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液压缸

工控家百科顾问团

贡献者:工控家001  最后更新:2018-10-09 14:48:30  浏览数:101

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时,可免去减速装置,并且没有传动间隙,运动平稳,因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比;液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定,其他装置则必不可少

关键词: 液压缸概述工作原理应用分类选型指南维护保养注意事项故障排除


1概述

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时,可免去减速装置,并且没有传动间隙,运动平稳,因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比;液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定,其他装置则必不可少。

 


2工作原理

液压缸的差动原理,就是两端同时接供油管路,一端由于活塞杆作用面积要小于另一端,利用差动原理实现运动。

当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时,由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积,使得活塞向右的作用力大于向左的作用力,因此,活塞向右运动,活塞杆向外伸出;与此同时,又将有杆腔的油液挤出,使其流进无杆腔,从而加快了活塞杆的伸出速度,单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截面积,工作台运动速度比无杆腔进油时的速度大,而输出力则减小。


3应用

液压缸就是将液压能转化为机械能,如挖掘机的动作执行部分;将机械能转化为液压能,如液压泵。这两个往往是同时存在的。如挖掘机上液压泵的液压缸(柱塞泵缸体)将机械能转化为液压能,提供给动作执行的液压缸。但液压泵不一定使用液压缸,可以用摆线泵、齿轮泵等(严格来说,这些泵也有液压缸)。其他的栗子:一些需要提供很大力且要精确控制位置的,如液压机。或高扭矩低转速的大型农用机械,需要用到液压马达(如柱塞泵,可以通过控制流量达到无极调速)。

4分类

1、活塞式

单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油,以实现双向运动,故称为双作用缸。

活塞仅能单向运动,其反方向运动需由外力来完成。但其行程一般较活塞式液压缸大。

2、柱塞式

(1)柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸,靠液压力只能实现一个方向的运动,柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重;

(2)柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触,这样缸套极易加工,故适于做长行程液压缸;

(3)工作时柱塞总受压,因而它必须有足够的刚度;

(4)柱塞重量往往较大,水平放置时 容易因自重而下垂,造成密封件和导向单边磨损,故其垂直使用更有利。

3、伸缩式

伸缩式液压缸具有二级或多级活塞,伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小,而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程,而缩回时长度较短,结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。有多个一次运动的活塞,各活塞逐次运动时,其输出速度和输出力均是变化的。

4、摆动式

摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件,有单叶片、双叶片、螺旋摆动等几种形式。叶片式式:定子块固定在缸体上,而叶片和转子连接在一起。根据进油方向,叶片将带动转子作往复摆动。螺旋摆动式又分单螺旋摆动和双螺旋两种,现在双螺旋比较常用,靠两个螺旋副降液压缸内活塞的直线运动转变为直线运动与自转运动的复合运动,从而实现摆动运动。

5选型指南

第一,考虑到物体重量不是很大,所以压力可以采用6~10MPA 的中低压力,这样对于日后系统维护及安全操作等有相当大的好处,我在连轧无缝管厂工作,我们厂的系统压力有14及31MPA两种,压力高了相当吓人的。

第二,有了压力就可以根据F=N(P*S)来求液压缸的缸径杆径了,这里我默认你的液压缸无杆腔充油,物体被举起,这样就可以选择了,并且液压缸的缸杆螺纹是设计的标准,至于其他可以往相应的常用标准上靠,也可以让油缸生产厂根据你的要求做。

第三,就要考虑3,4个液压缸同步动作时的同步问题,这个可以考虑用同步马达,同步率在4%~7%。

第四,由于是上下运动,要在回路上加装平衡阀,这一点相当重要。


6维护保养

第一、油缸在使用过程中应定期更换液压油,清洗系统滤网,保证清洁度,延长使用寿命。

第二、油缸在每次使用时,要进行全伸全缩的试运转5个行程然后再带载运行。为什么这样做呢?这样做可以排尽系统中的空气,预热各系统,能够有效地避免系统中存在空气或水,在油缸缸体造成气体爆炸(或焦烧)现象,这样会损害密封件,造成油缸内泄等故障。

第三、控制好系统温度,油温过高会减少密封件的使用寿命,长期油温高使密封件发生永久变形,甚至完全失效。

第四、防护好活塞杆外表面,防止磕碰和划伤对密封件的损伤,经常清理油缸动密封防尘圈部位和裸露的活塞杆上的泥沙,防止粘在活塞杆表面上的不易清理的污物进入油缸内部损伤活塞、缸筒或密封件。

第五、经常检查各螺纹、螺栓等连接部位,发现松动立即紧固好。

第六、经常润滑联接部位,防止无油状态下锈蚀或非正常磨损。


7注意事项

1、严格、谨慎安装;

