航天地面设备液压缸多余物预防与控制.pdf

液 压 气 动 与 礓p t l ／2 0 1 6年 第 0 1 期 d o i l O ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 1 9 航天地面设备液压缸多余物预防与控制 吴建胜， 冯世泽， 赵黎明， 蒙小苏， 沈 音 P r e v e n t i o n a n d C o n t r o l o n F o r e i g n Ob i e c t s De b r i s o f S p a c e Gr o u n d E q u i p me n t s Hy d r a u l i c C y l i n d e r WU J i a n s h e n g , F E NG S h i - z e , Z HAO L i mi n g , MENGXi a o S U , S HEN H 北京航天发射技术研究所液压系统及元件研究室 ， 北京 1 0 0 0 7 6 摘要 液压缸是航天地面设备液压系统中的主要执行元件， 要求具有较高的可靠性， 结合应用实例及经验总结 ， 该文主要从设计 、 生 产、 调试 、 使用等不同方面讲述了地面设备液压缸多余物预防与控制工作。 关键词 液压缸； 多余物； 预防； 航空 中图分类号 T H1 3 7 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 1 0 0 6 6 0 4 0 引言 多余物是指产品中存在的由外部进入或内部产生 的与产品规定状态无关 的一切物质 ， 液压产 品多余物 预防与控制作为液压领域的一个分支， 是液压系统及 元件 的永久话题。液压系统污染会导致系统运行不稳 定， 实践证明， 7 0 ％～8 0 ％的液压故障都是由系统污染 造成 的。从发生 问题 的特点来看 主要有 以下 几个特 点 具有传染性， 处理复杂， 成本高， 设计、 生产、 调试 、 管理人员应高度重视多余物控制， 采取有效措施， 加强 管理和验收检查力度。本文根据地面设备液压缸的特 点， 从设计 、 生产、 调试、 使用方面总结多余物预防与控 制工作 。 1 航天地面设备液压缸介绍 液压缸在航天地面设备 中广泛应用 ， 是设备 系统 中的重要组成部分。航天地面设备液压缸要求具有较 高 的可靠性 ， 其中有普通结构液压缸 、 使用工况特殊的 特种液压缸。地面设备液压缸分类见图1 。 航天地面设备液压缸承载着地面大型发射平台液 压系统、 运载火箭发射台几乎所有动作功能， 液压产品 适应 的环境范 围极广 ， 且液压系统执行机构部分 动作 进入不可逆动作流程 ， 都对液压系统及元件提出了高 可靠性要求。而多余物不仅直接影响航天产品功能和 性 能指标 ， 同时对 系统 和元件 的可靠性和寿命也有着 很大影 响。 液压缸多余物来源主要包括生产 、 制造、 安装过程 中产生的潜在多余物 ， 如结构设计或生产工艺不合理 、 不完善， 导致隐藏在产品内部的切削、 氧化皮、 焊渣、 锈 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 1 5 作者简 介 吴建 胜 1 9 7 4 一 ， 男 ， 河北沧 卅1 人 ， 研 究员 ， 硕 十 ， 主要从事液 压系统及元件研究工作 。 6 6 渣 、 纤维等； 使用过程中侵人污染产生的多余物 ， 如防 尘设计不合理或维修操作不当导致污染侵入。因此 ， 液压元件多余物预防与控制主要分三个方面 地 面 设 备 液 压 缸 特种 结构 液￡ 矗 缸 普通 结构 液压 缸 锁紧液压缸 双出杆液压缸 图 1地 面设 备液压缸分类 1 设计阶段多余物控制。液压缸结构设计时应 考虑减少孔道毛刺、 便于冲洗， 并结合应用环境 ， 考虑 设计外部防护措施。优化 的设计方案是使产品具有 良 好抗污染特性的根本保证。 2 生产 阶段 污染控制 。