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     意大利ATOS阿托斯油缸的緩沖裝置拆解分析和故障診斷

液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的、做直線往復運動（或擺動運動）的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。用它來實現(xiàn)往復運動時，可免去減速裝置，并且沒有傳動間隙，運動平穩(wěn)，因此在各種機械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比；液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。緩沖裝置與排氣裝置視具體應(yīng)用場合而定，其他裝置則。

液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件， 它是把液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝 置。液壓馬達實現(xiàn)的是連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，而液壓缸實現(xiàn)的則是往復運動。液壓缸的結(jié)構(gòu) 型式有活塞缸、柱塞缸、擺動缸三大類，活 塞缸和柱塞缸實現(xiàn)往復直線運動，輸出速度 和推力，擺動缸實現(xiàn)往復擺動，輸出角速度 （轉(zhuǎn)速） 和轉(zhuǎn)矩。液壓缸除了單個地使用 外，還可以兩個或多個地組合起來或和其他 機構(gòu)組合起來使用。以完成特殊的功用。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在機床的 液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

液壓缸的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，其分類方法也有多種：按運動方式可分為直線往復運動式和回轉(zhuǎn)擺動式；按受液壓力作用情況可分為單作用式、雙作用式；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、多級伸縮套筒式，齒輪齒條式等；按安裝形式可分為拉桿、耳環(huán)、底腳、鉸軸等；按壓力等級可分為16Mpa、25Mpa、31.5Mpa等。

活塞式

單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。如圖1所示是一種單活塞液壓缸。其兩端進出口油口A和B都可通壓力油或回油，以實現(xiàn)雙向運動，故稱為雙作用缸。

活塞僅能單向運動，其反方向運動需由外力來完成。但其行程一般較活塞式液壓缸大。

活塞式液壓缸可分為單桿式和雙桿式兩種結(jié)構(gòu)，其固定方式由缸體固定和活塞桿固定兩種，按液壓力的作用情況有單作用式和雙作用式。在單作用式液壓缸中，壓力油只供液壓缸的一腔，靠液壓力使缸實現(xiàn)單方向運動，反方向運動則靠外力（如彈簧力、自重或外部載荷等）來實現(xiàn)；而雙作用液壓缸活塞兩個方向的運動則通過兩腔交替進油，靠液壓力的作用來完成。

如圖2所示為單桿雙作用活塞式液壓缸示意圖。它只在活塞的一側(cè)設(shè)有活塞桿，因而兩腔的有效作用面積不同。在供油量相同時，不同腔進油，活塞的運動速度不同；在需克服的負載力相同時，不同腔進油，所需要的供油壓力不同，或者說在系統(tǒng)壓力調(diào)定后，環(huán)衛(wèi)垃圾車液壓缸兩個方向運動所能克服的負載力不同。

柱塞式

（1）柱塞式液壓缸是一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實現(xiàn)一個方向的運動，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與缸套接觸，這樣缸套極易加工，故適于做長行程液壓缸；

（3）工作時柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度；

（4）柱塞重量往往較大，水平放置時 容易因自重而下垂，造成密封件和導向單邊磨損，故其垂直使用更有利。

伸縮式

伸縮式液壓缸具有二級或多級活塞，伸縮式液壓缸中活塞伸出的順序式從大到小，而空載縮回的順序則一般是從小到大。伸縮缸可實現(xiàn)較長的行程，而縮回時長度較短，結(jié)構(gòu)較為緊湊。此種液壓缸常用于工程機械和農(nóng)業(yè)機械上。有多個一次運動的活塞，各活塞逐次運動時，其輸出速度和輸出力均是變化的。

擺動式

擺動式液壓缸是輸出扭矩并實現(xiàn)往復運動的執(zhí)行元件，有單葉片、雙葉片、螺旋擺動等幾種形式。葉片式式：定子塊固定在缸體上，而葉片和轉(zhuǎn)子連接在一起。根據(jù)進油方向，葉片將帶動轉(zhuǎn)子作往復擺動。螺旋擺動式又分單螺旋擺動和雙螺旋兩種，現(xiàn)在雙螺旋比較常用，靠兩個螺旋副降液壓缸內(nèi)活塞的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動與自轉(zhuǎn)運動的復合運動，從而實現(xiàn)擺動運動。

