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引言
液压缸能够将液压能转换为机械能，是一种用以实现往复直线运动或往复摆动运动的执行元件，而且在执行往复运动时，无需配置减速装置，运动过程中无传动间隙，运动平稳。除此之外，它还具有结构简单、工作可靠、传递功率大、制造容易等突出优点，因此，在工程机械、冶金、铸造、汽车、机床、军工等领域的液压系统中应用广泛。液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。液压缸零部件在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的事件称为液压缸故障，继续使用会丧失可靠性和安全性。液压缸常见的故障有：液压缸弯曲、拉缸、内泄、镀层脱落和锈蚀等。但在实际的操作过程中不难发现，也会有一些特殊的故障问题，例如发黑、导向套漏油和异响等。这些问题不常发生，不过一旦发生就会对液压缸本身和施工造成一定的影响，延长施工进度。所以为了保证液压缸的使用寿命和可靠性，对液压缸的特殊故障进行分析并提出改进预防就显得尤为重要。因此，本文基于徐州徐工液压件有限公司提供的液压缸故障描述，对其故障原因进行了详细的分析，并提出了改进方案，最后提出了相应的预防措施。改进后的液压缸稳定性和可靠性得到了提升，为今后液压缸的优化设计提供了有效参考。1伸缩液压缸结构介绍
伸缩液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和O形密封圈以及套筒五大结构元件组成。伸缩液压缸结构简图如图1所示。
图1伸缩液压缸结构简图起重机液压缸故障按照不同结构件可归结为以下几类：垂直液压缸导向套含油漏油、垂直液压缸反弹异响、伸缩液压缸导向套外圆漏油和变幅液压缸导向套漏油等。接下来就这几类故障依次进行介绍。2特殊故障分析及改进
2.1活塞杆发黑（图2）1)故障描述(1)液压缸活塞杆表面失去金属光泽呈现黑色，表面变色不均匀，该色用卫生纸擦拭不掉，但是可以刮掉；(2)发黑起始位置为缸筒全收回状态下缓冲环处，终止位置为全伸出状态下缓冲环处。图2活塞杆发黑2)原因分析(1)无油轴承内含铅物质或者液压油内添加剂在高温下附着在活塞杆表面造成的；(2)从活塞杆发黑范围和活塞杆运动过程中接触的物质分析，发黑物质应来源于缓冲环和液压油。通过对活塞杆发黑部分进行分析，发现这2种物质的主要组成元素为C、O、H，而且在高温下会发生劣化分解而析出C、O元素。通过对液压油和缓冲环进行热重分析，液压油普遍在℃左右发生劣化分解，缓冲环＞℃时发生劣化分解，因此判断活塞杆在长时间频繁运动过程中，缓冲环与活塞杆摩擦生热产生的热量积聚在缓冲环处，当局部温度大于液压油劣化温度时，活塞杆表面油膜在高温作用下劣化分解出C、O元素附着在活塞杆表面形成发黑膜。而且液压缸伸出过程中产生的压力大部分由HBY缓冲环承受，密封体上压力传递至HBY挡圈，造成挡圈与活塞杆体之间的摩擦力增加，加剧摩擦生热的作用，进一步提升发黑的几率。3)改进方案(1)更换液压油，提升液压油劣化分解温度；(2)HBY挡圈原材质为12NM，该材料为聚酰胺树脂，硬度为RockwellR，将该材料更换为49YF，该材料为聚四氟乙烯树脂，硬度为DurometerD70。49YF硬度比12NM硬度有明显变小，通过硬度变小减少摩擦生热的现象，降低局部温度。但是该改进也存在一定风险：挡圈硬度变小，抗高压性能下降，挡圈长期使用后存在挤出现象。经过改进后的液压缸，在之后的使用过程中，发黑现象已明显减少。2.2导向套外圆漏油(图3)1)故障描述徐工调试厂现场反馈1台起重机伸缩液压缸漏油，经拆解，发现伸缩液压缸导向套与缸头体结合面处存在漏油痕迹，且防尘O形圈破损溢出。图3导向套外圆漏油2)原因分析经拆检，导向套外圆O形圈拉伤破损，密封失效。