对 清洗 、 装配 、 试验环节 引起足够重视， 编制相应的作业文件， 配备防控多余物 必要的资源， 如设备 、 仪器、 工具 ， 采用专用的清洗间、 装配间， 对装配过程的各个环节都要严格控制多余物 的混入； 提高清洗效果 ， 尤其重视对液压缸死角处的 清洗。 3 使用维护阶段污染控制。产品交付时， 随机备 有使用操作维护说明， 必要时对使用和操作维修人员 进行技术指导， 规范管理， 并按文件规定进行 日常维护 保养 ， 使其处于 良好状态 ， 避免污染系统 。 ～ 一 一 一 一 一 一 一 防尘罩或防护筒。在液压缸伸出时对活塞杆起到保护 作用 ， 避免外来多余物 。 2 设计过程多余物预防控制 2 ． 1结构设计减少孔道毛刺 油气 弹簧是特 种车底 盘悬架 系统 的重要组 成部 分 ， 主要传递车轮和车架之间的垂向力， 并能够缓和、 衰减外力引起的车架振动， 采用气体作为弹性介质， 以 油液来传递压力。其工作环境恶劣、 性能指标要求高。 油气弹簧工作腔 ， 不能与外界油路形成循环通 路 。因此 ， 对于油气弹簧来说 ， 工作腔的清洁度要求非 常高， 不允许存在任何多余物， 尤其是金属多余物 ， 否 则将直接影响产品的整体质量及悬挂系统的可靠性 。 油气 弹簧原上支耳 、 下支 耳油液流道为垂直相交 孔 ， 两孔相贯处存在人工去毛刺 困难 ， 费时费力 问题 ， 通 过工艺试 验 ， 优化设计 ， 将 上支耳处更 改为斜 孔结 构， 省掉了相交孔去毛刺环节， 下支耳孔道相贯处结构 完善 ， 去毛刺更方便。如图 2 、 图3 所示 。 雀 图2上支耳总成相交孑 L 改进前、 后对照 图 3 下 支耳 总成 相交孔改进前 、 后对照 2 ． 2 内部结构优化便于冲洗 锁紧液压 缸是我所液压专业核心产 品 ， 广泛用于 发射平 台支腿 。在一项预研课题 中 ， 设计 了二级过盈 锁紧液压缸 ， 其活塞杆局部结构改进前 、 改进后如 图4 、 图5 所示 。改进前 ， 零件 1 与零件 2 之间采用焊接结构 ， 满足零件2 向外变形空间要求及液压缸工作时油液流 通的功能需要。由于焊接后需要进一步加工各尺寸 ， 多余物一旦通过油道孔进入环形腔内， 焊接结构无法 分解 ， 且很难通过 冲洗清洗干净 。通过将零件功能分 解 ， 增加隔套 3 ， 零件 1 与零件 2 之间由焊接结构改为螺 纹 固定 ， 零件 2与零件 3 环形 间隙满足零件 2 向外变形 要求 ， 零件 1 与零件 3 之 间通道满 足油液流通要求 ， 所 有零件机加完成后装配 ， 即使在装配使用过程中环形 腔进人多余物 ， 也可通过分解 、 再装进行清理 ， 从设计 上避免了多余物产生环节。 2 ． 3 液压缸活塞杆防护设计 对外部工作环境恶劣的液压缸 ， 活塞杆外部设置 i 压力i t t t／ l夕 I J 压力油 翳 图4二级锁紧液压缸活塞杆 图5二级锁紧液压缸活塞杆 内部结构 改进前 内部结构 改进后 图6 为用于地面设备车辆底盘 的液压 助力缸防尘 罩安装示意 图， 防尘罩为聚 四氟 乙烯人造革 ， 随活塞杆 伸收可伸张或压缩 。有效 防止行军过程中雨雪 、 泥水 、 沙尘的侵袭 。 防 墨 图 6 转 向助 力液 压缸 安装防尘罩 图7 为某型产品起竖液压缸 的金属防护筒安装示 意图， 由于工作时存在的高温高压燃气流冲蚀 ， _丁作后 活塞杆表面容易附着颗粒状多余物， 活塞杆同收时损 坏 活塞 杆 密 封件 ， 为保 护 活 塞杆 表 面 ， 设 置金 属 防 护筒 。 护简活塞手 l 图7 起 竖液压缸活塞杆安装 防护简 2 ． 4 安装及导 向设计避免金属摩擦 固体颗粒是导致液压缸故障并减少使用寿命的一 个重要原因。如结构设计 不当 ， 使相互运动 的零件金 属表面直接接触 ， 接触部位 在载荷作用之下会产生高 温导致金属粘在一起 ， 金属表层脱落形成磨粒或表面 拉沟划伤， 使密封失效， 液压缸无法完成既定功能。 销子液压缸为地面设备液压缸中的单出杆双作用 普通液压缸 ， 用于托架锁紧功能 ， 以往设计安装结构图 如图 8 所示 ， 安装法兰在缸体尾部 ， 销子在导 向孔 内运 动 ， 当安装法兰与销子导 向孔形位公差较差时 ， 活塞杆 受径向力 ， 而动密封处未设置导 向带 ， 曾发生缸体 内表 面拉伤产生多余物导致液压缸异常动作 问题 。