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本文發(fā)表在《工程機(jī)械》2001No5
6 A! w; J8 A" J工程機(jī)械液壓缸泄漏故障的診斷及維修
# s1 k5 L3 c' L" |王福山
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在對履帶式挖掘機(jī)故障調(diào)查統(tǒng)計分析中，我們發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)泄漏故障占20~30%，而液壓缸的泄漏又占其中的33%。因此液壓缸的泄漏已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主要故障。
( G8 Q1 Z' w+ Q% H1 t4 P$ D液壓缸的泄漏一般為內(nèi)泄漏和外漏兩種情況。內(nèi)泄漏主要影響液壓缸的技術(shù)性能，使之出現(xiàn)出力不足、運動速度緩慢和工作不平穩(wěn)等現(xiàn)象。外漏將導(dǎo)致環(huán)境的污染和能源的浪費。
6 O9 i; O7 X& j1 R5 r- N J一．液壓缸泄漏原因
) ]& p. u2 E8 D% G! T造成液壓缸泄漏的因素主要有：密封件的結(jié)構(gòu)形式與材質(zhì)、密封槽與密封接觸表面的質(zhì)量、密封件磨損與安裝、密封件工作環(huán)境、緩沖閥磨損、液壓系統(tǒng)的污染及液壓缸焊接缺陷等。
& N W6 E2 V) I0 n' N⒈密封件的結(jié)構(gòu)形式與材質(zhì)
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密封件的結(jié)構(gòu)形式與材質(zhì)的差異將直接影響液壓缸的泄漏。如果密封材質(zhì)太軟，那么液壓缸工作時，密封件極易擠入密封間隙而損傷，造成液壓油的泄漏。如果密封材質(zhì)太硬，即使在較大的外力作用下，密封件變形也較困難，顯然它對密封面產(chǎn)生的初始接觸應(yīng)力和附加接觸應(yīng)力勢必較低，從而加劇了液壓缸的泄漏。如果密封材料與液壓油不相容，密封件將產(chǎn)生溶漲、軟化、溶解等現(xiàn)象，使密封件彈性降低喪失密封能力，造成液壓油的泄漏。
# G, i2 V7 m0 v# ^; X# H7 `⒉密封槽與密封接觸表面的質(zhì)量
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密封件安裝在尺寸精度較低，表面粗糙度及形位公差較低的密封副內(nèi)，將導(dǎo)致密封件的損傷，產(chǎn)生液壓油的泄漏。
0 i w5 F! L( J8 @ @" a6 r⒊密封件磨損與安裝
1 K2 W% W# m$ q9 @/ p密封件具有較高的尺寸精度和形狀位置精度。密封件的磨損和在密封件裝配過程中造成的損傷，是液壓缸泄漏的主要原因。
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⒋密封件工作環(huán)境
- F1 L: D f5 e如果密封件工作在高溫環(huán)境下，將加速密封件的老化，導(dǎo)致密封件的失效而泄漏。
% }; x$ D5 K: ]⒌液壓緩沖閥磨損
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對于閥緩沖液壓缸，液壓緩沖閥閥芯與閥座磨損是液壓缸泄漏的主要原因。
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⒍液壓系統(tǒng)的污染
3 F: N" L# k9 m P如果液壓系統(tǒng)受到污染，含有顆粒物的液壓油作用在密封件運動表面上，產(chǎn)生研磨作用，導(dǎo)致密封件的失效產(chǎn)生泄漏。
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⒎因焊接不良產(chǎn)生的外漏
' Y8 H& s! u3 a: X8 D" a& B焊接連接在液壓缸中采用較多，裂紋使焊接中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，也是液壓缸產(chǎn)生外漏的原因之一。裂紋的產(chǎn)生主要是焊接工藝不當(dāng)和承受變載荷疲勞所至。
