多級套筒伸縮式雙作用液壓缸故障原因分析及對策
1.故障現(xiàn)象
某產(chǎn)品上選用的兩級套筒伸縮式雙作用液壓缸,活塞與套筒采用螺紋嵌套式,在加工工藝上與活塞式單作用油缸相同,質(zhì)量上易保證,可靠性好,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。某次頂升作業(yè)后檢修,發(fā)現(xiàn)活塞桿拉傷,出現(xiàn)泄漏;同時油缸出現(xiàn)卡阻,一級活塞桿縮不回的現(xiàn)象。為避免更大事故的發(fā)生,對該多級油缸進(jìn)行拆檢,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向限位部分已產(chǎn)生塑性變形,平坦的臺階邊沿?fù)p壞,尖銳的鐵屑將活塞桿的鍍鉻層劃傷,進(jìn)一步損壞了密封圈,引起了油缸的泄漏;同時空載縮缸時回油背壓較高,壓力損失很大。
2.原因分析
對油缸進(jìn)行了分析,多級套筒伸縮式雙作用油缸出于白身結(jié)構(gòu)的考慮,其缸徑和活塞桿直徑的選擇都偏大,如圖R所示。一級缸徑和桿徑分別為φ200mm、φ190mm,二級缸徑和桿徑分別為φl60mm、φ150mm。每級油缸每邊只有5mm的間隙,通常油缸從最大的一級開始逐級伸出,即φ200mm油缸帶著套在其內(nèi)的第二級最先移動,在一級行程完全伸出后,下一級才開始伸出;而在縮回時,最小的一級完全縮進(jìn)以后,下一級才開始移動,逐級縮回到缸筒內(nèi)。由于每一級活塞與導(dǎo)向限位接觸面非常小,如果油缸伸出速度較快,活塞就會與限位處發(fā)生碰撞,長期碰撞會引起導(dǎo)向限位部位發(fā)生塑性變形,導(dǎo)致活塞桿發(fā)卡,劃傷鍍鉻層,油缸的反復(fù)伸縮會進(jìn)一步損傷密封圈,從而造成卡阻和泄漏。所選用油缸第一級速比10.5,二級速比8.25,當(dāng)?shù)谝患壣斐龅轿缓?,相同流量進(jìn)人第二級,其伸出速度增大,而油缸沒有設(shè)計(jì)緩沖裝置,快速伸出的活塞在行程末端會撞擊導(dǎo)向部位,該部位未經(jīng)特殊處理,時間長后就產(chǎn)生了故障。至于縮缸時回油背壓高,主要是由于多級缸的速比較大引起,同樣的油量進(jìn)入有桿腔,無桿腔排油量成數(shù)十倍的擴(kuò)大,而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,大都是按泵的供油量進(jìn)行選擇的,忽略了由速比引起的流量增加,油缸級數(shù)越多,影響越大,系統(tǒng)背壓的增加也就越大,從而出現(xiàn)空載縮缸時需要加大發(fā)動機(jī)油門或消耗功率的怪現(xiàn)象。
3.對策
如果能降低油缸伸出速度,讓其平緩到達(dá)行程終點(diǎn),就可解決碰撞問題。因此對液壓原理進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),原理如圖S所示。
多級缸伸出時,電磁換向閥3處于右位,節(jié)流閥2先對泵的來油進(jìn)行了調(diào)節(jié),有桿腔的回油通過單向節(jié)流閥6的單向閥回油箱,同時高壓油將液控單向閥4封閉,使油缸的伸出速度可控,避免發(fā)生高速撞擊。當(dāng)多級缸縮回時,電磁換向閥3處于左位,節(jié)流閥2先對泵的來油進(jìn)行了調(diào)節(jié),單向節(jié)流閥6根據(jù)速度要求對流量進(jìn)行二次調(diào)節(jié),同時高壓油通往液控單向閥4的控制口,將液控閥打開,使其反向流通,無桿腔的回油一路經(jīng)液控閥4和節(jié)流閥5回油箱,節(jié)流閥5可調(diào)節(jié)背壓,防止縮回太快而在無桿腔產(chǎn)生真空,引起系統(tǒng)振動和噪聲;無桿腔排出的另一路液壓油可經(jīng)電磁換向閥,經(jīng)T1口回油箱。