作不了。液压缸拉缸导致活塞不能动作是由于活塞与缸体的相对运动在缸内壁产生划痕或液压缸由于工作位置不正确引起液压缸单方向受力磨损。
运动件间的摩擦阻力过大,特别是V形密封圈这种靠压紧密封的密封圈,如果压得太紧,摩擦阻力非常大,势必影响液压缸的出力和运动速度。此外,还要注意背压力是否存在和过大。
1.3液压缸活塞的实际运动速度没有达到设计给定值
内泄漏量过大是影响速度达不到要求的主要原因;当液压缸的运动速度在运动过程中有下降时,由于液压缸内壁加工质量不好,使活塞运动阻力增大所致。
液压缸运行时,回路上的压力是进油管路产生的阻力压降、负载压力、回油路阻力压降等压力之和。设计回路时,应尽量使进油管路阻力压降和回油路阻力压降减少。如果设计不合理,这两项值过大,即使流量控制阀:全开,也会使压力油从溢流阀直接返回油箱,使速度达不到规定要求。管路越细、弯曲越多、管路阻力压降越大。
在采用蓄能器的快速运动回路中,如果缸的运动速度达不到要求,要检查蓄能器的压力是否足够。如果液压泵在工作中进油口吸进空气,将使缸的运动不平稳,也会引起速度降低,此时液压泵有噪声,因此很容易判断出来。
1.4液压缸运动中出现爬行现象
爬行现象就是液压油缸在运动时出现时走时停的跳跃式运动状态,在液压系统中这种故障较为常见。活塞与活塞杆以及缸体间同轴度没有达到要求,活塞杆出现弯曲,活塞杆较长而刚性差,缸体内的运动部件间隙过大,液压缸的安装位置偏移都会产生爬行;液压缸的端盖处密封圈压得太紧或太松,液压缸在运动中克服密封圈的摩擦产生的阻力,也同样会引起爬行。
缸内混入气体是产生爬行现象的另一主要的原因。它在油液压力的作用下相当于蓄能器的作用,如果供油量不满足需要,缸即在停止位置上等待压力升高而出现断续脉冲式的爬行运动;当空气压缩到一定限度时,释放出能量,推动活塞产生瞬时的加速运动而出现时快时慢的爬行运动。这两种爬行现象,对缸的强度及负载的运动,都极为不利。所以,液压缸工作前必须充分排除缸内空气,所以在设计液压缸时,都要留有排气装置,同时排气口要尽可能设计在油缸最高位置或气体集聚部位。
对液压泵来说,吸油侧是负压,为降低管路阻力常常采用大直径油管,此时应特别注意接头的密封质量,如果密封不好,空气将被吸入泵内,同样会引起液压缸的爬行。
1.5液压缸运行过程出现异响
液压缸产生的异响主要是活塞与缸简接触表面间摩擦引起的。这是由于接触面间油膜被破坏或接触压应力过高,在相对滑动时产生摩擦声。此时应立即停车查明原因,否则,会导致滑动面的拉伤烧死。
如果是密封处发出的摩擦声,则是滑动面缺少润滑油及密封圈压缩量过大所致。有唇边的密封圈虽然有刮油密封效果,但若刮油压力过大,把润滑油膜破坏了,也会产生异常声响。遇到这种情况,可以用砂纸轻轻打磨唇边,使唇边变薄变软一点。
2、液压缸的泄漏
液压缸的泄漏一般分为内泄和外漏两种情况。内泄主要影响液压缸的技术性能,使之达不到设计的工作压力、运动速度和工作平稳性;外漏不仅污染环境,还容易造成火灾,而且经济损失大。泄漏都是由于密封性能不好而产生的。
2.1固定部位的泄漏
2.1.1安装后密封件发生破损
密封槽底径、宽度和压缩量等参数如果选不当,就会引起密封件的损坏。密封件在槽中扭曲,密封槽具有毛刺、飞边以及倒角不合要求,装配时用螺丝刀等锐利工具按压密封圈造成损伤,都会引起泄漏。
2.1.2密封件因被挤出而损坏
密封面配合间隙过大,如果密封件硬度低而又没有装密封挡圈的话,在高压和冲击力的作用下,就会被挤出密封槽而损坏:如果缸筒的刚性不大,那么密封圈在瞬时冲击力的作用下产生一定的弹性变形。由于密封圈的变形速度比缸筒的变形速度慢得多,这时密封圈被挤进间隙中失去密封作用。待冲击压力停止,缸筒变形迅速恢复,而密封件的恢复速度慢很多,于是密封件又被咬在间隙之中。这种现象的反复作用,不仅使密封件产生剥皮式的撕裂损坏,而且产生严重泄漏。
2.1.3密封件急剧磨损导致失去密封作用引起的泄漏
橡胶密封件的散热性差,在高速往复运动时,润滑油膜容易被破坏而使温度和摩擦阻力增大,加速密封件的磨损;密封槽过宽,槽底粗糙度太高时,随着压力的变化,密封件前后移动,磨损也会加剧。另外,材料选用不当,存放时间过长引起老化龟裂,都是产生泄漏的原因。
2.1.4因焊接不良而产生外漏
焊接式液压缸,焊接裂纹是产生外漏的原因之一。产生裂纹主要是焊接工艺不当造成的。如果焊条材料选用不当,焊条潮湿,对含碳量较高的材料焊前不进行适当预热,焊后不注意保温,冷却速度过快,都会引起应力裂纹。
焊接过程中的夹渣、气孔和假焊同样可引起外漏。焊缝较大时采用的分层焊接,如果每一层的焊渣没有彻底清除干净,焊渣在两层之间形成夹渣现象,故在每一层的焊接中,都必须保证焊缝清洁,不能沾上油和水;焊接部位预热不够,焊接电流不够大,是形成焊接不牢和溶焊不完全的假焊现象的主要原因。
2.2密封件的单边磨损
密封件的单边磨损,对水平安装的液压缸来说表现得尤为突出。引起单边磨损的原因,一是运动件间配合间隙过大或单边磨损,造成密封圈压缩余量不均;二是当活寨杆完全伸出后,因自重而产生弯曲力矩,使活塞在缸内发生倾斜。
针对这种情况,可用活塞环作为活塞密封件,可防止泄漏过大,但应注意以下几点:第一,严格检查缸筒内孔的尺寸精度、粗糙度和几何形状精度;第二,活塞与缸璧间的间隙要比其他密封形式小,活塞宽度要大一些,第三,活塞环槽不能太宽,否则其位置不稳定,侧面间隙将增加泄漏;第四,活塞环的数量要合适,太少时密封作用不大。
总之,液压缸在使用过程中出现的故障还有其他因素,出现故障之后的排除方法也不尽相同,无论是液压缸,还是液压系统的其他元件,只有经过大量的实际应用才能对其故障正确判断和快速解决。
注:本文由机哥整理自《石家庄理工职业学院学术研究》第1、2期,作者率润、李俊霞。液压机世界整理。