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二．液壓缸泄漏故障診斷方法
! m6 y9 t# u% Z3 N液壓缸的外漏現(xiàn)象非常直觀，而液壓缸的內(nèi)泄漏既看不見，也摸不到。尤其在工程機(jī)械上，液壓缸的內(nèi)泄漏與液壓閥間有著相互牽連的關(guān)系，沒有一定的經(jīng)驗和診斷技術(shù)是很難判斷的。對于工程機(jī)械而言，液壓系統(tǒng)的泄漏量一般采用液壓缸或工作裝置位移量指標(biāo)。有關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對典型工程機(jī)械液壓缸或工作裝置因液壓系統(tǒng)內(nèi)泄漏引起的位移量作了具體規(guī)定如表1所示。
7 u7 E5 q5 P- I* @# A K p1 B+ K" Z, n表1工程機(jī)械液壓缸或工作裝置因液壓系統(tǒng)內(nèi)泄漏引起的位移量
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序號 | $ W7 F, }$ a& ~. d$ L
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標(biāo)準(zhǔn)代號及名稱 |
6 l; r8 `! U& @: r' _# X4 q. d& E% c. j* _6 S! y) \$ }
試驗方法 | % i& h& r, E" D
+ Y+ X& X4 X& A: P 工作裝置（液壓缸）位移量 |
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6 b2 U) l5 ~& Z4 x# B N JB/T1666-1997《履帶式推土機(jī) 型式試驗方法》
% b$ G* X) R: V8 A( f% yJB/SQ9.1-87《履帶式推土機(jī) 產(chǎn)品質(zhì)量分等》 | 1 h0 p* u1 U( B9 I' S) F7 l
' k3 u3 z" [, j7 W
1初始油溫50±ffice:smarttags" />3℃ * P/ x# v/ A2 D8 \. J: E/ h
2將推土鏟提升到最大位置，發(fā)動機(jī)熄火5分鐘后，測量推土鏟鏟尖初始離地高度h1，在經(jīng)過15分鐘后，測量土鏟鏟尖初始離地高度h2。 ! M' j4 x' \9 E: a
3計算沉降量：h1-h2 |
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3 j! |0 _+ I8 |8 n2 n! ` 推土鏟沉降量≤120 mm/15min
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JB/T3698.2-1998《輪胎式裝載機(jī)技術(shù)條件》 5 S; _" z% i" \" @$ `( d+ Y
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1初始油溫50±3℃ ' U0 e1 J+ {3 p6 Y6 L5 W' C. n( W
2鏟斗后翻承額定載荷
& m; o9 V+ H) _- O, ~% q D ^3提升液壓缸使鏟斗至最高位置
& M6 m& ]0 A' f' w4發(fā)動機(jī)熄火后測量液壓缸的位移量 | 2 W+ c* m& d0 e: U; B
4 g3 m4 R2 X6 ~
鏟斗液壓缸≤20 mm/h
) K' E8 R/ Z$ E ^3 U3 b5 l動臂液壓缸≤50 mm/h |
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' t' n+ K* R2 j5 v| 7 `& l& l6 V& b: v6 }/ }/ R- f6 @
3 |
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GB/T9139.2-1996《液壓挖掘機(jī)技術(shù)條件》 | + O5 [' N. D, U R u
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1初始油溫50±3℃
* t5 j+ p( e/ ?+ ^2鏟斗裝滿物料（標(biāo)準(zhǔn)載荷）
