液压平衡缸（精选八篇）
液压平衡缸 篇1
以ZY (J) 7型电动液压转辙机油路系统为例。本系统为闭式系统, 当电机通过联轴器带动油泵逆时针方向旋转时, 油泵从油缸右侧腔内吸入油。油泵泵出的高压油使油缸左腔为高压, 此时油缸向左移动, 当油缸动作到终端停止动作时, 泵从右边的单向阀吸入油, 泵出的高压油经左边的滤油器和溢流阀回油箱。如果电机带着油泵顺时针方向转动, 油缸动作方向与上述方向相反。为了改善交流电机的启动特性, 与油缸并联了启动油缸。该系统中的一动调节阀和二动调节阀用于实现调节主机油缸与副机油缸在转换道岔时的宏观同步。启动缸安装如图2所示。
在目前的液压控制系统中, 启动缸用于在电机启动时, 使柱塞向另一方向移动, 从而使电机顺利启动。但是由于液压介质热胀冷缩会造成执行机构窜动, 特别是在温差较大地区, 使用的电动液压转辙机到位后, 油缸会偶发窜动现象, 影响正常使用。本文对现有技术的缺陷进行了优化改进, 改善了交流电机的启动特性, 以免窜动现象的发生。
1 优化技术原理
梭式平衡阀启动缸装置是一种适用于液压控制系统的装置, 适用于铁路道岔用电动液压转辙机, 该装置与油路系统执行机构并联。执行机构工作时, 两侧密封不影响效率;执行机构静止时, 平衡两腔压力还具有改善交流电机启动特性的作用。
2 优化技术措施
梭式平衡阀启动缸装置由缸体、垫、隔套、柱塞、弹簧、密封圈等组成, 其特征主要表现为:在缸体的相应位置装入柱塞, 柱塞两端装有隔套, 柱塞和隔套上装有密封圈, 隔套内装有弹簧, 隔套两端有垫, 构成梭式平衡阀启动缸装置。该装置的左、右两油口分别与液压系统执行机构的左、右两油腔相连。当左腔为高压时, 在压力的作用下, 柱塞向右侧移动, 克服右侧弹簧力, 柱塞右端密封圈使柱塞与隔套密封, 这样就将左右腔完全隔开, 不影响液压系统的正常工作。当执行机构动作到位后, 液压动力停止工作, 由于右侧弹簧的作用, 柱塞被顶开, 柱塞与缸体之间的间隙或柱塞上增设的微孔使两侧微导通逐步达到左右腔压力平衡。如果右腔为高压, 其动作过程与上文所述相反。柱塞在缸体内轴向留有空动距离, 使液压系统在开始工作时不带载启动, 达到改善电机启动特性的目的。两侧隔套内的弹簧使柱塞与隔套密封分离, 使两腔处于微导通状态。微导通平衡油路系统两侧液压介质在温度变化时产生了压差, 避免执行机构窜动。
3 优化技术实施方式
梭式平衡阀启动缸装置安装如图3所示。
仅作为举例实施方案, 在缸体1相应位置的孔中依次装入垫2、隔套3、弹簧6和柱塞4, 柱塞4和隔套3部分均装有密封圈5, 构成梭式平衡阀启动缸装置, 其左、右两油口分别与电动液压转辙机的左、右两油腔相连。当左腔为高压油时, 油压推动柱塞向右侧移动之后, 克服右侧弹簧的阻力, 在柱塞密封圈的作用下, 使柱塞与隔套密封。由于隔套与缸体间装有密封圈, 这样就将左、右腔完全隔开, 不影响电动液压转辙机的正常转换, 当转辙机到位后, 油泵停止工作, 左侧压力降低, 由于右侧弹簧力的作用, 柱塞会被顶开, 两侧处于微泄漏状态, 消除油路系统压差。由于柱塞与缸体之间为间隙配合, 两侧微导通, 因此能够达到平衡两腔的目的。当柱塞在油路系统控制电机启动时, 动作压力低、易于启动, 而油路系统处于工作状态时, 缸体中柱塞与密封圈压合, 使左、右腔之间密封。柱塞在缸体内留有空动距离, 使液压系统在开始工作时不带载启动, 从而达到改善电机启动特性的目的。通过控制柱塞与缸体之间的间隙, 或在柱塞上增设微孔, 从而达到平衡两侧压力的目的。由于柱塞与缸体处于微导通状态, 即使密封圈失效, 也仅影响系统效率, 不会导致系统失效。如果右侧为高压, 其动作过程与上文所述相反。柱塞为耐磨材料, 具有耐磨性能好、寿命长、可靠性高等优点。
4 优化技术特点
优化技术特点主要有: (1) 该梭式平衡阀启动缸装置柱塞在缸体内轴向留有空动距离, 使液压系统在开始工作时不带载启动, 改善了电机启动特性; (2) 执行机构工作时, 高低压腔通过柱塞与隔套的密封隔开, 不影响效率; (3) 两侧的弹簧使柱塞与隔套密封分离, 使两腔处于微导通状态, 平衡压力, 避免执行机构窜动; (4) 该装置密封损坏时, 仍能使执行机构可靠工作, 仅影响效率; (5) 柱塞为耐磨材料, 耐磨性能好、寿命长, 系统可靠性高。
5 结束语
使用优化改进后的梭式平衡阀启动缸装置可以改善交流电机的启动特性, 并能消除油缸反弹, 避免因温差较大引起的油缸窜动现象, 提高了电动液压转辙机的可靠性, 具有良好的社会、经济效益, 推广价值极大。
参考文献
夹紧缸故障分析及液压系统改进 篇2
摘要：本文对陕西龙门钢铁公司西安轧钢厂中精轧夹紧缸故障
原因进行了分析，提出了液压系统的改进方法，取得了很好的效果，产生了一定的经济效益和社会效益。
关键词：液压夹紧系统改进
0 引言