为优化 液压缸受力环境 ， 安装 固定位置调整在缸体前端 ， 并在 活塞和活塞杆密封部位设置非金属导向带。见图9 。 2 ． 5 密封装配结构设计 液压缸结构设计需要考虑装配过程 ， 密封结构装 入液压缸孔 或通过活塞杆 、 经过螺纹结构或孔口结 液 压 气 动 与 密 ．． rd ／2o t 6年 第 Ol 期 构时， 缸孑 L 、 活塞杆、 孔口处需按样本要求设置长度不 小于 z的装配倒角 ， 密封件在无压缩条件下 ， 螺纹尺寸 应不阻碍密封组件通过 ， 否则易损伤密封件 ， 从而产生 多余物。如图 1 0～图 1 3 所示。 活 图8销子液压缸 改进前 图9销子液压缸 改进后 安装子 乙 图 1 O 密封经过螺纹结构 合 一 鞫 ＼ l 什 混合 倒嘲 活 。 _ 上 JL L_J 图1 1活塞密封装入缸筒 5 2 O 。 两处 蟹装 孔 图1 2 活塞杆密封装配 图1 3带油口台阶活塞密封装配 2 ． 6 液压缸防尘设计 液压缸作为液压系统的执行元件， 其工作时受各 种杂质影 响 ， 活塞杆上会 附着沙尘 、 冰层 等杂质 ， 杂质 进入液压密封 系统就会划伤密封圈使密 封失效 ， 因此 各种环境下 的液压缸均需要防尘 圈。防尘圈作为液压 系统第一道密封元件 ， 当活塞杆缩 回时， 用于刮除活塞 杆上的脏物 、 杂质颗粒， 碎屑和水分等， 以防止它们污 染液压介质， 同时可防止它们损坏导向带、 密封件和其 他元件。 根据不 同用途和不同的密封 系统可选择单作用或’ 双作用防尘圈 ， 如图 1 4 、 图 1 5 所示 。而它们 的功能也 是完全不同的， 单作用防尘圈设计用于阻止外界污染 物进入系统 内， 而双作用防尘 圈除了防尘作用外 ， 还有 优化密封系统的功能， 并且可以刮除剩余油膜 ， 改善密 6 R 封效果 ， 避免外部泄漏。 图 1 4 单作用 防尘 圈 图 1 5 双作用防尘 圈 防尘圈在选用时主要参照工作压力 、 工作介质 、 环 境条件 ， 应与相接触 的工作介质和材料相容 ， 并满足规 定的环境温度 、 油温等使用 和贮存条件的要求 ， 除此之 外还要考虑到液压 缸的安装形式 和结构 因素 ， 液压缸 活塞杆处必须设有防尘密封 ， 不应采用刮尘能力较差 的毛毡防尘 。常用防尘圈选型见表 1 。 3 生产 、 装配 、 试验过程多余物控制 3 ． 1 生产 液压缸零件应按 图纸要求去毛刺和飞边 ， 螺纹加 工精度应满足相关标准要求， 工艺流程中应安排去毛 刺 ] 步 ； 内孔加工后必须清除孔 内金属屑 、 毛刺 、 飞边 等多余物 ； 产品配攻顶丝孔螺纹后， 应将带有顶丝孔螺 纹的零件进行分解， 将毛刺 、 铁屑清洗干净； 加 后的 零件若需长时问存放 ， 应采取防锈措施 。 液压缸的零 、 部件如不立即安装 ， 应用清净的无色 透 明塑料布或 白色 的绸子布遮盖 。如放置超过半年 ， 安装前应重新清洗 。 清洗 过程采用 白绸布 、 无纺布 、 不易掉毛的刷子 。 白绸 布应卷边用 线缝扎 ， 避免 毛边外露 ， 严禁 采用棉 纱 、 棉质纤维布类等物品。金属件和密封件的清洗采 用航空洗涤汽油和无水酒精 ， 并设置粗 、 精洗 2 道工序 ， 各工序清洗介质容器应分开， 必要时采用超声波清洗。 对于较复杂的零 、 部件 ， 易积存 多余物难以清洗的 部位 ， 如缸筒 内退 刀槽 、 焊接弯通 、 细长深孔 、 螺纹孔 、 相交孔等处 ， 清洗后采用 内窥镜等工具检查 ， 应无多余 物， 否则重新清洗， 直至无多余物。 镀铬等表面处 理T艺应 按相应的标准操作 ， 活塞 杆限位端 面等非镀铬表面需采取防护措施 ， T件镀铬 后应 清洗 干净表 面残 留的铬酸液 。喷漆时 ， 需对非喷 漆表面进行 防护 ， 零件喷砂后用干燥 、 洁净的压缩空气 将工件表面残留的砂粒等多余物吹除干净。 3 _ 2 装配 装配应在专 用液压装配间进 行 ， 装 配间与外 界环 境实行物理 隔离 ， 环境整洁并具有进 出制度 、 装配服装 及鞋 帽、 装配工作台 、 装配工具等软硬件措施 ， 满 足液 压缸装配的环境要求 。 