简析直线往复运动液压缸爬行的原因和对策.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 0 7 ， 2 01 3 简析直线往复运动液压缸爬行的原因和对策 吴 用 天 平顶 山煤矿机械有限责任公司 ， 河南 平顶山4 6 7 0 0 1 摘 要 直线 往复运动液压缸有 的有明显爬行现象 ， 有 的在 速度或压力低到一定程 度情 况下会产生爬行现象 ． 引起机构工作状 态不稳 定 ， 其产生 的原 因较多 ， 主要与设计 、 生产制作 、 装 配、 使用 、 密封等有关 ； 其 防止必须从外部 、 内部 、 缓 冲机构等各方面综合考虑才有可能 奏效 。 关键词 直线往复运动液压缸 ； 爬行 ； 原 因； 防止 中图分类 号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 7 0 0 5 5 0 3 The Br i e f Ana l y s i s o n Ca u s e S o l ut i o n o f Li n e a r Re c i p r o c a t i n g Hy d r a u hc Cy l i n d e r ’ S Cr e e p i n g Yo n g P i n g d i n g s h a n C o a l Mi n i n g Ma c h i n e r y C o ． ，L t d ． ，P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t C r e e p i n g o f l i n e a r r e c i p r o c a t i n g h y d r a u l i c c y l i n d e r i s s o me t i me s o b v i o u s ，s o me t i me s o c c u r s a t a c e r t a i n l o we r s p e e d p r e s s u r e ， i t c a u s e t h e u n s t e a d y c o n d i t i o n o f t h e me c h a n i s m； t h e c a u s e s o f c r e e p i n g a r e v a r i a n t ， ma i n l y o n d e s i g n ， ma n u f a c t u r i n g ， a s s e mb l y ， u s i n g s e als ，e t c ． ；t h e p e r t i n e n c e me a s u r e mu s t b e t a k e n b a s e d o n f a c t o r s o f o u t e r ,i n n e r ，c u s h i o n d e v i c e ，e t c ． Ke y wo r d s l i n e a r r e c i p r o c a t i n g h y d r a u l i c c y l i n d e r ； c r e e p i n g； c a u s e ； p e i n e n c e me a s u r e 0 引 言 液压缸爬行是指在不变的压力和流量供液压油情 况下液压缸运动 出现连续 的一停一动现象 ， 一般来说 ． 是由于驱动力与阻力 出现瞬时不相等 ．在驱动力大于 阻力 的瞬时产生加速运动 。在驱动力小于 阻力的瞬时 产生减速运动 驱动力与阻力相等时速度稳定。 爬行是液压缸经常出现的故障情况之一 ．会产生 一 定 的动荷载 。 反过来影 响液压系统 的压力平稳性 ， 严 重时会影响机构功 能的正常发挥 ．造成 了系统工作 的 不稳定 下面针对造成直线往复运动液压缸的爬行原 因进行简析及相应对策 1 爬行 的原 因简析 1 ． 1 液 压缸 外 部 的原 因 1 液压系统供液的稳定性 液压缸 的供液系统压力 、 流量稳定 ， 少波动 ， 可有 效避免引起液压缸 的驱动力和速度的变化 ．减少液压 缸的爬 行情况 例如 ， 在机床 的工件进给液压缸 ， 采用 收稿 日期 2 01 3 0 1 1 4 作者简介 吴用 1 9 7 3 一 ， 男 ， 河南罗 山人 ， 工程师 ， 本科 ， 主要研究方 向为 钢结构 和液压。 调速阀f 宜带温度补偿1 、 减压 阀和背压阀 。 尽可能保证 了该液压缸的供液稳定 。 减少崩刀或断刀现象。 2 外荷载 阻力 的变化 主要是液压缸的安装 、液压缸所驱动的机构在液 压 缸运 动时导致 了外荷载 阻力 的变化 ． 此时液压缸 的外荷载 阻力 变化相对于液压缸活塞杆可分为受活 塞杆 同轴力的变化和受活塞杆垂直力的变化 。 