浅谈汽车起重机水平液压缸常见故障及解决措施.pdf

液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 3年 第 0 9期 浅谈汽车起重机水平液压缸常见故障及解决措施 生 敏 ， 李永奇 ， 孙 肇岩 ， 王 丽 徐州徐工液压件有限公司， 江苏 徐州2 2 1 0 0 4 摘要 汽车起重机水平液压缸是汽车起重机在进行 吊载作业前 、 后完成支腿水平伸缩 的执行元件 ． 在使用 中因其承受载荷不大且不 经常动作 ， 故 出现漏油现象时不易被引起重视 。水平 液压缸 的失效将直接导致汽车起重机无法正常收展及起重工作 。该文对汽车起 重 机水平液压缸常出现的故 障进行分类及原因分析 ， 总结 出其失效模式。主要是从漏油方面 ， 然后从多个角度分析故 障产生 的原 因及解 决措施 。 关键词 汽车起重机 ； 水平 液压缸 ； 失效模式 ； 解决措施 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 9 0 0 6 4 0 3 Di s c u s s i o n on M a l f u n c t i o n a nd S o l u t i o n o f Au t oc r a ne’ s Ho r i z o nt a l Hy d r a u l i c Cy li nd e r SHENG ， LI Yon g -qi ， SUN Zha o - ya h， WANG Li X u z h o u XC MG H y d r a u l i c s C o ． ，L t d ． ，X u z h o u 2 2 1 0 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e h o riz o n t a l h y d r a u l i c c y l i n d e r o f Au t o c r a n e i s a n i mp l e me n t t o s p r e a d o r r e t r a c t t h e l e g s b e f o r e a n d a f t e r t h e l i f t i n g u p l o a d i o b ． B e c a u s e o f t h e l e s s e r l o a d a n d mo v e me n t ， t h e o i l l e a k a g e c a n n o t b e c a t c h s e ri o u s l y a t t e n t i o n e a s i l y ． T h e f a i l u r e o f h o ri z o n t a l h y d r a u l i c c y l i n d e r wi l l d i r e c t l y l e a d t o t h a t u n a b l e t o l i f t i n g w o r k of Anto - c r a n e ． 1 ’h i s p a p e r s u ms u p the f a i l u r e mo d e s t h r o u s h c l a s s i f y t h e f a u l t s a n d a n a l y z e c a u s e s ． An d t h e n ， f r o m d i ff e r e n t p o i n t s ， a n aly z e t h e r e a s o n s a n d s o l u t i o n f o r t h e f a i l u r e s o f h o riz o n t