2、清洗设备存留的油灰及杂质;

3、更换润滑油,完善设备润滑系统。

4、更换挡霄器,确保有效的清理导轨上的铁屑。


8故障排除

1、误动作或动作失灵

原因和处理方法有以下几种:

(1)阀芯卡住或阀孔堵塞。当流量阀或方向阀阀芯卡住或阀孔堵塞时,液压缸易发生误动作或动作失灵。此时应检查油液的污染情况;检查脏物或胶质沉淀物是否卡住阀芯或堵塞阀孔;检查阀体的磨损情况,清洗、更换系统过滤器,清洗油箱,更换液压介质。

(2)活塞杆与缸筒卡住或液压缸堵塞。此时无论如何操纵,液压缸都不动作或动作甚微。这时应检查活塞及活塞杆密封是否太紧,是否进入脏物及胶质沉淀物:活塞杆与缸筒的轴心线是否对中,易损件和密封件是否失效,所带负荷是否太大。

(3)液压系统控制压力太低。控制管路中节流阻力可能过大,流量阀调节不当,控制压力不合适,压力源受到干扰。此时应检查控制压力源,保证压力调节到系统的规定值。

(4)液压系统中进入空气。主要是因为系统中有泄漏发生。此时应检查液压油箱的液位,液压泵吸油侧的密封件和管接头,吸油粗滤器是否太脏。若如此,应补充液压油,处理密封及管接头,清洗或更换粗滤芯。

(5)液压缸初始动作缓慢。在温度较低的情况下,液压油黏度大,流动性差,导致液压缸动作缓慢。改善方法是,更换黏温性能较好的液压油,在低温下可借助加热器或用机器自身加热以提升启动时的油温,系统正常工作油温应保持在40℃左右。

2、工作时不能驱动负载

主要表现为活塞杆停位不准、推力不足、速度下降、工作不稳定等,其原因是:

(1)液压缸内部泄漏。液压缸内部泄漏包括液压缸体密封、活塞杆与密封盖密封及活塞密封均磨损过量等引起的泄漏。

活塞杆与密封盖密封泄漏的原因是,密封件折皱、挤压、撕裂、磨损、老化、变质、变形等,此时应更换新的密封件。

活塞密封过量磨损的主要原因是速度控制阀调节不当,造成过高的背压以及密封件安装不当或液压油污染。其次是装配时有异物进入及密封材料质量不好。其后果是动作缓慢、无力,严重时还会造成活塞及缸筒的损坏,出现“拉缸”现象。处理方法是调整速度控制阀,对照安装说明应做必要的操作和改进。

(2)液压回路泄漏。包括阀及液压管路的泄漏。检修方法是通过操纵换向阀检查并消除液压连接管路的泄漏。

(3)液压油经溢流阀旁通回油箱。若溢流阀进入脏物卡住阀芯,使溢流阀常开,液压油会经溢流阀旁通直接流回油箱,导致液压缸没油进入。若负载过大,溢流阀的调节压力虽已达到最大额定值,但液压缸仍得不到连续动作所需的推力而不动作。若调节压力较低,则因压力不足达不到仍载所需的椎力,表现为推力不够。此时应检查并调整溢流阀。

3、活塞滑移或爬行

液压缸活塞滑移或爬行将使液压缸工作不稳定。主要原因如下:

(1)液压缸内部涩滞。液压缸内部零件装配不当、零件变形、磨损或形位公差超限,动作阻力过大,使液压缸活塞速度随着行程位置的不同而变化,出现滑移或爬行。原因大多是由于零件装配质量差,表面有伤痕或烧结产生的铁屑,使阻力增大,速度下降。例如:活塞与活塞杆不同心或活塞杆弯曲,液压缸或活塞杆对导轨安装位置偏移,密封环装得过紧或过松等。解决方法是重新修理或调整,更换损伤的零件及清除铁屑。

(2)润滑不良或液压缸孔径加工超差。因为活塞与缸筒、导轨与活塞杆等均有相对运动,如果润滑不良或液压缸孔径超差,就会加剧磨损,使缸筒中心线直线性降低。这样,活塞在液压缸内工作时,摩擦阻力会时大时小,产生滑移或爬行。排除办法是先修磨液压缸,再按配合要求配制活塞,修磨活塞杆,配置导向套。