陕西龙钢公司西安轧钢厂生产线连轧部分有12架轧机，中轧部分6架轧机，每架轧机装配有3台夹紧缸，精轧部分6架轧机，每架轧机装配2台夹紧缸，用来对轧机进行夹紧。
夹紧缸采用碟簧预夹紧式，夹紧力依靠碟簧预压力提供。但在使用的过程中，常发生碟簧破碎现象，对生产的正常进行造成一定的影响。
本文通过对碟簧破碎原因进行分析，提出了对夹紧回路进行改进的方法，并在改进后取得了较好的效果，产生了较好的经济效益和社会效益。
1 中精轧液压系统原理
1.1 中精轧液压系统原理
西轧厂中精轧液压系统（图1），是由两台液压泵（一用一备）作为动力元件，控制元件由插装式单向阀，调压阀组成。附件由过滤器、压力表、液位计、液位发讯器、加热器、压力控制器，以及一台循环泵等组成，起到保护系统、控制油温和过滤油液等作用。执行元件由12台平移液压缸和30台夹紧缸组成，平移缸用来对轧机进行横向移动，和在换辊时推出或移进换辊小车，夹紧缸对轧机进行夹紧，使轧机在轧钢过程中固定不动。
1.2 中精轧夹紧缸结构
龙钢西轧厂夹紧缸采用碟簧预夹紧结构，如图2所示，碟簧型号为AI160*81.2*10*13.5 GB1972-80，碟簧的极限行程h0=3.5mm，工作载荷Ff=138.3kN，每台夹紧缸装配碟簧24片。活塞直径为180mm，活塞杆直径110mm。
在平时的夹紧过程中，活塞在碟簧预紧力的作用下，把活塞向前推出，使轧机处于夹紧状态；需要松开轧机时，打开液压阀，活塞在液压力的作用下，会向后移动，收回活塞杆。
1.3 中精轧夹紧缸工作方式
龙钢西轧厂中精轧夹紧缸安装在轧机底座上（图3），夹紧缸功能是在轧钢的过程中对轧机进行夹紧，使轧机不能横向移动，换槽换辊时松开轧机，利于轧机平移。
活塞杆前部斜面和轧机底部斜面接触，活塞杆在碟簧力的作用下向前推出，在斜面上产生向下的分力，使轧机和底座之间产生很大摩擦力，使轧机不能横向移动。
图 3
2 碟簧损坏原因分析
夹紧缸在使用的过程中，逐渐就会对轧机夹不紧，轧机会在轧钢的过程中发生跑偏现象，发生废钢事故，同时，用液压力收回活塞时，不能达到最大行程，甚至出现多起活塞杆不动的现象。
对事故夹紧缸拆下解体，打开夹紧缸前端盖，取出活塞，发现里面的碟簧几乎全部破碎，破碎的碟簧碎片夹杂在碟簧间隙中。为保证正常使用，根据碟簧破碎周期，每6个月就需要对碟簧更换一次。
在分析碟簧损坏原因时，我们发现，当夹紧缸活塞杆收缩时，最大收缩量为80mm，而碟簧装配数量为24片，查《机械设计手册》，该型号碟簧单片极限行程为3.5mm，则24片碟簧总行程为84mm。据此分析，碟簧在夹紧缸松开时，几乎被压平，在这种工作状态下，碟簧工作一段时间后非常容易损坏。
3 液压系统改进方法
根据夹紧缸的工作原理，保持夹紧时，依靠碟簧的预紧力，活塞杆斜面和轧机的斜面紧密接触，对轧机产生向下的力，则会在轧机和底座之间产生摩擦力，轧机依靠摩擦力的作用不能横向移动。松开轧机时，活塞杆斜面脱开轧机斜面，夹紧缸产生的摩擦力消失，轧机可以横向平移。
那么在松开时，可以不要求夹紧缸的行程达到80mm，只需脱开较小距离，就能达到松开的要求。
因此可以考虑两种方案，第一种方案是把导向杆延长，夹紧缸处于夹紧状态时，导向杆端面和夹紧缸底部的距离为一个较小值，那么当夹紧缸活塞杆收缩时，导向杆会接触到夹紧缸底部，使活塞停止运动。第二种方案是减小液压系统压力，可以使夹紧缸松开时行程减小。
在平时的检修过程中，需要把轧机从底座上移开，在夹紧缸行程没有达到80mm时，由于活塞杆的阻挡，轧机不能从底座上移开。要移开轧机只能拆掉夹紧缸，费时费力，因此第一种方案不可行。
第二种方案要求松开夹紧缸时的液压力较小，但是夹紧缸和平移缸为一个液压系统，如果系统压力过低，平移缸则不能移动轧机。解决的办法是在夹紧回路上安装一个减压阀，可以在系统压力较高时，把夹紧缸的压力降下来，这种方法简单易行。
于是西轧厂对夹紧回路进行改进，在夹紧系统回路上加装一个板式单向减压阀ZDR10DP1-40B/150M（图4），当夹紧缸活塞杆收缩时，通过减压阀减小夹紧回路的压力，使夹紧缸活塞向后运动的行程为25mm。夹紧缸夹紧时，回油会通过单向阀回到油箱。检修过程需要移开轧机时，调整减压阀，使夹紧回路压力处于最大值，则可以把轧机从底座上移开。由于这种单向减压阀为板式结构，因此可以和电磁换向阀配合安装，方便实用。
图4
4 结语
龙钢西轧厂西库抬钢机自2013年5月份改进以来，在使用过程中再未出现碟簧破损现象，夹紧缸由改进前每半年全部更换维修一次，到改造后一年来从未维修，经济效益非常明显，以每片碟簧40元价格计算，36台夹紧缸每年节约费用近7万元，同时不再因为夹紧缸打不开而影响生产，年综合创效可达10万元以上。减轻了维修工人的劳动强度，创造了较大的社会效益。
参考文献：
[1]雷天觉.新编液压工程手册[M].北京理工大学出版社，1998.