在液壓系統(tǒng)中使用液壓缸驅(qū)動具有一定質(zhì)量的機構(gòu)，當液壓缸運動至行程終點時具有較大動能，如未作減速處理，液壓缸活塞與缸蓋將發(fā)生機械碰撞，產(chǎn)生沖擊、噪聲，有破壞性。為緩和及防止這種危害發(fā)生，因此可在液壓回路中設(shè)置減速裝置或在缸體內(nèi)設(shè)緩沖裝置。

缸筒作為液壓缸、礦用單體支柱、液壓支架、炮管等產(chǎn)品的主要部件，其加工質(zhì)量的好壞直接影響整個產(chǎn)品的壽命和可靠性。缸筒加工要求高，其內(nèi)表面粗糙度要求為Ra0.4～0.8&um，對同軸度、耐磨性要求嚴格。缸筒的基本特征是深孔加工，其加工一直困擾加工人員。

采用滾壓加工，由于表面層留有表面殘余壓應(yīng)力，有助于表面微小裂紋的封閉，阻礙侵蝕作用的擴展。從而提高表面抗腐蝕能力，并能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生或擴大，因而提高缸筒疲勞強度。通過滾壓成型，滾壓表面形成一層冷作硬化層，減少了磨削副接觸表面的彈性和塑性變形，從而提高了缸筒內(nèi)壁的耐磨性，同時避免了因磨削引起的燒傷。滾壓后，表面粗糙度值的減小，可提高配合性質(zhì)。

ATOS油缸是工程機械最主要部件，傳統(tǒng)的加工方法是：拉削缸體——精鏜缸體——磨削缸體。采用滾壓方法是：拉削缸體——精鏜缸體——滾壓缸體，工序是3部分，但時間上對比：磨削缸體1米大概在1-2天的時間，滾壓缸體1米大概在10-30分鐘的時間。投入對比：磨床或絎磨機（幾萬——幾百萬），滾壓刀（1仟——幾萬）。滾壓后，孔表面粗糙度由幢滾前Ra3.2～6.3um減小為Ra0.4～0.8&um，孔的表面硬度提高約30%，缸筒內(nèi)表面疲勞強度提高25%。ATOS油缸使用壽命若只考慮缸筒影響，提高2～3倍，鏜削滾壓工藝較磨削工藝效率提高3倍左右。以上數(shù)據(jù)說明，滾壓工藝是高效的，能大大提高缸筒的表面質(zhì)量。

ATOS油缸經(jīng)過滾壓后，表面沒有鋒利的微小刃口，長時間的運動摩擦也不會損傷密封圈或密封件，這點在液壓行業(yè)特別重要。

液壓缸是液壓系統(tǒng)中將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的執(zhí)行元件。其故障可基本歸納為液壓缸誤動作、無力推動負載以及活塞滑移或爬行等。由于液壓缸出現(xiàn)故障而導致設(shè)備停機的現(xiàn)象屢見不鮮，因此，應(yīng)重視液壓缸的故障診斷與使用維護工作。

一、故障診斷及處理

1、誤動作或動作失靈

原因和處理方法有以下幾種：

（1）閥芯卡住或閥孔堵塞。當流量閥或方向閥閥芯卡住或閥孔堵塞時，液壓缸易發(fā)生誤動作或動作失靈。此時應(yīng)檢查油液的污染情況；檢查臟物或膠質(zhì)沉淀物是否卡住閥芯或堵塞閥孔；檢查閥體的磨損情況，清洗、更換系統(tǒng)過濾器，清洗油箱，更換液壓介質(zhì)。

（2）活塞桿與缸筒卡住或液壓缸堵塞。此時無論如何操縱，液壓缸都不動作或動作甚微。這時應(yīng)檢查活塞及活塞桿密封是否太緊，是否進入臟物及膠質(zhì)沉淀物：活塞桿與缸筒的軸心線是否對中，易損件和密封件是否失效，所帶負荷是否太大。

