顧景江 康敏 趙博

（中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司 陜西西安 710201）

1 前言

油缸內(nèi)泄是指液壓缸內(nèi)部高壓側(cè)向低壓側(cè)的滲漏，發(fā)生內(nèi)泄往往出現(xiàn)動(dòng)力力不足，運(yùn)動(dòng)速度緩慢和工作不平穩(wěn)等現(xiàn)象。高爐液壓泥炮是煉鐵高爐最重要的爐前設(shè)備，回轉(zhuǎn)油缸作為泥炮的重要部件，一旦出現(xiàn)內(nèi)泄就無法保證高爐的連續(xù)運(yùn)行，直接制約和影響正常出鐵，甚至出現(xiàn)安全事故。某鋼鐵公司在使用液壓泥炮過程中，因油缸內(nèi)泄出現(xiàn)了動(dòng)力不足問題，對(duì)其進(jìn)行修復(fù)時(shí)，對(duì)內(nèi)泄的原因進(jìn)行了分析。

2 油缸內(nèi)泄一般原因分析及處理方法

產(chǎn)生油缸內(nèi)泄的原因一般都是因密封失效，造成密封失效的原因一般包括：

（1）密封件因老化變質(zhì)而失效，應(yīng)排查液壓油的污染或變質(zhì)問題。

（2）因裝配原因造成密封圈損壞失效，處理方法為：檢查密封槽尺寸和表面粗糙度；去除零件上的毛刺、飛邊；確認(rèn)相關(guān)圓角是否倒圓，引入角是否合理以防刮壞密封件；裝配時(shí)勿使銳利工具碰傷密封件。

（3）密封圈在使用過程中因油缸與活塞之間的間隙而被擠壞，檢查密封面的配合間隙是否合理，密封件壓縮量是否合理［1］。

（4）因零件表面光潔度問題造成密封件的急劇磨損從而使密封件失去密封作用。對(duì)此應(yīng)檢查確認(rèn)活塞桿處密封件的磨損狀況，檢查密封槽尺寸和粗糙度以及油缸表面粗糙度，以防止密封件前后移動(dòng)時(shí)加劇磨損。

（5）缸筒受壓膨脹引起內(nèi)泄，適當(dāng)加厚缸壁，選用合適的材料。

3 內(nèi)泄原因排查

（1）本文液壓缸主要由缸筒、活塞、活塞桿和密封件等組成。根據(jù)油腔內(nèi)有無活塞桿分為有桿腔和無桿腔。無桿腔進(jìn)油液壓缸伸長(zhǎng)；有桿腔進(jìn)油，液壓缸縮回。油缸簡(jiǎn)圖及密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 油缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

（2）對(duì)拆解的油缸零部件進(jìn)行檢測(cè)確認(rèn)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果予以分析：

1）密封件未發(fā)生老化、損壞現(xiàn)象，但格萊圈磨損，磨損后格萊圈橫截面形狀由矩形變成一個(gè)近似等腰梯形的形狀。

2）油缸、密封溝槽尺寸及表面粗糙度滿足設(shè)計(jì)要求，但活塞外圓尺寸偏小。部分測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 缸筒與活塞部分測(cè)量結(jié)果

3）依據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算密封位置的配合間隙為S1=0.375mm。而格萊圈允許的最大間隙為0.35mm，可以看出密封位置的配合間隙比格萊圈允許的最大間隙大0.025mm。

4）因油缸在承壓后還要發(fā)生徑向變形，此變形量的大小也對(duì)缸筒和活塞的配合間隙有影響，進(jìn)而也對(duì)密封的壽命有很大的影響，所以還需對(duì)缸筒承壓后的徑向變形進(jìn)行分析，利用有限元分析軟件對(duì)其通過建立模型、設(shè)立邊界條件、加載進(jìn)行有限元模擬缸筒受壓膨脹現(xiàn)象［2］，發(fā)現(xiàn)其徑向變形量為0.06871mm，如見圖2所示。

圖2 缸筒徑向變形

5）本文液壓缸實(shí)驗(yàn)壓力為25MPa，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，缸筒受壓膨脹其允許其徑向變形量ΔD［3］公式計(jì)算得到ΔD約為0.133mm，所以缸筒半徑方向的徑向變形量為：ΔD／2=0.0665mm，與有限元模擬計(jì)算結(jié)果0.06871mm結(jié)果非常相近，通過兩種情況對(duì)比，說明油缸在承壓后缸筒確實(shí)都發(fā)生了微小的徑向變形，但不是油缸內(nèi)泄的主要原因，不需要再考慮增加缸筒厚度或更換材料。

式中：ΔD—缸筒徑向變形，mm

D—缸筒內(nèi)徑，mm；

D1——缸筒外圓，mm；

Pr—缸筒耐壓試驗(yàn)壓力，MPa；

E—缸筒材料彈性模量，MPa；

ν—缸筒材料泊松比，ν=0.3。

經(jīng)過以上分析，雖然根據(jù)尺寸實(shí)測(cè)結(jié)果計(jì)算的活塞與缸筒配合間隙略微比格萊圈要求的0.35mm配合間隙大，但是考慮到缸筒受壓膨脹發(fā)生的徑向變形后，活塞與缸筒半徑方向的實(shí)際總間隙最小為0.4415mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于格萊圈允許的最大間隙0.35mm。密封間隙太大時(shí)，方形圈上的應(yīng)力集中點(diǎn)處的Von Mises應(yīng)力過大，這會(huì)使得方形圈在這一點(diǎn)處被破壞而使密封失效［4］?；钊麃砘剡\(yùn)動(dòng)就會(huì)加劇方形圈兩側(cè)磨損，甚至損壞，最終導(dǎo)致油缸內(nèi)泄。所以本文油缸內(nèi)泄的主要原因?yàn)榛钊c缸筒的間隙過大導(dǎo)致格萊圈密封失效所致。

4 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)泄修復(fù)

要解決油缸內(nèi)泄問題，就必須在對(duì)其進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上采取科學(xué)有效的修復(fù)措施，依據(jù)以上的分析結(jié)果，要對(duì)此油缸進(jìn)行修復(fù)就必須保證缸筒徑向變形量+缸筒與活塞配合間隙在0.35mm以內(nèi)，所以采取的措施要么將缸筒內(nèi)徑縮小，要么把活塞的外徑增大。相對(duì)于縮小缸筒內(nèi)徑，修復(fù)活塞相對(duì)容易，本方案采用把活塞外徑尺寸增大，并更換磨損的格萊圈。修復(fù)后的活塞最終外徑尺寸為Φ239.75mm，缸筒徑向變形量+缸筒與活塞配合間隙為：（Φ240.15mm－Φ239.75mm）／2+0.06871mm=0.26871mm，小于格萊圈要求的最大間隙0.35mm，油缸經(jīng)修復(fù)使用驗(yàn)證，此油缸未再出現(xiàn)內(nèi)泄問題。

5 結(jié)束語

通過對(duì)油缸各零件的復(fù)查，結(jié)合造成油缸內(nèi)泄的一般原因?qū)ζ溥M(jìn)行針對(duì)性分析、排查，找出了導(dǎo)致油缸內(nèi)泄的主要原因，也對(duì)其進(jìn)行成功了修復(fù)，說明要解決油缸內(nèi)泄問題就必須采取科學(xué)有效的措施，了解和掌握密封件的密封機(jī)理，正確設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)，保證制造和裝配精度，選購合格的密封元件，確保密封件的壓縮率，確保密封件不擠壞、不劃傷、不扭轉(zhuǎn)，油缸的內(nèi)泄露問題是完全能夠解決的。