[2]徐灏.机械设计手册(第5卷)[M].机械工业出版社，1993.
[3]朱琪，杨永萍.液压传动系统的工作可靠度及故障率分析[J].机械研究与应用，2000.
[4]陆望龙.实用液压机械故障排除与修理大全[M].湖南科学技术出版社，2004.
作者简介：
侯强民（1971-），男，陕西西安人，陕西龙门钢铁有限公司西安轧钢厂，工程师，研究方向：金属压延加工。
改进龙门铣床平衡缸密封装置 篇3
北京第一机床厂生产的数控龙门铣 (XKA2850×240) 平衡缸密封装置, 采用普通的O形密封圈。O形密封圈在往复运动中, 由于压力和液体分子与金属表面相互作用的结果, 油液中所含的“极性分子”便在金属表面形成一个坚固的边界层油膜, 且对轴产生很大附着力。该油膜始终存在于密封件与往复运动轴之间, 虽然能起到润滑密封面的作用, 但从泄漏角度看是有害的。当往复运动的轴外伸时, 轴上的油膜与轴一起拉出。当轴缩回时, 由于密封件的擦拭作用, 该油膜便被密封件阻留在外。随着往复运动的次数增多, 阻留在密封件外面的液体增多, 最后形成滴油从轴上滴落下来, 这是数控龙门铣平衡缸在往复运动中漏油的主要原因。其次是材料上的选择, 原有设计采用的是丁腈橡胶, 其耐磨和耐压性能有一定的局限性。
2. 液压缸密封装置改进方案
从密封形式和材料两个方面对液压缸密封装置进行改进。原设计如图1上半部分所示, 改进后如图1下半部分所示。
3. 液压缸密封装置改进后优点
液压缸密封装置改进后, Y形密封圈安装在密封腔体中, 有一预压紧力, 使唇部与密封腔体表面紧密接触, 封住泄漏通道。当液体压力作用时, 唇口进一步紧贴密封腔体表面, 从而增强密封效果, 避免了采用O形圈密封导致的滴油现象。
液压支架立柱胀缸分析及防治 篇4
在液压支架生产和制造过程中, 发生立柱胀缸的现象越来越严重, 由于液压支架的立柱胀缸问题而进行大修的比例占到20%左右, 使生产维护和检查的工作压力越来越大, 严重影响生产安全以及优质高效。所以, 应该对胀缸现象出现的原因进行充分地研究和分析, 以便在发生这种现象的时候可以进行有效防范和处置, 提高综合机械化采煤效率, 降低能耗, 保障生产安全, 使综合管理的科技水平得到有效提高。
1 立柱胀缸现象的形成条件辨析
我们可以这样认为, 缸体会发生变形和损坏主要是由于缸体内的憋压已经超过了缸体能承受的强度极限, 因此, 首先应该对缸体内部产生憋压的原因进行研究和分析, 也就是研究胀缸形成条件。
一种情况认为, 如果液压的支架上升或者下降到一定程度之后, 乳化泵站依然会持续供应, 但是卸荷阀就失去了其应有的效力, 使供应液体的压力得到无限制地升高, 造成胀缸现象。根据分析和研究证明, 发生这种现象的几率是非常小的, 即使发生了这种现象也会得到及时排除, 不会使这种现象因为重复出现而产生非常严重的后果。
另一种情况是立柱活柱的上腔液压由于回路阻塞, 或者支架回油的断路阀关闭, 使支架升柱时上腔的压力增加, 缸体发生变形现象。立柱的上腔和下腔在面积上的比值大约是1∶5.6, 若液压系统的供液压力达到31.5 MPa, 那么立柱的上腔的压力就会达到176 MPa, 是支架额定工作阻力的4倍还多, 这样很多零部件例如结构件、密封件都会受到很大程度的损害, 产生的后果就会更加严重, 不仅仅是胀缸的问题, 可能还会使底座柱窝以及顶梁都被穿透。安装完支架工作面之后, 在生产的过程中升降动作会不断进行, 应该不会产生突然不升降的问题, 也不会产生所有的支架回路都被堵塞的现象。通过分析和研究表明, 发生胀缸现象主要原因不在于此。
2 发生胀缸现象的主要原因
通过综合分析得出, 在可以形成胀缸现象的一些条件中, 立柱控制阀安全阀失效才是胀缸现象产生的主要原因。安全阀是立柱可以保持恒阻的工作特性的关键元件。如果采动影响到工作面的时候, 顶板受到压力, 恒阻的作用就会根据设定开启, 通过对压力进行封闭来实现。通过实验证明安全阀失效, 也就是说支架上的工作阻力达到一定的程度之后, 并没有使安全阀得到释放, 液压的能力又受到外载的决定, 如果顶板发生下沉现象, 外载就直接与垮落的岩层有着密切的联系, 在立柱活塞腔上就会产生非常大的压力, 如果压力≥130 MPa, 缸体安全的系数就<1, 缸体就会发生变形或者损坏的现象。
