多级套筒伸缩式双作用液压缸故障分析及改进

多级套筒液压缸适用于行程大而安装距或总长小的场合，从而在给定的安装空间内实现比单级液压缸更长的行程，在安装空间紧张的情况下得到广泛的运用。按液压油的作用方式分单作用和双作用两种，伸缩级数2～5级不等。单作用缸其活塞伸出时靠压力油顶升，回缩时靠机构的自重或弹簧力，如自卸式卡车，但对于既没有重力又没有外部机械作用力的应用场合，活塞不能自行缩回，因此必须采用双作用缸，如集成式垃圾压实车的推铲油缸等。然而由于多级套筒伸缩式双作用油缸自身的特点和系统设计人员的忽视，使用过程中容易引起不必要的故障。
　　1故障现象
　　郑州大方桥梁机械有限公司某产品上选用的两级套筒伸缩式双作用液压缸，活塞与套筒采用螺纹嵌套式，在加工工艺上与活塞式单作用油缸相同，质量上易保证，可靠性好，但结构复杂。某次顶升作业后检修，发现活塞杆拉伤，出现泄漏；同时油缸出现卡阻，一级活塞杆缩不回的现象。为避免更大事故的发生，对该多级油缸进行拆检，发现导向限位部分已产生塑性变形，平坦的台阶边沿损坏，尖锐的铁屑将活塞杆的镀铬层划伤，进一步损坏了密封圈，引起了油缸的泄漏；同时空载缩缸时回油背压较高，压力损失很大。
　　2原因分析
　　对油缸进行了分析，多级套筒伸缩式双作用油缸出于自身结构的考虑，其缸径和活塞杆直径的选择都偏大，如图1所示。一级缸径和杆径分别为φ200、φ190，二级缸径和杆径分别为φ160、φ150。每级油缸每边只有5mm的间隙，通常油缸从最大的一级开始逐级伸出，即φ200油缸带着套在其内的第二级最先移动，在一级行程完全伸出后，下一级才开始伸出；而在缩回时，最小的一级完全缩进以后，下一级才开始移动，逐级缩回到缸筒内。由于每一级活塞与导向限位接触面非常小，如果油缸伸出速度较快，活塞就会与限位处发生碰撞，长期碰撞会引起导向限位部位发生塑性变形，导致活塞杆发卡，划伤镀铬层，油缸的反复伸缩会进一步损伤密封圈，从而造成卡阻和泄漏。所选用油缸第一级速比10.5，二级速比8.25，当第一级伸出到位后，相同流量进入第二级，其伸出速度增大，而油缸没有设计缓冲装置，快速伸出的活塞在行程未端会撞击导向部位，该部位未经特殊处理，时间长后就产生了故障。至于缩缸时回油背压高，主要是由于多级缸的速比较大引起，同样的油量进入有杆腔，无杆腔排油量成数十倍的扩大，而在系统设计时，大都是按泵的供油量进行选择的，忽略了由速比引起的流量增加，油缸级数越多，影响越大，系统背压的增加也就越大，从而出现空载缩缸时需要加大发动机油门或消耗功率的怪现象。

　　3解决对策
　　如果能降低油缸伸出速度，让其平缓到达行程终点，就可解决碰撞问题。因此对液压原理进行了改进设计，并申报了实用新型专利，原理如图2所示。

　　多级缸伸出时，电磁换向阀3处于右位，节流阀2先对泵的来油进行了调节，有杆腔的回油通过单向节流阀6的单向阀回油箱，同时高压油将液控单向阀4封闭，使油缸的伸出速度可控，避免发生高速撞击。当多级缸缩回时，电磁换向阀3处于左位，节流阀2先对泵的来油进行了调节，单向节流阀6根据速度要求对流量进行二次调节，同时高压油通往液控单向阀4的控制口，将液控阀打开，使其反向流通，无杆腔的回油一路经液控阀4和节流阀5回油箱，节流阀5可调节背压，防止缩回太快而在无杆腔产生真空，引起系统振动和噪声；无杆腔排出的另一路液压油可经电磁换向阀，经T1口回油箱。