（3）液壓系統(tǒng)控制壓力太低?？刂乒苈分泄?jié)流阻力可能過大，流量閥調(diào)節(jié)不當，控制壓力不合適，壓力源受到干擾。此時應(yīng)檢查控制壓力源，保證壓力調(diào)節(jié)到系統(tǒng)的規(guī)定值。

（4）液壓系統(tǒng)中進入空氣。主要是因為系統(tǒng)中有泄漏發(fā)生。此時應(yīng)檢查液壓油箱的液位，液壓泵吸油側(cè)的密封件和管接頭，吸油粗濾器是否太臟。若如此，應(yīng)補充液壓油，處理密封及管接頭，清洗或更換粗濾芯。

（5）液壓缸初始動作緩慢。在溫度較低的情況下，液壓油黏度大，流動性差，導致液壓缸動作緩慢。改善方法是，更換黏溫性能較好的液壓油，在低溫下可借助加熱器或用機器自身加熱以提升啟動時的油溫，系統(tǒng)正常工作油溫應(yīng)保持在40℃左右。

2、工作時不能驅(qū)動負載

主要表現(xiàn)為活塞桿停位不準、推力不足、速度下降、工作不穩(wěn)定等,其原因是：

（1）液壓缸內(nèi)部泄漏。液壓缸內(nèi)部泄漏包括液壓缸體密封、活塞桿與密封蓋密封及活塞密封均磨損過量等引起的泄漏。

活塞桿與密封蓋密封泄漏的原因是，密封件折皺、擠壓、撕裂、磨損、老化、變質(zhì)、變形等，此時應(yīng)更換新的密封件。

活塞密封過量磨損的主要原因是速度控制閥調(diào)節(jié)不當，造成過高的背壓以及密封件安裝不當或液壓油污染。其次是裝配時有異物進入及密封材料質(zhì)量不好。其后果是動作緩慢、無力，嚴重時還會造成活塞及缸筒的損壞，出現(xiàn)“拉缸"現(xiàn)象。處理方法是調(diào)整速度控制閥，對照安裝說明應(yīng)做必要的操作和改進。

（2）液壓回路泄漏。包括閥及液壓管路的泄漏。檢修方法是通過操縱換向閥檢查并消除液壓連接管路的泄漏。

（3）液壓油經(jīng)溢流閥旁通回油箱。若溢流閥進入臟物卡住閥芯，使溢流閥常開，液壓油會經(jīng)溢流閥旁通直接流回油箱，導致液壓缸沒油進入。若負載過大，溢流閥的調(diào)節(jié)壓力雖已達到最大額定值，但液壓缸仍得不到連續(xù)動作所需的推力而不動作。若調(diào)節(jié)壓力較低，則因壓力不足達不到仍載所需的椎力，表現(xiàn)為推力不夠。此時應(yīng)檢查并調(diào)整溢流閥。

3、活塞滑移或爬行

液壓缸活塞滑移或爬行將使液壓缸工作不穩(wěn)定。主要原因如下：

（1）液壓缸內(nèi)部澀滯。液壓缸內(nèi)部零件裝配不當、零件變形、磨損或形位公差超限，動作阻力過大，使液壓缸活塞速度隨著行程位置的不同而變化，出現(xiàn)滑移或爬行。原因大多是由于零件裝配質(zhì)量差，表面有傷痕或燒結(jié)產(chǎn)生的鐵屑，使阻力增大，速度下降。例如：活塞與活塞桿不同心或活塞桿彎曲，液壓缸或活塞桿對導軌安裝位置偏移，密封環(huán)裝得過緊或過松等。解決方法是重新修理或調(diào)整，更換損傷的零件及清除鐵屑。

（2）潤滑不良或液壓缸孔徑加工超差。因為活塞與缸筒、導軌與活塞桿等均有相對運動，如果潤滑不良或液壓缸孔徑超差，就會加劇磨損，使缸筒中心線直線性降低。這樣，活塞在液壓缸內(nèi)工作時，摩擦阻力會時大時小，產(chǎn)生滑移或爬行。排除辦法是先修磨液壓缸，再按配合要求配制活塞，修磨活塞桿，配置導向套。