当工作面压力顶板强度越来越明显的时候, 立柱下腔的压力也会越来越大, 如果超过了安全阀设定的压力值, 就不能使卸荷得到开启, 安全阀也就发挥不到其应用的安全效果, 由于产生的应力超过了缸体允许使用的范围, 使缸体或者其他零部件受到损坏或者变形。需要注意的是, 安全阀失去它应有的效力并不仅仅是由于它自身的原因造成的, 受到一些混合物的污染, 例如, 油类降解物、水垢以及氧化物、煤岩粉尘以及金属颗粒物等, 都会导致堵塞现象发生, 这些混合污染物的来源都是特定的。
3 发生液压支架立柱胀缸现象的防治措施
3.1 预防措施
对于综合采面液压系统的工作介质及水质要进一步改善, 加强这方面的监督管理, 应该采取一定的有效措施对由于水硬而产生的影响进行有效缓解, 例如乳化液的配比以及乳化油的选用等;还应该对液压系统的清洁度进行提高, 对液压系统的污染进行有效控制, 应该保证乳化液泵站系统的粗精过滤装置以及磁性的过滤装置是完好的, 并定期进行清洁和清理;对于综采面使用的液压支架安全阀应该进行定期标定, 主要是封闭或者开启的压力以及动作的性能可以对设定的要求充分满足, 根据实践经验证明, 安全阀的标定周期一般在正式开始使用的90 d作为一个周期, 具体的情况还要根据采面的条件来确定。
3.2 胀缸现象修复
为了使变形的立柱缸体通过修复之后使其在功能的运用方面的可靠性得到增强, 就应该根据缸体内孔实际的变形量进行准确测量, 然后根据实际的测量情况, 运用相应的处理方法: (1) 对于轻度的变形来说, 如果内孔直径最大变形量>1 mm, 就可以采用化学镀Ni-P的合金以及采用低温镀铁的工艺模式进行修复; (2) 如果变形的程度不是很严重, 内孔直径最大变形量不>2 mm, 可以运用不锈钢镶套的工艺来进行修复; (3) 如果变形的程度非常大, 达到了严重变形, 内孔直径最大变形量>2 mm, 可以认定其为残余的变形量过大, 应该将其进行报废处理。
4 结语
在实际的生产过程中, 发生液压支架的立柱胀缸问题, 会使生产方面维护和检查的工作压力越来越大, 严重影响生产安全以及优质高效。所以, 应该对胀缸现象出现的原因进行充分地研究和分析, 采取综合有效的防范和治理方法, 使之提高综合机械化采煤的效率, 降低能耗, 保障生产安全, 使综合管理的科技水平得到有效提高。
参考文献
液压平衡缸 篇5
1.1 平衡机构形式: 直列式四缸柴油机是最常用的柴油机结构形式, 采用平面布置曲轴时, 其旋转惯性力与惯性力矩外部达到平衡, 但内部却是不平衡的, 曲轴会承受内弯矩作用。 为使曲轴达到内部平衡而不受内弯矩作用, 通常是采用分段平衡法, 在曲柄臂上设计平衡重, 使柴油机曲轴结构简单, 工艺性能好, 质量轻, 又可降低曲轴的内弯矩。 现平面曲轴的四缸柴油机, 起一阶往复惯性力、一阶往复惯性力矩、二阶往复惯性力矩均平衡, 但二阶往复惯性力不平衡, 为实现二阶往复惯性力的平衡, 就需要附加二倍于曲柄角速度运动, 旋转方向相反, 对称于曲轴中心线的平衡轴。 我们把四缸柴油机采用的这种平衡结构称之为兰氏平衡。 兰氏平衡又包括典型兰氏平衡和改进型兰氏平衡。
1.1.1 典型兰氏平衡是仅对二级往复惯性力进行平衡的设计, 是被广泛应用的典型结构, 是标准的兰切斯特原型。 以两倍于发动机转速, 相反转向的两根平衡轴对称于曲轴中心线, 对称于曲轴中心线等高布置, 因此在水平方向上, 没有任何附加力及附加力矩产生, 仅针对二阶往复惯性力进行平衡。 布置形式如图1。
1.1.2 改进型兰氏平衡是在平衡二级往复惯性力的同时兼顾平衡转矩二级谐量, 两根平衡轴仍保持对称于曲轴中心线, 但不等高布置。 位置高的平衡轴旋转方向与曲轴一致, 两根平衡轴的高度差为连杆长度的0.7~1 倍。 这种改进型的兰氏结构除了可以平衡二阶往复惯性力, 同时还可平衡转矩的二阶往复惯性力矩。 布置形式如图2。
1.2 平衡机构布置:包括全场平衡和非全长平衡。 全长平衡是指在发动机全长范围内布置平衡轴和分配所需不平衡量的平衡机构。除全长平衡外的平衡结构统称为非全长平衡。 ( 表1)
随着机械行业的迅猛发展, 随着用户需求的不断提高, 目前市场对整机的驾驶舒适度要求越来越高。 针对市场需求, 通常柴油机公司会采取很多改进措施从而实现降低噪声及减小振动的目的, 采用双轴平衡结构来平衡二阶往复惯性力, 是降低内燃机振动及噪声的有效途径。 诚然, 平衡轴的加工精度、材质、润滑及冷却形式对双轴平衡系统的平衡效果及工作的可靠性有很大的影响。
2 平衡轴装配方法
除平衡轴的加工精度、材质、润滑及冷却形式对双轴平衡系统平衡效果具有影响外, 平衡轴的装配方法对双轴平衡系统的平衡效果也具有十分重要的影响。 因此在实际装配过程中, 需要严格按照装配流程进行装配, 避免装配方法错误导致平衡效果差, 平衡轴磨损等故障问题的发生。 下面是平衡轴装配的基本流程, 可用于批量生产时的作业指导。