al h y d r a u l i c c y l i n d e r ， ma i n l y f r o m t h e o i l l e a k a g e ． Ke y wo r d s a u t o - c r a n e ； h o ri z o n t a l h y d r a u l i c c y l i n d e r ； f a i l u r e mo d e ； s o l u t i o n O 引言 汽车起重机广泛应用于建筑 、 电力建设 、 水利工程 建设等多种工况。在起重机的正常工作过程 中． 起重机 水平液压缸 以下简称液压缸 用 于起重机伸缩支腿 ， 以便支腿支撑起起重机体 ． 使其车体离地作业。液压缸 出现问题后将导致支腿无法正常收缩 ．从而导致起重 机无法正常工作。对液压缸的常见故障进行归纳总结 ， 得到液压缸 的失效模式 ． 对其进行研究 ． 从而减少液压 缸的故障发生 零 件有 其 标 准 的失效 模 式 ．由各个 零 件组 装 的液 压缸依然可以对其故障分类分析。我们从常见质量反 馈问题入手 ， 结合其实际使用工况 ， 在外渗漏 、 内泄漏 、 零件失效等层面对该类液压缸 的常见故 障进行分类 、 原因分析 ．并尽可能地给出相应的排除措施及改进方 案 ． 以解决市场上常反馈 的液压缸质量 问题 ， 并实现 以 后对液压缸的设计从事后“ 救火 ” 解决问题 向事前 “ 防 火” 提前预 防的方式转变 ． 使对液压缸 的失效模式 的分 析 支撑 起 液 压缸 设 计 中设 计 失 效模 式 及 后果 分 析 收稿 日期 2 0 1 3 一 O l 一 0 4 作者简介 生敏 1 9 6 5 一 ， 男 ， 江苏泰州人 ， 高级工程师 ， 硕士 ， 主要从事流体 传动与控制方面的技术研究 与管理工作。 6 4 D F ME A 的推广 。 1 常见故障原因分析及解决措施 水平液压缸的故障通常表现为漏油即外渗漏 、 内泄 漏和零部件的失效 3类 从使用工况上分析对液压缸的 要求为 能承受伸缩臂时的推拉力 ， 有一定的保压作用 ， 卧式放置连接安全可靠。其主要受力形式如图 1 所示。 图 1 受 力 示 意 图 下面将从水平液压缸 的 3种故障表现形式对其进 行研 究 1 ． 1 外 渗漏 液压缸的外渗漏 ． 如图 2所示 ， 指液压缸 中工作液 图 2外渗漏示意图 Hv dr a ul i c s Pne u ma t i cs Se a l s ／ No ． 0 9． 201 3 体从高 、 低压腔流到大气的泄漏 。轻则影 响液压缸外观 质量 ．重则直接导致液压缸内油液压力无法保证 工作 压力 ． 水平缸从而无法正常工作 。外渗漏只是一种表现 形式 ． 造成外渗漏的原因则各种各样 ， 主要是 因为缸筒 与导向套间密封失效引起 。 缸简与导向套 间的密封是静密封 。可能造成漏油 的原 因有 密封圈质量不好 ； 密封 圈压缩量不 足 ； 密封 圈被刮伤或损坏 缸筒质量和导向套密封槽 的表面加 工粗糙 首先 ． 0形圈失效引起外渗漏。常见失效有 0形 圈 挤 出、 磨损、 老化 、 变形等 。 如图 3所示为 0形圈挤出失 效 示 意 图 图 3 O 形 圈挤 出 示葸 图 这是因为密封槽间隙设计过大 ．导致周期性膨胀 间隙过大 ．在运动速度稍高 的情况下边缘部分被挤 出 密封槽 ． 导致 O形圈失去密封作用 ． 当导 向套密封 0形 圈出现此种失效 ． 直接导致液压缸的漏油。此时我们经 过调研验证 ①可以更换密封件材料， 采用弹性较大的 材料； ②减小装配间隙， 防止挤出； ③可以加装挡圈。 此外 ． 0形圈磨损及变形的原 因与其被挤 出类似 ． 可以适度设计密封槽尺寸及配合 间隙 ．要严格保证密 封槽 的表面粗糙度 。由经验可知 ， 间隙过大容易挤 出。 间隙过小容易变形磨损 ．