+ \" v7 N0 u3 R3反鏟挖掘機(jī)動臂液壓缸、鏟斗液壓缸全伸
* D l0 b- }! @4正鏟挖掘機(jī)鏟斗放平，工作裝置提升至最高位置
' ]$ F4 g9 X; C% H5發(fā)動機(jī)熄火后測量液壓缸的位移量 |
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( Z6 ^4 B, h8 Y+ z 動臂液壓缸≤200 mm/h |
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; \5 p2 ~5 {% C! `在工程機(jī)械使用過程中，一旦發(fā)現(xiàn)工程機(jī)械液壓缸或工作裝置位移量超過規(guī)定值時，可斷定是由于液壓系統(tǒng)泄漏引起的故障。通過采用經(jīng)驗診斷法、相關(guān)分析法和試驗方法，在不拆卸液壓缸的前提下，對液壓系統(tǒng)的泄漏故障進(jìn)行診斷，進(jìn)一步判斷液壓缸泄漏的可能性。
6 Y F( ?6 Y; d" Y$ \- ]" I⒈經(jīng)驗診斷法
6 O! L6 p& c4 x3 b% a診斷液壓缸泄漏的經(jīng)驗方法可用“問、檢”二字概括。具體來講：
7 V2 l3 x- D5 l1 x“問”就是維修人員向操作人員詢問故障機(jī)械的基本情況。主機(jī)有哪些異常現(xiàn)象；故障是突發(fā)的，還是漸發(fā)的；使用中是否有違章操作，液壓系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)情況；液壓油是否更換過，等等。在獲得這些信息后，可基本確定液壓缸內(nèi)泄漏可能性的大小。一般來講，突發(fā)性故障，大多是因液壓系統(tǒng)受到污染或意外載荷造成液壓閥或密封件失效引起的；漸發(fā)性故障，則多數(shù)是因密封件磨損嚴(yán)重而出現(xiàn)的。
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“檢”主要是維修人員親自檢查液壓系統(tǒng)的工作情況。首先排除非泄漏性故障，然后檢查液壓油的變質(zhì)和污染程度。最后維修人員操作液壓換向閥，使液壓缸運動到極限位置時，可觀測液壓系統(tǒng)工作壓力，一旦工作壓力達(dá)不到規(guī)定值，而通過調(diào)節(jié)安全閥壓力仍不發(fā)生變化時，則是液壓缸內(nèi)泄造成的。
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⒉相關(guān)分析法
6 \9 g" @; t7 J0 |0 E5 w1 _液壓系統(tǒng)的內(nèi)泄漏與液壓元件有著相互牽連的關(guān)系，根據(jù)它們之間的相互關(guān)系可縮小故障診斷的范圍。如ZL60裝載機(jī)出現(xiàn)鏟掘無力、動作緩慢的故障現(xiàn)象時，其液壓系統(tǒng)工作過程為：
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0 K: x% S" H" G/ h( K, {液壓油箱 液壓齒輪泵 多路換向閥 鏟斗液壓缸 工作裝置
: D. y4 B8 w% M! q @3 f! [: f! j
& X$ M+ U3 ]5 Q$ M液壓缸過載閥
- D, F7 P7 n" y$ C5 Y主安全閥
, f" p0 E; w, h5 ?. S& j9 u9 e2 y5 P$ C圖2 液壓系統(tǒng)關(guān)聯(lián)示意圖
9 |5 Q. E$ x( @' W. b6 l液壓系統(tǒng)中每一個液壓元件的內(nèi)泄漏都可能是故障的原因。但是從工作裝置液壓系統(tǒng)中可知，動臂液壓缸與鏟斗液壓缸有相互聯(lián)系。那么我們可以操作一下動臂液壓缸，如果也出現(xiàn)鏟斗液壓缸工作情況，則可以肯定內(nèi)泄漏就是液壓齒輪泵或多路換向閥；如果動臂液壓缸工作正常，則可以說明內(nèi)泄漏發(fā)生在鏟斗液壓缸和過載閥中。通過這種相關(guān)分析法，至少可以確定故障的大致范圍，為下一步準(zhǔn)確診斷提高了條件，節(jié)省故障診斷時間。
) M. C3 M" B- ^' Y7 }. X Z6 J⒊試驗方法
( A- O% ~* k, @/ z( ^3 q5 R首先，在未拆卸液壓系統(tǒng)元件時，按試驗操作規(guī)程將工程機(jī)械開機(jī)就位（如起重機(jī)打出支腿、墊平支腿）；然后，操作換向閥使液壓缸的活塞運行至試驗位置，拆開液壓缸回油腔管路，通過觀察油口是否有液壓油流出，可判斷液壓缸的泄漏情況。