2.1 左右平衡轴区分:平衡轴一般有左右之分, 通常在平衡轴齿轮端面上分别增加“ L”、“ R”作为左右平衡轴的区分标志。 齿轮端面增加“ L”标志的为左平衡轴, 齿轮端面增加“ R”标志的为右平衡轴, 装配时均通过齿轮端面的字母标识予以区分。
2.2 装配前检查:平衡轴在装配前, 需要检查平衡轴轴颈边沿有无毛刺。 为更好保证左右两平衡轴一致性, 同一台发动机所装最好装配同一厂家生产的平衡轴。
2.3 装配步骤
2.3.1 装配时, 保持柴油机机体底面水平向上, 擦做人员用专用擦拭布擦净平衡轴衬套内表面和平衡轴轴颈外表面, 确保配合面没有锈迹、毛刺、杂质及灰尘, 以达到光滑无损伤。
2.3.2 操作工用专用油壶向平衡轴每个衬套内表面加注洁净的润滑机油5~6 滴左右 ( 润滑油的量以平衡轴转动时可均匀分布到轴颈上为宜) 。 平衡轴装入前, 用双手托住平衡轴保持平衡轴偏心部分向下, 与机体前端平衡轴孔正对。 此时, 向平衡轴每个轴颈外圆滴注润滑油5~6 滴左右。
2.3.3 平衡轴推入平衡轴衬套第一档后, 左右旋转45°, 确保先前加注的润滑油均匀分布在轴颈和衬套上。
2.3.4 保持平衡轴偏心部分向下, 轻幅转动平衡轴, 将平衡轴平推进入机体衬套第一档后, 右手换位平托平衡轴。
2.3.5 仍然保持平衡轴偏心部分向下, 轻幅转动平衡轴, 将平衡轴平推进入机体衬套第二档, 然后右手换位平托平衡轴。
2.3.6 保持平衡轴偏心部分向下, 轻幅转动平衡轴, 将平衡轴平推完全进入机体衬套内, 然后旋转平衡轴, 应感觉平衡轴转动灵活, 无明显阻力。
2.3.7 采用同样方法将另一根平衡轴完全装入机体。
2.3.8 装上用于固定平衡轴的止推板, 固定止推板的2 个螺栓应交替分2 次上紧。 检查平衡轴转动灵活性, 如果转动有明显阻力, 卡滞, 应找出原因并排除。
摘要：柴油机采用双轴平衡结构, 目的是减弱或消除发动机运转过程中的往复惯性力及减小倾覆力矩。通过对比柴油机是否装配平衡轴可以明显看出, 使用平衡轴可以极大程度改善柴油机震动特性, 可完全平衡某次运转过程的往复惯性力, 最大程度削减侧倾力矩。从而提高发动机的可靠性和舒适度。双轴平衡结构的开发及应用对柴油机减震设计具有极强的使用价值和指导意义。本文同时又对平衡轴的装配方法做出指导, 此指导可用于柴油机批量生产的作业指导。
液压平衡缸 篇6
某压路机在厂内调试过程中,其转向缸导向套处经常发生液压油渗漏故障。拆解转向缸后,发现导向套处的O形圈出现切边或挤压现象,如图1所示。
该压路机转向缸为无缓冲式双作用液压缸,其导向套与缸筒的连接方式为卡键式(内半环连接)。损坏的O形圈设置在导向套外圆上,导向套与缸筒无相对运动。其结构如图2所示。
2. 原因分析与排查
压路机转向系统的额定压力为16MPa,该O形圈处设置了挡圈,可满足转向缸密封需求。分析认为,导致导向套处O形圈损坏的原因有3种:一是沟槽尺寸和倒角不合理,二是配合面粗糙度要求低,三是安装方法有问题。为此我们进行了以下排查。
(1)检查沟槽尺寸和倒角
根据O形圈的规格,检测O形圈尺寸符合标准,又按照GB/T3452.3-2005《液压气动用O形橡胶密封圈沟槽尺寸》对导向套上的沟槽尺寸和倒角进行了核对。经校核,沟槽尺寸和倒角完全符合标准要求。
(2)检查配合面粗糙度
根据前述标准,对O形圈沟槽的底面和侧面、配合表面和倒角表面的粗糙度进行了检测,结果满足标准要求。标准中对表面粗糙度的要求如附表所示。
(3)检查安装过程
在导向套安装过程中,若安装方法不当,可导致O形圈损坏。由于压路机转向缸导向套的连接方式为卡键连接,在装配过程中,需先将O形圈安装在导向套上,并整体装入缸筒中,再放置卡键,然后在转向缸缸筒底部油口通入压缩空气,将导向套顶出并用卡键卡住,从而完成导向套的安装。
经检查得知,导向套O形圈虽距离转向缸缸筒前部油口有一定距离,但导向套及O形圈在装配过程中需经过该油口。该油口在缸筒内壁上的倒角不易加工,仅采用打磨方法进行倒角,因此倒角处容易存在毛刺。若该油口倒角处存在毛刺,在装配过程中,容易造成O形圈损坏。缸筒与导向套连接处的油口如图3所示。
3. 解决方法
根据原因分析与排查结果,我们提出以下2个解决方法,如下所述。
(1)更改导向套连接方法
由于卡键连接方式的导向套在安装过程中容易造成O形圈损坏,可将卡键连接方式更改为螺纹连接。按此方法更改后,导向套在安装过程中,O形圈将不再经过缸筒内壁处的油口,故可解决O形圈损坏问题。