我们 就在具体的液压缸密封 沟槽设计 中按照这两个指标进行折 中设计 ．力求将 O 形圈失效风险降低到最低便可达到 目的。 0形 圈老化是密封件寿命 问题 ， 属于个别工况 、 环 境 ． 经常移动作业的场合 ． 所以我们可 以针对这种特殊 工况作 业的液压缸 采用特殊的密封材料 ．虽然略微增 加 了成本 。 但是大大减少了液压缸故障。 其 次 ．缸筒质量 和导 向套 密封槽的表面加工粗糙 将很大程度影响密封件 的寿命 。应从设计 、 加工和装配 三个环节上给予保证 。即应 防止密封圈在装配过程 中 被刮伤或就位后压缩量不足 同时缸筒和导 向套密封 槽的表面加工质量都应按要求进行控制。 另 外 。 导 向套轴 封 含 油也 是 很 严 重 的故 障 ， 原 因是 防尘渗水 。 水渗入孔封密封槽底导致生锈 ， 轴封失效 ， 存的油无法 回油 ． 造成轴封含油 。如图 4所示位置 ， 可 通过更换较复杂结构 的防尘来防止渗水 ．同时可以在 液压缸外部安装 防水防尘护罩 ， 保证环境 的清洁。 ／ 1 ／ 斯特封 槽底锈蚀，轴封含 油 图 4导 向套 密 封 样 式 图 如 图 4导向套密封样式 图所示 ．轴封右端为斯特 封 ． 常见相关故障为斯特封磨损失效 ， 导致密封失效漏 油 。原 因主要是杆体不平 、 加工精度低 、 公差设计取值 不适 显然这些会造成密封磨损导致漏油。 所 以在杆体 外 圆尺寸精度选择较高 的 8级公差精度等级 ．再配以 高水平 的加工工艺过程 ． 则能解决斯特封失效的问题 。 除了以上密封失效引起的外渗漏 ．焊接质量不 良 导致 的外渗漏 问题也是主要的原 因之一。水平液压缸 中耳环 与杆体 、 缸底与缸体 、 杆堵 与杆体 、 阀座与缸体 的连接采取的都是焊接的连接方式 。 通常在各个零部件 的连接 焊缝 中出现焊缝砂 眼 。 这直接导致液压缸 的外渗漏漏油。这种故障通常是加 工工艺水平和焊缝尺寸、 坡 V I 形状 、 焊接材料等所决定 的。解决此项问题的方法只有提高加工工艺 ， 合理设计 焊缝 。经过焊接工艺评定 、 无损探伤验证及经验数据 ， 若采取角度为 4 o 的 U型焊缝连接耳环 、 缸底 、 缸体 、 杆 体对应间的连接 ． 则大大降低故障的发生率。 1 ． 2 内泄漏 液压 缸 的 内泄漏 ． 如 图 5所示 ， 指 液压 缸 中液 压 油 有少量液体从高压腔流 向低压腔 的泄漏 在对液压缸 保压性能要求 比较高的场合 ． 比如水平液压缸 ， 内泄漏 的影响至关重要 ．一定要严格控制泄漏量 。防止 内泄 漏 ． 满足保压的需求。引起 内泄漏的密封问题主要发生 在液压缸活塞上的密封处。活塞孔封磨损 、 孔封含油 、 格莱圈断裂 、 格莱 圈磨损 、 格莱圈有压痕等等。经验证 明 ， 原 因类似 。 可将 排除措施按 照原因固化 ， 提高设计 效率。主要从以下几个方面进行优化设计 ①密封沟 槽尺寸精度；②缸筒内径尺寸公差；③缸筒杆体同轴 度； ④液压油固体颗粒污染度等级； ⑤孔用组合密封； ⑥密封材料。 另外 ， 杆堵与杆体焊缝失效 ， 也会 引起内泄漏 焊 下转第 6 9页 6 5 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 9 ． 2 0 1 3 过这种 台阶结构 。 使得缓 冲压力存在多次的变化 ， 减小 了最大缓冲压力 的峰值。这种缓冲柱塞 比圆柱形柱塞 缓冲效果要好 ． 峰值较低 ． 适用于较高速度的缓冲。 对于圆锥形缓冲柱塞 ．它和缓冲孔之间行成的环 形间隙是可变的 ． 缓冲开始时环形缝 隙较大 ， 随着活塞 的运动 ． 环形缝 隙逐渐变小。所以减小 了最大缓冲压力 的峰值 ． 在设计的时候 ． 其缓冲行程 和圆锥角是最重要 的结构参数 ． 要根据工况来确定 。和圆柱型缓冲装置相 比． 