一 般 液压缸在 设计使 用 时考 虑与 活塞杆受 同轴 力 ．一旦 液压缸在运 动 时受 到与活塞杆 垂直力 的作 用 ， 活塞杆 与缸体做为 杆件会发生 弯 曲． 其 内部 零件 如 导向套 、 活塞 、 密封 、 缓冲孔在与活塞杆的相对运动 过 程 中可 能因受力 与设计 时的假 设工况 情况不 同而 内部产生 了不 同的阻力 ， 导致爬行现象 ； 例如 ， 有缓冲 末 端 的液 压缸在活塞 杆受到外 垂直力作 用发生 扰 曲 而致缓 冲柱塞或衬套 的滑动部分将承受全部荷载 。 接 触 面压力异常增高 。 切断油膜 ， 出现爬行 ． 最终可能 出 现烧结现象 液压缸在运动时受到与活塞杆方 向的同轴力大小 和方 向突变 ． 也必然会产生液压缸爬行 ． 这方面主要按 机构运行的轨迹从受力的角度 出发 ．就具体情况分析 是机构运行导轨润滑不 良、 直线度 、 平面度不够或机构 运行过程 中遇到障碍物 ．还是液压缸与机构 的连接方 S 5 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 3年 第 0 7期 式导致受力变化等 1 ． 2液压缸本身的原因 1 设计原因 进行液压缸设计 时． 按其实际的工况要求 ， 进行受 力计算 、 密封 的选型 、 密封沟槽 的设计 、 缓冲结构的设 计 、 液压缸的内脏件设计 ， 例如 在液压缸可能受到一 定的垂直于活塞杆的力 ． 不大时 。 其缓冲孔与缓冲柱塞 的配合 间隙可大一些 、 行程长一些 ， 若较大 时 ， 采用与 液压缸并联导 向滑柱来承担此力从而避免活塞杆与缸 体产生过度弯曲 密封选型时 ， 参考密封样本在要求 的 液压缸最低稳定速度 、最高速度和压力情况下进行密 封材料 、 型号和相应密封沟槽尺寸确定 若缸底带缓 冲 结构且其与缸筒采用焊接连接 ．缓冲孔与缓 冲柱塞的 配合间隙可大一些 、 行程长一些 ． 避免装配与焊接可能 带来的偏心过大影响等 2 生产制造 、 装配原因 生产 制 造过 程 中的质 量控 制 不 到位 缸 盖和 活 塞 端面的垂直度 、 缸筒 内壁的圆柱度 和直线度 、 活塞与缸 筒 内壁的间隙过大或过小 、 活塞 导 向套 缸筒 内壁 三者间的同轴度等 ． 不符合设计制造 图纸的要求 ． 都可 能导致活塞在缸筒 内和活塞杆在导 向套 内的运行不顺 畅， 导致爬行 ； 装配过程 中的野蛮 、 不规范操作 ， 如果过 度用力或用力不均匀将使零件产生变形 ．同样可致活 塞在缸筒内和活塞杆在导向套 内的运行不顺畅 ．导致 爬 行 。 1 ． 3液压 缸使 用 中的原 因 1 空气 液压缸 内有空气时 ． 在受力时因其弹性模 量太小 ． 体积变化过大会造成 明显的爬行现象 故在新液压缸 或久未动作的液压缸使用前 。 需进行排气 2 环境因素导致的活塞杆 、 缸筒等损坏 环境原因导致缸筒 、活塞间的电化学反应 ．活塞 杆 、 导 向套等因工作环境而致的严重腐蚀 ， 致其相对运 动 不 良． 出现爬行 。 2 爬行 的防治对 策 2 ． 1 导 致液 压缸爬 行 外部 原 因的相 应对 策 对于新液压缸 。使用前的验收一定要进行液压缸 的最低稳定速度和工作速度 、工作油压的工况下进行 验收 ， 保证液压缸不出现爬行现象 ． 这样在 以后的使用 中若出现爬行现象 ．可明确是由液压缸外部原因引起 的爬行 液 压缸 的最低 稳定 速度 ．按标 准 G B ／ T 1 3 3 4 2 2 0 0 7为 当液压缸 内径 D≤2 0 0 m m时． 液压缸的最低稳 定 速度 为 4 mm ／ s 当液压缸 内径 D 2 0 0 m m 时 ， 液压缸 的最低稳定速度为 5 m m ／ s 或按液压缸设计工况要求的 工作速度 、 工作压力范围进行验收测试无爬行 。 对于使用 中的液压缸 ．可以松开其与所驱动机构 的连接 ． 进行液压缸多次 的空载往复动作 ， 按上述观察 其动作是否平稳。 1 保证液压系统供液的稳定性 液压缸的供液油源或通过相关液压系统保证液压 缸 进 、 出油 口的压 力 和流量 稳定 、 少 波动 。 2 外荷载 阻力 的变化防止 液压缸若 有缓 冲机 构或相关 液压 系统缓 冲调 节 阀． 需将缓冲调节阀全开 ． 观察在液压缸全行程范围内 其所驱动机构产生 的阻力是否恒定 机构运行 的导轨 平直情况 、 摩擦情况 、 受到的障碍 、 外力等 ， 找 出产生 阻力变化的机械受力原因并采取相应措施消除 如果 在缓 冲行程范 围外或缓冲全开情况下发生爬行 ．可以 判断是缓冲机构以外的因素引起爬行 。 2 ． 2导致液压缸爬行本身原因的相应对策 参考条 2 ． 1 所述 ．若不是外部 因素导致液压缸爬 行 ． 需察看是否是本身情况引起的爬行 ， 若缓冲机构引 起的爬行大部分是憋劲引起 的 需在液压缸 的设计 、 生产制造 、 装配过程进行质量 严格控制 ． 才可能有效避免液压缸本身产生的爬行 。 2 ． 