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 1 ． 2 01 6 表 1 防尘 圈选型 装配间内严禁进行零件 的修锉 、 焊接等作业 ， 严禁 吸烟和随手乱扔杂物 ； 液压缸的装配应在洁净 的工作 台面上进行 。 装 配前 ， 各零 、 部件必 须用航 空洗涤 汽油清洗 干 净， 橡胶件用工业酒精清洗干净 ， 并用洁净的压缩气体 吹 干 。 安装时应检查液压缸各零 、 部件的清洁状况 ， 不允 许将多余物带人液压缸。对于装配力较大的零部件装 配时 ， 应利用工艺装备对称均匀施压进行压合装配 ， 避 免采取敲击 的方式 ， 在装配密封圈的过程 中尤其是支 撑环 ， 禁止使用胶类产品 固定 。装配后应 在液压缸 内 充满符合系统洁净度要求的] 二 作液， 并在各油口处加 堵头防护。 进人装配件问的装配人员双手及工具、 工装、 仪器 应清洁无污物 ， 工作人员的工作 服应 干净 、 整洁 ， 定期 清洗 。装配工作 间的人员应有 防静 电措施 ， 工作 人员 不允许戴手套进行清洗。 3 ． 3 试验 液压缸试验设备应设置 满足要求的过滤器 ， 工作 液污染度每3 个月检测一次 ， 要求工作液固体颗粒污染 度不低于 1 8 ／ 1 5 等级 ； 出厂验收时水份含量不得超过 8 0 p p m 工作过程 中不 大于 1 2 0 p p m ， 试验室 中液压过 滤器的滤芯 、 污染指示或发讯装置 ， 空气过滤器 的滤芯 应定期检查 、 清洗 、 维护。 4 使用维护阶段污染控制 液压缸交付后， 随系统进行维护保养工作。 首先， 液压缸的使用应在规定的技术条件内， 定期 检查液压缸活塞杆外表面是否存在油膜厚重、 渗漏油、 镀层脱落等异常现象 ， 各外接油口的安装处是否出现 渗油。 液压缸随系统定期往复运行 ， 检查运行是否平稳 无 卡滞 ， 如有异常应及时反馈 。液压系统出厂后应定 期检测工作液污染度 ， 分析可能的污染源。 液压缸拆下保存时应在液压缸内腔注满符合系统 污染度要求 的液压油 ， 并封堵油 口。在阴凉干燥处保 存 ， 避免接触腐蚀性气体。 液压缸维修或排故过程应依据维修手册进行 ， 并 对操作人 员进行培训 。明确不 同故障的拆卸 、 检查 、 更 换 、 安装方法及注意事项 。需要分解 时， 拆出的零 、 部件 应置于洁净的容器 中或洁净的无色透明的塑料布 、 白色 的绸子布上， 尽量避免污染 ， 并在装配前应重新清洗。 5 结束语 多余物控制是一个长期的话题， 本文以航天地面 设备液压缸为例， 结合航天地面设备的工作特点、 工作 环境， 通过实践总结， 从液压缸设计、 生产 、 装配及使用 维护各个环节 ， 对多余物控制提出了具体方法 ， 目前所 内已形成了污染度控制规范， 未来液压专业在不断地 实践总结、 提炼基础上， 进一步提升多余物控制水平。 参考文献 [ 1 1 崔永生． 飞机液压系统污染原因分析及控制[ J 】 ． 液压气动与 密封， 2 0 0 9 ， 3 ． [ 2 ] 蒙小苏， 等． 航天地面设备液压系统中污染危害与防治【 J J ． 导 弹与航天运载技术， 2 0 1 4 ， 2 ． 【 3 1 贾瑞清． 液压污染控制技术的研究现状及重点展望[ J 】 ． 液压 气动与密封， 2 0 0 4 ， 1 ． [ 4 ] 夏连海． 液压污染控制技术第4 讲 液压元件的清洁度控制 和系统冲洗f J 1 ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 4 ， 5 ． [ 5 1 徐 开斌． 冶金机械液压污染 的原因与控制 [ J 1 ． 科技传播 ， 2 0 1 2 ， 1 1 ． [ 6 】 李永奇． 浅谈工程机械液压缸发展趋势[ J ] ． 工程机械文摘 ， 2 0 1 5 。 2 ． [ 7 】 吴东军． 冶金机械液压系统污染产生的原因与控制研究f J 】 ． 机电信息 ， 2 0 1 4 ， 9 ． 6 9