注:Ra——轮廓算数平均偏差;Rmax——轮廓最大高度括号内的数值为要求精度较高的场合应用
但是采用此方法,需更改转向缸导向套的安装方式,对转向缸缸筒和导向套的改动较大,因此不便实施。
(2)缸筒内壁油口加工沟槽
在缸筒前部内壁油口处加工沟槽,其直径尺寸要大于O形圈的自然状态直径。这样在装配过程中就可避免对O形圈的损坏,从而保证转向缸密封质量。加工的沟槽形状如图4。
液压平衡缸 篇7
液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备, 除了具有压力、速度可在广泛的范围内无级调整外, 还可在任意位置输出全部功率和保持所需压力, 因而与机械压力机相比, 更适合应用于工件的深拉伸工艺。通常对液压机底缸的顶出控制采用的是通断式液压阀结合接近开关的方式实现的, 但此控制方式受外围因素影响较大, 很难满足客户对底缸顶出位置的重复定位精度要求。解决方法一是在底缸顶出要求位置处设置机械死挡块, 但在实际应用中存在运动碰撞及回落现象, 长时间使用还会因机械磨损造成产品质量不稳定。也可采用伺服阀方案, 伺服阀响应速度快, 可实现闭环控制, 实现精确定位控制, 但其制造精度要求非常高, 价位也较高, 同时对液压油的清洁度要求也高, 导致机床制造成本居高不下, 客户很难接受。针对以上问题, 我公司设计开发了一套采用比例方向阀作为主控的控制系统, 既满足了客户要求, 也控制了制造成本。
1 系统构成
如图1所示, 该液压机的主要控制系统由五部分组成:Rexroth公司4WRA型比例方向阀 (属于直控式比例阀, 不带位移电反馈, 带集成式放大板) 、欧姆龙CP1H系列PLC、Pro-face GC系列触摸屏、巴鲁夫BTL5系列磁致伸缩尺、济宁泰丰公司的插装阀液压系统。此液压机底缸顶出动作时先通过插装阀液压系统供油实现快速顶出, 待顶出到达触摸屏中设置位置时改用比例阀供油以实现慢速顶出, 并通过流量的实时控制保证底缸精确定位, 通过先快顶后慢顶的运动控制方式缩短了顶出时间, 极大地提高了生产效率。
1.1 液压机拉伸工艺
该液压机拉伸工艺动作流程如图2所示。因客户的工件和模具的特殊性对底缸的顶出重复定位精度要求控制在±0.5mm范围内, 在机床每次动作时对底缸顶出后的实际位置都进行比较判断, 如位置出现偏差将发出报警信号, 所以在设计时增加了顶出位置检测判断功能。
1.2 比例阀
比例阀是在通断式液压元件和伺服元件的基础上发展起来的一种新型的电液控制元件, 从阀的基本结构和动作原理看, 与通断式液压阀更接近或相同;但比例阀输入的是电流信号、输出的是液压参数, 只要改变输入电流的大小, 就能实现连续比例地改变输出的流量和压力, 因而其控制原理与伺服控制阀是相同的。特别是它将通断式控制元件和伺服控制元件的优点综合起来, 避开了某些缺点, 使两类元件相互渗透。所以比例阀适用于控制精度和速度响应要求不太高、油液污染要求不太高且使用维护不难、造价明显低于伺服阀的液压控制系统, 因而近些年来, 比例阀得到了越来越广泛的应用。
2 采样功能的应用
Pro-face触摸屏可以对实际顶出位置进行采集并记录在触摸屏的CF卡上 (图3) , 具体应用是通过某个位地址触发相应的功能键, 将数据以CSV格式存储在触摸屏的CF卡中, 并在触摸屏画面上以曲线的形式反映出来 (图4) 。
而对于底缸的定位控制, 通过触摸屏中的特殊内部功能地址读取CF卡里的数值, 同时触摸屏通过曲线分析和脚本处理分析得出相应的控制要求, 并传送到PLC中, PLC根据控制要求实现对比例阀的控制。这样做的目的一方面因为未使用PLC内部存储器, 所以对PLC的运算速度无影响, 另一方面使得保证在相应的位置点达到相近的速度, 满足最终的精确定位要求。
3 结束语
此套控制系统在控制要求上不但能缩短底缸顶出到位的时间, 还具有底缸顶出位置满足客户±0.5mm偏差的要求, 在制作成本上相对伺服元件控制要便宜, 具有较高的性价比。特别采用了数据采样功能, 对采集的数据可使用常见的电子表格软件 (如Excel) 在计算机上对其进行分析或将其用于数据库中, 极大方便了客户的实时数据管理和分析, 也不同程度地提升了生产效率。通过机床在客户处的稳定运行情况来看, 这种控制系统的设计是合理的。相信这种性价比较高的控制系统会被更多的机床制造厂商应用, 并将推动整个产业的变革。
参考文献
[1]俞新陆.液压机的设计与应用[M].北京:机械工业出版社, 2006.