（3）液壓泵或液壓缸進入空氣?？諝鈮嚎s或膨脹會造成活塞滑移或爬行。排除措施是檢查液壓泵，設(shè)置專門的排氣裝置，快速操作全行程往返數(shù)次排氣。

（4）密封件質(zhì)量與滑移或爬行有直接關(guān)系。O形密封圈在低壓下使用時，與U形密封圈比較，由于面壓較高、動靜摩擦阻力之差較大，容易產(chǎn)生滑移或爬行；U型密封圈的面壓隨著壓力的提高而增大，雖然密封效果也相應(yīng)提高，但動靜摩擦阻力之差也變大，內(nèi)壓增加，影響橡膠彈性，由于唇緣的接觸阻力增大，密封圈將會傾翻及唇緣伸長，也容易引起滑移或爬行，為防止其傾翻可采用支承環(huán)保持其穩(wěn)定。

4.液壓缸缸體內(nèi)孔表面劃傷的不良后果及快速修復方法

① 劃傷溝槽擠出的材料屑沫會嵌入密封件，運行時在損壞密封件工作部位的同時，可能造成新的劃傷區(qū)域痕路。

② 惡化缸筒內(nèi)壁的表面粗糙度，增大摩擦力，易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

③ 加重液壓缸的內(nèi)泄漏，使液壓缸工作效率降低。引起缸體內(nèi)孔表面劃傷的主要原因如下。

（1）裝配液壓缸時造成的傷痕

① 裝配時混入異物造成傷痕液壓缸在總組裝前，所有零件必須充分去除毛刺并洗凈， 零件上帶有毛刺或臟物進行安裝時，由于"別勁"及零件自重，異物易嵌進缸壁表面，造成傷痕。

② 安裝零件中發(fā)生的傷痕液壓缸安裝時，活塞及缸蓋等零件質(zhì)量大、尺寸大、慣性大，即使有起重設(shè)備輔助安裝，由于規(guī)定配合間隙都較小，無論怎樣均會別勁投入，因此， 活塞的端部或缸蓋凸臺在磕碰缸壁內(nèi)表面時，極易造成傷痕。解決此問題的方法：對于數(shù)量多，上批量的小型產(chǎn)品，安裝時采用裝配導向工具；對重、粗、大的大、中型液壓缸， 只有細致、謹慎操作才能竭力避免。

③測量儀器觸頭造成的傷痕通常采用內(nèi)徑千分表測量缸體內(nèi)徑時，測量觸頭是邊摩擦邊插入缸體內(nèi)孔壁中的，測量觸頭多為高硬度的耐磨硬質(zhì)合金制成。一般地說，測量時造成深度不大的細長形劃傷是輕微的，不影響運行精度，但如果測量桿頭尺寸調(diào)節(jié)不當，測量觸頭硬行嵌入，會造成較為重度的傷痕。解決此問題的對策，首先是測量出調(diào)節(jié)好的測量頭的長短度，此外，用一張只在測量位置上開孔的紙帶，貼在缸壁內(nèi)表面，即不會產(chǎn)生上述形狀劃痕。測量造成的輕微劃痕，一般用舊砂布的反面或馬糞紙即可擦去。

（2）不嚴重的運行磨損痕跡

① 活塞滑動表面的傷痕轉(zhuǎn)移活塞安裝之前，其滑動表面上帶有傷痕，未加處理，原封不動地進行安裝，這些傷痕將反過來使缸壁內(nèi)表面劃傷。因此，安裝前，對這些傷痕必須做充分的修整。

② 活塞滑動表面面壓過大造成的燒結(jié)現(xiàn)象因活塞桿自重作用使活塞傾斜，出現(xiàn)別勁現(xiàn)象，或者由于橫向載荷等的作用，使活塞滑動表面的壓力上升，將引起燒結(jié)現(xiàn)象。在液壓缸設(shè)計時必須研究它的工作條件，對于活塞和襯套的長度以及間隙等尺寸必須加以充分注意。

