多級套筒伸縮式雙作用液壓缸故障原因分析及對策

1．故障現象

    某產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，質量上易保證，可靠性好，但結構復雜。某次頂升作業后檢修，發現活塞桿拉傷，出現泄漏；同時油缸出現卡阻，一級活塞桿縮不回的現象。為避免更大事故的發生，對該多級油缸進行拆檢，發現導向限位部分已產生塑性變形，平坦的臺階邊沿損壞，尖銳的鐵屑將活塞桿的鍍鉻層劃傷，進一步損壞了密封圈，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

    對油缸進行了分析，多級套筒伸縮式雙作用油缸出于白身結構的考慮，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以后，下一級才開始移動，逐級縮回到缸筒內。由于每一級活塞與導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生碰撞，長期碰撞會引起導向限位部位發生塑性變形，導致活塞桿發卡，劃傷鍍鉻層，油缸的反復伸縮會進一步損傷密封圈，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，當第一級伸出到位后，相同流量進人第二級，其伸出速度增大，而油缸沒有設計緩沖裝置，快速伸出的活塞在行程末端會撞擊導向部位，該部位未經特殊處理，時間長后就產生了故障。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，同樣的油量進入有桿腔，無桿腔排油量成數十倍的擴大，而在系統設計時，大都是按泵的供油量進行選擇的，忽略了由速比引起的流量增加，油缸級數越多，影響越大，系統背壓的增加也就越大，從而出現空載縮缸時需要加大發動機油門或消耗功率的怪現象。

3．對策

    如果能降低油缸伸出速度，讓其平緩到達行程終點，就可解決碰撞問題。因此對液壓原理進行了改進設計，原理如圖S所示。

    多級缸伸出時，電磁換向閥3處于右位，節流閥2先對泵的來油進行了調節，有桿腔的回油通過單向節流閥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，避免發生高速撞擊。當多級缸縮回時，電磁換向閥3處于左位，節流閥2先對泵的來油進行了調節，單向節流閥6根據速度要求對流量進行二次調節，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液控閥4和節流閥5回油箱，節流閥5可調節背壓，防止縮回太快而在無桿腔產生真空，引起系統振動和噪聲；無桿腔排出的另一路液壓油可經電磁換向閥，經T1口回油箱。