[2]陆望龙.液压维修1000问[M].北京:化学工业出版社, 2012.
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液压平衡缸 篇8
1 液压缸受力分析
1.1 液压缸结构
液压缸结构为单向多级伸缩式液压缸, 如图1。
1.2 液压缸伸长受力
在理想状态下, 液压缸只受轴向的力F1。在液压缸的伸缩过程中, 活塞杆只受到单方向的作用力, 在这个作用力下, 液压缸可以正常工作 (如图2) 。
若液压缸在伸缩作业过程中, 不仅受到轴向力, 还受到一个侧向的推力F2, 那么在F2作用下, 液压缸活塞杆发生弯曲形变。推力越大, 形变量越大。极大的形变量导致液压缸内的铜质支撑环 (另名导向环) 无法承受而开裂破损, 形成碎块。高油压使这些碎块在活塞杆伸缩过程中持续不断地擦划活塞杆表面, 导致活塞杆表面被划伤, 形成凹槽, 使液压缸无法使用而报废, 如图3。
2 自卸车结构分析
无论是何种自卸车, 它的作业过程都是通过抬高货箱的某一面, 使货箱产生一定的倾斜角度, 当倾斜角度超过物料的安息角时, 货箱内的物料在重力作用下就会脱离货箱, 从而达成自动卸料。
根据卸料的方向不同, 自卸车可分为后翻自卸车、侧翻自卸车;根据液压缸的安装和作用位置不同, 可以分为前顶举自卸车、中顶举自卸车;根据使用的液压缸数量不同, 自卸车又可以分为单缸自卸车、双缸自卸车以及多缸自卸车。其中中顶举后翻的自卸车因为操作和维护方便, 在目前市场上占有率很高。
对于中顶举后翻的自卸车来说, 单缸的车拉缸故障极少出现。据公司售后统计, 在2009年上半年共发生的213起液压系统故障记录中, 单缸自卸车未出现拉缸故障。分析其原因, 在于液压缸的三角臂结构起到了相当大的作用。在液压缸举升时, 液压力通过三角臂结构作用在货箱底板上, 三角臂的刚性保护了液压缸。
而中顶举后翻的双缸自卸车, 拉缸故障出现频次相当高, 同样在2 0 0 9年度上半年的售后统计记录中, 213起液压系统故障中拉缸故障就占了81起, 比例达38%。究其原因, 与双缸自卸车的结构是密不可分的。
无论有无副车架, 双缸自卸车的液压系统原理都是一样的, 如图4。
从油泵引出的油管通过换向阀接到三通分配阀上, 分配阀的其余两个接头各引出一根油管与对应液压缸相连, 这样就可以保证两个液压缸同时受到同样的液压力, 从而实现同时动作。
两个液压缸的存在带来了很大的优点, 举升力由两个缸来承担, 使每个液压缸所承受的压力减小, 从而可以选用更小、占用空间更少的液压缸, 这样整车的结构可以得到很大的简化, 整备质量也减轻, 有利于装载更重的物料。但这种结构的缺点却也显而易见, 常见的就是双缸工作不同步, 举升时稳定性差, 并且由之带来的双缸基座不共面问题难以根除。
图5为液压缸支撑结构。两个液压缸的4个转座安装在相对独立的4根支撑梁上, 每个液压缸由两个转座支撑, 理想状态下两个液压缸的轴线是平行的, 但是由于制作精度和焊接变形的原因导致了4根支撑梁的上表面不共面, 虽然图纸上要求平面度公差为0.2 mm, 但是实际上很难达到, 根据现场实测, 平面度公差通常在1~2 mm, 最大达到4mm。
m m的二级伸缩液压缸为例。若单个缸的左右支撑梁的平面度相差1m m, 则在不受力的
情况下, 液压缸活塞杆最大伸长时的顶部横向偏移距离达5 mm。当负重举升时, 因偏移量的存在使货物的重力分解出一个横向推力, 加大了液压缸的挠度, 使液压缸作业别劲, 长时间的作业容易造成拉缸而损坏, 如图6。
3 解决问题的方法
根据液压缸的受力分析可知, 只要满足以下两个条件即可以消除拉缸问题。
a.在安装液压缸时, 应保证缸的轴线位置与运动方向一致。
b.使液压缸承受的负载尽量通过缸的轴线, 避免产生偏心现象。
为了满足这两个条件, 对产品的结构和工艺进行了一系列调整与优化。
3.1 通过改进液压缸支承梁的加工工艺来保证平面度
支撑梁由2根纵梁和4根支撑梁组焊而成, 这6个件都是先经剪板下料后再采用折弯工艺加工的, 由此导致以下问题。
(1) 折弯机的加工精度较差, 加工后的零件状态不一致, 给夹具装夹造成麻烦。
(2) 接头处都采用满焊形式, 焊接变形难以控制且无法消除。
(3) 配套厂家没有能保证0.2 mm平面度的夹具。
这些问题导致液压缸支承梁的平面度难以达到图纸要求, 并且平面度波动较大, 状态不一致。