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- X' `2 p: |8 [ |" G
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⑴疊加有過載閥液壓缸 ⑵疊加有平衡閥液壓缸 ⑶疊加有雙向液壓鎖液壓缸
' o9 d3 } a y 圖2 液壓缸原理示意圖
+ p7 e, ?" t6 B* F0 k4 e對于疊加有過載閥液壓缸，操作換向閥使被試液壓缸的活塞運行至極限位置，當(dāng)液壓系統(tǒng)升壓后，拆開液壓缸回油腔管路a和aˊ油口，觀察油口a和aˊ有無液壓油流出，如果aˊ油口有液壓油流出，表明液壓缸內(nèi)泄。如果a油口有液壓油流出，則是過載閥泄漏。
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對于疊加有平衡閥液壓缸，可操作換向閥使被試液壓缸的活塞適當(dāng)伸出，通過工作裝置承載，使液壓缸無桿腔產(chǎn)生壓力，然后，操作換向閥至中位，拆開液壓缸進(jìn)出油口c和d，觀察油口c和d的泄漏量。如果c油口有液壓油流出，表明液壓缸內(nèi)泄。如果d油口有液壓油流出，則平衡閥泄漏。
& R. m9 K/ |! E對于疊加有雙向液壓鎖液壓缸，同樣操作換向閥使被試液壓缸的活塞適當(dāng)伸出，通過工作裝置承載，使液壓缸無桿腔產(chǎn)生壓力，然后，操作換向閥至中位，拆開液壓缸進(jìn)出油口e和f，觀察油口e和f的泄漏量。如果e油口有液壓油流出，說明液壓鎖在無桿腔方向不閉鎖；如果活塞桿受載回縮，油口e無液壓油流出，而油口f有液壓油流出，說明液壓缸內(nèi)泄，同時液壓鎖在有桿腔方向不閉鎖；如果兩油口均無液壓油流出，說明雙向液壓鎖工作正常，液壓缸內(nèi)泄。
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三．液壓缸拆檢與維修方法
7 G* R8 c" A1 @0 {5 p一旦液壓缸出現(xiàn)泄漏故障，就必須拆卸液壓缸，對液壓缸泄漏原因進(jìn)行檢查。針對故障產(chǎn)生的原因應(yīng)采取相應(yīng)的維修方法。
+ n+ b x5 b V( C" j" I⒈密封件的檢查與維修
1 h. L0 j3 ^4 B( O6 O) v& ]活塞密封是防止液壓缸內(nèi)泄的主要元件。對于唇形密封件應(yīng)重點檢查唇邊有無傷痕和磨損情況，對于組合密封應(yīng)重點檢查密封面的磨損量，然后判定密封件的是否可使用。另外還需檢查活塞與活塞桿間靜密封圈有無擠傷情況?；钊麠U密封應(yīng)重點檢查密封件和支撐環(huán)的磨損情況。一旦發(fā)現(xiàn)密封件和導(dǎo)向支承環(huán)存在缺陷，應(yīng)根據(jù)被修液壓缸密封件的結(jié)構(gòu)形式，選用相同結(jié)構(gòu)形式和適宜材質(zhì)的密封件進(jìn)行更換，這樣能最大限度地降低密封件與密封表面之間的油膜厚度，減少密封件的泄漏量。
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⒉缸筒檢查與維修
- i( j% H' T# U" C液壓缸缸筒內(nèi)表面與活塞密封是引起液壓缸內(nèi)泄的主要因素，如果缸筒內(nèi)產(chǎn)生縱向拉痕，即使更換新的活塞密封，也不能有效地解決故障，缸筒內(nèi)表面主要檢查尺寸公差和形位公差是否滿足技術(shù)要求，有無縱向拉痕，并測量縱向拉痕地深度，以便采取相應(yīng)地解決方法。
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如果缸筒存在微量變形和淺狀拉痕時，可采用強(qiáng)力珩磨工藝修復(fù)缸筒。強(qiáng)力珩磨工藝可修復(fù)比原公差超差2.5倍以內(nèi)的缸筒。它通過強(qiáng)力珩磨機(jī)對尺寸或形狀誤差超差的部位進(jìn)行珩磨，使缸筒整體尺寸、形狀公差和粗糙度滿足技術(shù)要求。
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如果缸筒內(nèi)表面磨損嚴(yán)重，存在較深縱向拉痕時，最好是按照實物進(jìn)行測繪，由專業(yè)生產(chǎn)廠按缸筒制造工藝重新生產(chǎn)進(jìn)行更換。也可采用熱噴涂、流鍍和粘接等表面修復(fù)技術(shù)修復(fù)缸筒。