(3)液压泵或液压缸进入空气。空气压缩或膨胀会造成活塞滑移或爬行。排除措施是检查液压泵,设置专门的排气装置,快速操作全行程往返数次排气。

(4)密封件质量与滑移或爬行有直接关系。O形密封圈在低压下使用时,与U形密封圈比较,由于面压较高、动静摩擦阻力之差较大,容易产生滑移或爬行;U型密封圈的面压随着压力的提高而增大,虽然密封效果也相应提高,但动静摩擦阻力之差也变大,内压增加,影响橡胶弹性,由于唇缘的接触阻力增大,密封圈将会倾翻及唇缘伸长,也容易引起滑移或爬行,为防止其倾翻可采用支承环保持其稳定。

4、液压缸缸体内孔表面划伤的不良后果及快速修复方法

① 划伤沟槽挤出的材料屑沫会嵌入密封件,运行时在损坏密封件工作部位的同时,可能造成新的划伤区域痕路。

② 恶化缸筒内壁的表面粗糙度,增大摩擦力,易产生爬行现象。

③ 加重液压缸的内泄漏,使液压缸工作效率降低。引起缸体内孔表面划伤的主要原因如下。

(1)装配液压缸时造成的伤痕

① 装配时混入异物造成伤痕液压缸在总组装前,所有零件必须充分去除毛刺并洗净, 零件上带有毛刺或脏物进行安装时,由于"别劲"及零件自重,异物易嵌进缸壁表面,造成伤痕。

② 安装零件中发生的伤痕液压缸安装时,活塞及缸盖等零件质量大、尺寸大、惯性大,即使有起重设备辅助安装,由于规定配合间隙都较小,无论怎样均会别劲投入,因此, 活塞的端部或缸盖凸台在磕碰缸壁内表面时,极易造成伤痕。解决此问题的方法:对于数量多,上批量的小型产品,安装时采用专制装配导向工具;对重、粗、大的大、中型液压缸, 只有细致、谨慎操作才能竭力避免。

③测量仪器触头造成的伤痕通常采用内径千分表测量缸体内径时,测量触头是边摩擦边插入缸体内孔壁中的,测量触头多为高硬度的耐磨硬质合金制成。一般地说,测量时造成深度不大的细长形划伤是轻微的,不影响运行精度,但如果测量杆头尺寸调节不当,测量触头硬行嵌入,会造成较为重度的伤痕。解决此问题的对策,首先是测量出调节好的测量头的长短度,此外,用一张只在测量位置上开孔的纸带,贴在缸壁内表面,即不会产生上述形状划痕。测量造成的轻微划痕,一般用旧砂布的反面或马粪纸即可擦去。

(2)不严重的运行磨损痕迹

① 活塞滑动表面的伤痕转移活塞安装之前,其滑动表面上带有伤痕,未加处理,原封不动地进行安装,这些伤痕将反过来使缸壁内表面划伤。因此,安装前,对这些伤痕必须做充分的修整。

② 活塞滑动表面面压过大造成的烧结现象因活塞杆自重作用使活塞倾斜,出现别劲现象,或者由于横向载荷等的作用,使活塞滑动表面的压力上升,将引起烧结现象。在液压缸设计时必须研究它的工作条件,对于活塞和衬套的长度以及间隙等尺寸必须加以充分注意。

③ 缸体内表面所镀硬铬层发生剥离一般认为,电镀硬铬层发生剥离的原因如下。

a.电镀层黏结不好。电镀层黏结不好的主要原因是:电镀前,零件的除油脱脂处理不充分;零件表面活化处理不彻底,氧化膜层未去除掉。

b.硬辂层磨损。电镀硬铬层的磨损,多数是由于活塞的摩擦铁粉的研磨作用造成的, 中间夹有水分时,磨损更快。因金属的接触电位差造成的腐蚀,只发生在活塞接触到的部位,而且腐蚀是成点状发生的。与上述相同,中间夹有水分时,会促使腐蚀的发展。与铸件相比,铜合金的接触电位差要高,因此铜合金的腐蚀程度较严重。

c.因接触电位差形成的腐蚀。接触电位差腐蚀,对于长时间运转的液压缸来说,不易发生;对于长期停止不用的液压缸来讲是常见的故障。

④ 活塞环的损坏活塞环在运行中发生破损,其碎片夹在活塞的滑动部分,造成划伤。

⑤ 活塞滑动部分的材料烧结铸造活塞,在承受大的横向载荷时将引起烧结现象。此种情况下,活塞的滑动部分应使用铜合金或者将此类材料焊接上去。

(3)缸体内有异物混入

液压缸的故障当中,最成问题的是,不好判断异物是在什么时候进到液压缸里的。有异物进入后,活塞滑动表面的外侧如装有带唇缘的密封件,那么,工作时密封件的唇缘即可刮动异物,这对于避免划伤是有利的。但是装0形密封圈的活塞,其两端是滑动表面,异物夹在此滑动表面之间,容易形成伤痕。 


参考资料

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