3 导致液压缸爬行使用原因的相应对策 1 空气 液压缸在使用前利用排气阀放气 、来 回往复运动 几次或在 回油管中加背压阀。 将液压缸 内空气排 出。 2 环境 因素导致 的活塞杆 、 缸筒等损坏 已经发生了的电化学反应 、 腐蚀致液压缸损坏 ． 需 进行机 械修复 、 更换 ， 并据现场使 用环境考虑材 质 、 镀 层变更 如在酸碱环境可考虑不锈钢活塞杆 、陶瓷镀 层、 缸筒 内壁和导向套采用紫铜工艺等 。 3 结论 造成往复直线运动液压缸爬行 的本质就是活塞杆 所受的驱动力与阻力的不平衡 ．故从活塞杆机械受力 平衡 的角度出发 ． 进行可能的原因全面分析 ， 找 出根本 原因采取相应措施即可解决爬行问题 一般 ， 在实际液 压缸爬行诊断时．首先确认 液压缸内部 的空气是否已 排出 ． 其次确认是否 由液压缸本身外的原因引起 ． 同时 确认液压缸是否有明显 的腐蚀 、 电化学反应损坏痕迹 ， 最后确认液压缸本身的原 因 一般需返 回液压缸车间 进行检查、 修复 。 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e Ms ／ No ． 0 7 ． 2 01 3 基于 A M E S i m 的随车起重机 伸缩臂油缸故障分析 An a l y s i s Lo r r y Cr a ne Bo o m Cy h n d e r S t o p pa g e Ba s e d o n AM ES i m 韦邦州 E ／Ba n g - z h o u 华菱星马汽车 集团 股份有限公 司， 安徽 马鞍山2 4 3 0 6 1 摘 要 通过对随车起重机停车后伸缩臂 油缸 活塞杆外伸现象的原理分析 ， 平衡计算以及随车起 重机伸缩 臂工况分 析 ， 便于工程技术人 员进 一步了解随 车起重机伸缩臂的作业 特性、 液压油的可压缩 性 ， 以及伸缩 油缸设计 中应该注意的问题 。 关键词 油缸 ； 伸缩臂 ； 随车起重 机 ； A ME S i m； 微泄漏 中图分类号 T H1 3 7 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 7 0 0 5 7 0 3 O 引言 随车起重机使用过一段时间后 ．有时会发现伸缩 臂有一种现象 ． 在伸缩臂 的油缸全部收 回后 ， 整车包括 发动机停止工作后 ．过了一段 时间后伸缩臂 的油缸活 塞杆 自动往外伸 出一段行程 。通过对这一现象深入研 究 ， 并通过实验验证 ． 可以发现我们通 常所说 的理想液 体在实际工作 中是不可以忽视其压缩性 的。在伸缩臂 油缸设计 时需要 充分 考虑随车起 重机 的使用工况 ． 减 少微泄漏给整车带来 的故障。 1 现象 和实 验 1 ． 1 现 象 有折叠式 随车起重机 的伸缩臂在使用过一段 时间 后 ． 遇到过这样一种情况 1 随车起重机伸缩臂的油缸在全部缩回以后 ， 整 车包括发动机停止工作 ．过 了几个小 时甚至更长的时 间以后 ． 发现伸缩臂油缸的活塞杆伸 出一段距离 ； 2 起重机在 工作时 ， 所 吊重物没有 出现明显 自落 现象 3 伸缩臂 油缸全部伸 出后停止 时活塞杆没有 回 缩现象 收 稿 日期 2 0 1 3 0 5 2 3 作者简介 韦邦州 1 9 8 5 一 ， 男 ， 安徽合肥人 ， 助理工程师 ， 本科 ， 主要从事随 车起重机液压系统方面的研发、 设计 和培训工作 。 4 伸出的 中间位置和收 回的中间位置没有往 回 缩及往外伸的现象 1 ． 2实验 为了解这一现象的内在原因．我们将车上的该油 缸拆下 ． 送往实验室做实验。实验 台的最高工作压力 P 0 设定在 3 0 MP a ． 实验台中的换 向阀中位机能为 Y型 ． 实 验台的额定工作流量设定为 6 0 L ／ mi n ． 实验 台由电机驱 动 ． 油缸水平放置 。 实验分为两组 ．一组将油缸和换向阀直接相连不 装平衡 阀． 一组在油缸和换向阀之间加装双向平衡阀。 无 平衡阀下实验 内容 、 过程和结果如表 l 所示 ， 有平衡 阀下实验 内容、 过程和结果如表 2所示 。 表 1 无平衡阀 参 考 文 献 [ 1 】 吴根茂．新编实用 电液比例技术呻 杭州 浙江大学出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 】 村 岗虎雄 ． 油缸[ M】 ． 李宗 国译 ． 北 京 机 械工业 出版 社 ， 1 9 7 4 ． 【 3 】 G B ／ T 1 3 3 4 2 2 0 0 7 ． 船 用往复式 液压缸通用 技术条 件[ M】 ． 北 京 机械工业出版社 ． 2 0 1 0 ． [ 4 】 门泰一． 油缸和气 缸的故 障分析【 M】 ． 柴志浦译 ． 北京 煤炭工 业 出版社 ． 1 9 8 0 ． [ 5 】 王国法． 液压支架控制技术【 M】 ． 北京 煤 炭工业出版社 ， 2 0 1 0． 5 7