6 r& p, U3 F( d' S' W9 r4 Z/ j, A6 G熱噴涂缸筒內(nèi)表面修復(fù)是將熔融狀態(tài)下的噴涂材料，通過高速氣流使其霧化噴射在缸筒表面上，形成噴涂層的一種金屬表面處理方法。熱噴涂后，通過強(qiáng)力珩磨機(jī)對缸筒進(jìn)行珩磨，使其整體尺寸、形狀公差和粗糙度滿足技術(shù)要求。熱噴涂缸筒表面修復(fù)有火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂和粉末爆炸噴涂等方法。
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流鍍缸筒內(nèi)表面修復(fù)是通過電—化學(xué)沉積獲得規(guī)定厚度的鍍層。流鍍前通過強(qiáng)力珩磨機(jī)對缸筒進(jìn)行珩磨，獲得理想的整體尺寸和形狀公差。流鍍工藝是以液壓缸體為鍍槽，液壓缸腔置陽極，液壓缸內(nèi)壁與陰極相連，且和陽極保證一定的均勻的間隙，通過直流電的作用，使鍍液中金屬離子在液壓缸內(nèi)壁上得到電子，還原成為金屬原子，沉積在在液壓缸內(nèi)壁上，獲得所需整體尺寸、形狀公差和粗糙度滿足技術(shù)要求的鍍層。
/ S$ |# Q2 N; `5 G- B' W- V3 N粘接缸筒內(nèi)表面修復(fù)是通過TS311減磨修補(bǔ)劑修復(fù)缸筒。TS311減磨修補(bǔ)劑是一種主要用于磨損、滑傷等金屬零件的修復(fù)。修復(fù)過程中，首先用工業(yè)純丙酮清洗缸筒內(nèi)表面，清除干凈表層油污。再用合金刮刀在滑傷表面剃出1mm以上深度的溝槽，然后用丙酮清洗溝槽表面，用缸筒內(nèi)徑仿形板將調(diào)好的TS311減磨修補(bǔ)劑敷涂于打磨好的表面上，用力刮平，確保壓實，并高于缸筒內(nèi)表面，待固化后，進(jìn)行打磨留出精加工余量，最后通過研磨使缸筒整體尺寸、形狀公差和粗糙度達(dá)到要求。
% z% n% D6 o8 s3 ^ G6 j# o⒊活塞桿、導(dǎo)向套的檢查與維修
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活塞桿與導(dǎo)向套間相對運動副是引起外漏的主要因素，如果活塞桿表面鍍鉻層因磨損而剝落或產(chǎn)生縱向拉痕時，將直接導(dǎo)致密封件的失效。因此，應(yīng)重點檢查活塞桿表面粗糙度和形位公差是否滿足技術(shù)要求，如果活塞桿彎曲應(yīng)按照實物進(jìn)行測繪，依據(jù)活塞桿加工工藝，由專業(yè)生產(chǎn)廠進(jìn)行制造。如果活塞桿表面鍍層磨損、滑傷、局部剝落可采取磨去鍍層，重新鍍鉻表面加工處理工藝。
/ m: u6 b7 l: U7 P" x* h+ _5 a" F6 P導(dǎo)向套應(yīng)重點檢查導(dǎo)向套內(nèi)表面與活塞桿相對運動表面，如果產(chǎn)生不均勻的磨損，不圓度在0.3mm以上時，應(yīng)按照實物進(jìn)行測繪，由專業(yè)生產(chǎn)廠按導(dǎo)向套制造工藝進(jìn)行生產(chǎn)，然后更換。
; x5 r. w; X- f⒋緩沖閥的檢查與維修
3 ]: c! @2 }7 }
對于閥緩沖液壓缸，應(yīng)重點檢查緩沖閥閥芯與閥座磨損情況。一旦發(fā)現(xiàn)磨損量加大、密封失效時，最好是按照實物進(jìn)行測繪，由專業(yè)生產(chǎn)廠按液壓閥制造工藝重新生產(chǎn)進(jìn)行更換。也可運用磨料進(jìn)行閥芯與閥座配磨方法進(jìn)行修復(fù)。
C" _* f5 B8 Q; x! d1 b* N7 u; M2 e1 v
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- T S7 O6 N" a! _% \% ?1 f
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參考文獻(xiàn)
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發(fā)表于 2006-3-7 08:59:31
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