公司要求配套厂家采用冲压的形式来加工, 保证零件的精度和平面度。一段时间后, 支撑梁零件全部切换为冲压件, 但是根据质量部门的检测记录, 车架支撑梁的平度面公差依然没有得到改善, 焊接的误差存在和夹具的精度使支撑梁的平面度难以达到图纸的要求。为了消除焊接工艺用螺栓连接的铸钢件替代焊接支撑梁的方式, 但增加了成本, 并且重新设计制造夹具的费用也相当高。
实践证明, 改进液压缸支承梁的加工工艺无法解决拉缸问题。
3.2 通过改进装箱工艺来消除拉缸
公司目前的装箱工艺流程是行车起吊货箱→货箱流转到底盘上空→行车下行, 货箱下落到底盘上→松开吊具, 行车上行→焊接后翻转支座→行车拉升货箱前部, 使货箱升起, 绕后翻转支座旋转约25°→顶起液压缸, 使缸的活塞杆与液压缸上支座配对→穿连接销→行车下行, 落下货箱→装箱完成。
采用这种工艺方案 (称为方案一) 装箱速度很快, 焊接量很少, 操作也很简便, 但是因为液压缸未达到最大伸长, 无法有效识别液压缸支撑梁的平面度公差, 导致不满足公差的支撑梁也被放过, 带来了液压缸的拉缸隐患。
而韩国、日本公司的装箱流程为行车起吊货箱置于工装上→工装倾斜, 使货箱旋转到最大举升角→移动工装到底盘→穿后翻转支座销轴→顶起液压缸, 使缸达到最大伸长→将缸的活塞杆端部与液压缸上支座配对→上支座与货箱底板配对→焊接上支座→工装松开, 移走→装箱完成。也就是在装箱时将货箱抬高到最大举升角度, 液压缸也最大自由伸长, 这种方式虽然较为麻烦, 但保证了液压缸的轴线位置与运动方向一致, 不会别劲作业, 从而减少了拉缸的风险。
公司参照韩国、日本的装箱形式, 修改了工艺方案, 调整了工艺流程, 将原来预焊接在货箱底板上的液压缸上支座改为现场实配 (称为方案二) , 并试制10台中顶举后翻的双缸自卸车来检验这种装箱形式的效果与实用性, 如图7。
从2009年2月开始试制, 试制后的车辆记录下底盘号, 并对这些车辆
辅助时间
工艺装备
方案一4
2.焊机
进行跟踪。根据市场反馈的信息, 截止到现在, 这些车辆使用良好, 未出现拉缸故障。
但是, 这种装箱形式的效率较低, 上支座现场焊接工作量很大, 焊缝走向复杂, 全长约1 m, 并且焊接形式为仰焊, 焊缝成型困难, 焊接速度慢。根据实测, 焊接时间达15 min, 装箱总时间30 min, 极大地影响了装箱效率。同时, 在底盘上作业需要制作专用的工装, 以保证装箱过程中的人员安全, 减少焊接作业对底盘电气、液压缸外壁等的破坏, 减少辅助作业时间, 提高装箱效率, 提升产能。
因为这种形式的装箱可以很好地满足液压缸受力的两个条件, 即可以保证在安装液压缸时缸的轴线位置与运动方向一致及使液压缸承受的负载通过缸轴线, 这样就可以消除拉缸问题。
所以, 虽然在装箱效率上这种装箱形式表现得不尽如人意, 但公司已经开始设计制作相应的工装, 来减少这种装箱形式中的无效时间, 进而提高生产效率。同时计划对这种装箱形式进行批试, 继续跟踪市场反馈, 逐步实现装箱形式的转变。
4 方案对比
方案一与方案二的工艺倾向 (表1) 不同, 各有优缺点, 所以公司目前这两种装箱工艺同时在使用。
采用方案一, 装箱速度很快, 仅一个工位即可以达到日产30台自卸车, 只要多配置几个工位, 产能就可以线性地叠加;但是却无法保证装箱结束后液压缸活塞杆在上支座销轴上处于居中位置, 只能通过专业人员的后期调整来实现, 增加了人员配备、工序内容, 不利于质量提高。
采用方案二, 虽然装箱的速度较慢, 行车的占用时间较长, 但通过工艺改进、结构优化、工装制作等方面可以提升装箱速度, 进而提高产能。同时, 由于在装箱过程中即可保证液压缸活塞杆在上支座销轴上处于居中位置, 因而能够提高产品质量, 并减少工序和人员配备。
5 结束语
双缸自卸车优点为车厢底板与主车架上平面的闭合高度较小, 这样整车的高度就可以降低, 同时也降低了制造成本, 并且双液压缸的结构使单个液压缸的受力更小, 载重都得到了保证。虽然液压缸拉缸问题在市场上一直存在, 但通过改进产品结构、实行新的装箱工艺, 可以让拉缸问题大幅下降, 让双缸自卸车的性能发挥得更出色。
方案优缺点
优点:装箱速度快, 操作简便
缺点:装箱作业过程中难保证液压缸活塞杆居中, 需要专业人员再次调整优点:可以保证液压缸活塞杆居中
缺点:
1.操作费时, 并且焊接破坏油漆, 需要补漆