因此分析O形圈设计存在问题，漏油原因有以下几点：(1)导向套外圆O形圈沟槽图纸要求槽顶倒角R0.2、槽底倒圆角R0.3。实物测量后，发现导向套外圆O形圈沟槽实际倒角不符合图纸技术要求锐边锋锐，橡胶在沟槽中有压力时，胶体在沟槽中可视为蠕动状态，压力冲击导致已经划伤的胶体被挤入配合间隙内，当泄压后胶体在自身弹性下迅速回弹，如此往复会加速对胶体的机械损伤，从而产生此类O形圈密封失效；(2)要求O形圈硬度为80±5（邵氏硬度A），经现场测量，实际硬度为74、75，材料硬度基本合格，但仍偏下限。O形圈材质太软，导致O形圈受压挤出，划伤基体以致密封失效；(3)导向套外圆复检尺寸不符合图纸技术要求，沟槽尺寸也不在公差范围内。3)改进方案(1)调整导向套与缸筒配合公差，原配合公差H9/f9调整配合公差至H8/f8，进一步优化导向套静密封配合间隙；(2)在导向套外圆第一道O形圈远离有杆腔一侧，增加材料为聚氨酯的挡圈，以提高O形圈的使用寿命；(3)O形圈沟槽尺寸，严格按照图纸要求进行控制与加工。改进后伸缩液压缸导向套外圆漏油问题得到解决。2.3垂直液压缸反弹异响(图4)1)故障描述(1)吊重回转时，液压缸压缩反弹不匀速导致产生异响；(2)液压缸活塞杆伸出时，支脚盘着地时异响。2)原因分析(1)活塞支撑环摩擦力大，引起共振；(2)导向长度短，导致抗偏载能力差。3)改进方案(1)调节支撑环材质；(2)增加活塞和导向套宽度。图4垂直液压缸异响改进后效果良好，无异响现象发生。2.4变幅液压缸导向套漏油(图5)1)故障描述导向套内侧O形圈密封失效，引起内部活塞杆含油；液压缸外部导向套密封沟槽有明显的锈蚀现象；活塞杆外圆完好无损伤。图5导向套漏油2)原因分析变幅液压缸的导向套密封包括斯特封和Y圈，防尘圈采用包角的防水防尘圈，通过拆检反馈导向套，漏油问题大多都是导向套槽底锈蚀，因此分析导向套密封防水存在问题，分析原因有以下几点：(1)防水防尘圈密封对外界长时间防水效果较差；(2)变幅液压缸在使用过程中，从液压缸外侧顺着活塞杆进入导向套内；(3)导向套内除一道防尘圈具有防水功能外，没有其他密封件具备防水功能。3)改进方案通过拆检反馈液压缸，发现反馈漏油的导向套槽底锈蚀严重，针对此问题采取改进措施：导向套内增加反向防水Y圈；同时将之前使用的O形圈换为高品质的防水防尘密封圈，防止对导向套密封不严。经过改进后的变幅液压缸，在之后的使用考核中，漏油率明显降低。3故障的预防措施
针对引起上述液压缸特殊故障的原因和相应的改进方案，提出以下预防措施：
(1)设计人员在设计时应将导向套与缸筒的配合公差考虑周全，通过实验对比选择最合适的配合公差；安装时合理安排导向套外圆O形圈和液压缸有杆腔的距离，避免工作时对O形圈产生过大的压力冲击；(2)建议选用进口大品牌高质量液压油，并严格要求其化学成分组成，确保尽量少使用会在高温下发生分解的添加剂；(3)设计人员设计时加大活塞和导向套的宽度，增加导向套的抗偏载能力；(4)建议选适用于液压缸工况的进口或者国内大品牌的挡圈；材质硬度要合适，不是越大越好，硬度小，摩擦生热也小，如聚四氟乙烯树脂；(5)车间装车出厂前要做好严格的尺寸检查，对于O形圈的倒角圆角以及沟槽的尺寸要进行抽样检查，保证液压缸正常工作无漏油现象；(6)对操作人员进行专业的岗前培训，严禁不同工种流动作业，避免对液压缸造成不必要的损失；操作人员需严格按照说明书进行操作，并在后期不定时进行液压缸故障诊断与维护保养。4结语
本文所述的主要是徐州徐工液压件有限公司所提供的一些液压缸特殊故障案例，就其故障原因进行了详细分析，提出了有效的改进和预防措施，对实际故障检修及故障排除有一定的指导作用。但这些也只是液压缸特殊故障的一部分，因此，在对液压缸的日常维护保养工作中，要不定时地进行故障检测及诊断，及时发现问题并进行改正，这样可以延长液压缸的使用寿命，维持液压系统的稳定可靠运行，进而产生更大的效益。
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