具有较好 的对中性能 ， 可 以避免 因为对中问题而引 起的缓冲失效的情况 4结 论 通过对液压缸内缓 冲过程进行 了分析 ， 得知 ， 当缓 冲柱塞是一个抛物线锥体时 ．可实现液压缸的等减速 上接 第 6 5页 缝失效 ， 当小腔为高压腔 时， 油液通过失效 的焊缝进入 杆体内部 ， 引起杆体含油 ， 并且继续通过内芯管进入大 腔 ， 即低压腔 ， 形成 内泄 见 图 6 。 小腔 高压腔 图 5液 压 缸 内泄 示 意 图 图 6焊 缝 漏 油 示 意 图 1 ． 3零件 失 效 除了外渗漏与内泄漏 ， 各个零部件常见故障有 1 杆小头脱落 、 活塞脱落 ， 原 因是 防松设 计不合 理 ．更改活塞 防松采用内六角锥端 紧定螺钉紧定活塞 与杆小头的螺纹连接 2 活塞拉伤、 缸体拉伤 、 杆体拉伤 ， 油液固体颗粒 污染是造成拉伤的主要原因 3 杆体锈蚀 、 杆体脱铬 ， 电镀质量差 、 单层镀层导 致杆体锈蚀 ， 改进为杆体外 圆表面采用复合镀 ； 4 杆体 、 油管料裂 ， 杆小头断裂 ， 这些 问题在零件 选材上应该慎重考虑。不采取普通 4 5 钢 。 油管采取使 用 2 0冷轧管 ． 杆体采用强度较高的 Q 3 4 5系列钢 2 结论 现将该类液压缸常见故障概述如表 1 。 通过对该类液压缸 的故 障分析 ． 可以将故障分类 ， 进 而固化其失效模式 ，然后推广到其他各种液压缸上 面 ， 建立统一 的失效模式数据库 。 固化改进措施 ． 形成 缓冲效果。并 以圆柱形缓冲柱塞为例， 推导了缓冲过程 的数学模 型。之后对液压缸几种常见 的内缓 冲形式进 行 了对 比， 对液压缸缓冲的设计与研发 ， 有着一定的指 导意 义 。 参 考 文 献 『 1 1 刘庆教， 李永 奇． 测试 与传感 技术在超 高压液 压缸设 计 中的 应用[ J 】 ． 液压与气 动， 2 0 1 2 ， 1 ． 1 刘波． 液压 缸缓 冲结 构和缓 冲过程 的研究【 D ] ． 杭州 浙 江大学， 2 00 4． [ 3 ] 章 一 明． 液压 缓 冲器设 计参 数 研 究[ J ] ． 华 东 冶金 学 院学 报， 1 9 9 4 ， 3 ． [ 4 ] 张卫华， 李承颖． 液压缸的一种缓冲装置L I ] ． 液压与气动， 2 0 0 8 ， 9 ． [ 5 】 王秀君． 超高压液压缸缓冲性 能建模 的可行性探讨[ J ] ． 工程机 械文摘， 2 0 1 2 ， 9 ． -- 一 一 一 标准 ． 以便供以后进行产品设计时查询。这样不仅能够 大大缩短产品设计周期 ， 提升产品质量 ， 还能将 以后产 品 出现 问题再处 理的工作方式 向先事前 预防设计 的 D F M E A的设计理念转变 ． 解决 了问题的同时还优化了 设计流程 。 这种思路值得推广 。 表 1 液压缸 常见故障及解决措施 参 考 文 献 [ 1 】 王亚 萍， 韩 桂华， 焦卫兵 ． 液压 泄漏 防治技术[ M】 ． 北 京 机 械工 业 出版 社 ． 2 0 1 2 ． [ 2 】 刘金标． 密封装置的泄漏与防护『 J 1 ． 液 压气动与密封， 2 0 1 1 ， 2 ． 【 3 ] 刘延 俊， 关浩， 周德繁 ． 液压 与气压传 动[ M】 ． 北京 高 等教育 出 版社 ． 2 0 0 7 ． [ 4 ] 张岚 ， 弓海霞， 刘宇辉． 新编使 用液压 技术手册 [ M] ． 北京 人 民 邮电出版社． 2 0 0 8 ． 【 5 】 机械设计手册编委会． 机械设计手册， 第五卷 3版 [ M】 ． j E 京 机械工业出版社． 2 0 0 4 ． 【 6 ] 郭维斌． 起重机水平液压缸漏油的分析与排除[ J ] ． 工程机械与 维修， 2 0 0 0 ， 3 ． [ 7 ] 濮 良贵， 纪明刚． 机械设计 第八版 [ M 】 ． 北京 高等教育出版社， 2 oo 6． 69