③ 缸體內(nèi)表面所鍍硬鉻層發(fā)生剝離一般認為，電鍍硬鉻層發(fā)生剝離的原因如下。

a.電鍍層黏結(jié)不好。電鍍層黏結(jié)不好的主要原因是：電鍍前，零件的除油脫脂處理不充分；零件表面活化處理不*，氧化膜層未去除掉。

b.硬輅層磨損。電鍍硬鉻層的磨損，多數(shù)是由于活塞的摩擦鐵粉的研磨作用造成的， 中間夾有水分時，磨損更快。因金屬的接觸電位差造成的腐蝕，只發(fā)生在活塞接觸到的部位，而且腐蝕是成點狀發(fā)生的。與上述相同，中間夾有水分時，會促使腐蝕的發(fā)展。與鑄件相比，銅合金的接觸電位差要高，因此銅合金的腐蝕程度較嚴重。

c.因接觸電位差形成的腐蝕。接觸電位差腐蝕，對于長時間運轉(zhuǎn)的液壓缸來說，不易發(fā)生；對于長期停止不用的液壓缸來講是常見的故障。

④ 活塞環(huán)的損壞活塞環(huán)在運行中發(fā)生破損，其碎片夾在活塞的滑動部分，造成劃傷。

⑤ 活塞滑動部分的材料燒結(jié)鑄造活塞，在承受大的橫向載荷時將引起燒結(jié)現(xiàn)象。此種情況下，活塞的滑動部分應(yīng)使用銅合金或者將此類材料焊接上去。

（3）缸體內(nèi)有異物混入

液壓缸的故障當中，最成問題的是，不好判斷異物是在什么時候進到液壓缸里的。有異物進入后，活塞滑動表面的外側(cè)如裝有帶唇緣的密封件，那么，工作時密封件的唇緣即可刮動異物，這對于避免劃傷是有利的。但是裝0形密封圈的活塞，其兩端是滑動表面，異物夾在此滑動表面之間，容易形成傷痕。

異物進入缸內(nèi)的途徑有下列幾種。

① 進入缸內(nèi)的異物

a.由于保管時不注意使油口敞開著，將產(chǎn)生時刻接受異物的條件，這是絕對不允許的。保管時必須注入防銹油或者工作油液，并且塞好。

b.缸體安裝時進入異物。進行安裝操作的場所，條件不好，無意識中即可進入異物。因此安裝地點周圍必須整理干凈，尤其是安放零件的地方一定要清掃干凈，不使其存在臟物。

c.零件上有"毛刺"，或擦洗不充分。缸蓋上的油口或緩沖裝置內(nèi)常有鉆孔加工時留下的毛刺，應(yīng)加以注意，在砂研去除后再行安裝。

② 運行中產(chǎn)生的異物

a.由于緩沖柱塞別勁而形成的摩擦鐵粉或鐵屑。緩沖裝置的配合間隙很小，活塞桿上所受橫向載荷很大時，可能引起燒結(jié)現(xiàn)象。這些摩擦鐵粉或者因燒結(jié)而產(chǎn)生的已脫落掉的金屬碎片將留在缸內(nèi)。

b.缸壁內(nèi)表面的傷痕。活塞的滑動表面壓力高，引起燒結(jié)現(xiàn)象，于是缸體內(nèi)表面發(fā)生擠裂，被擠裂的金屬脫落，留在缸內(nèi)，會造成傷痕。

③ 從管路進入的異物，有多種情況。

a.清洗時不注意。管路安裝好以后進行清洗時，不應(yīng)通過缸體，必須在缸體的油口前邊加裝旁通管路。這一點很重要。否則，管路中的異物將進入缸內(nèi)，一旦進入，即難以向外排除，反而變成向缸體內(nèi)輸送異物了。再者，清洗時要考慮安裝管路操作中所進異物的取出方法。此外，對管內(nèi)的腐蝕等在管路安裝之前即應(yīng)進行酸洗等手續(xù)，必須*去掉銹蝕。

b.管子加工時形成的切屑。管子在定尺加工之后，在做兩端去毛刺操作時，不應(yīng)有遺留。再者，在做焊接管路操作的場地附近放置鋼管，是造成焊接異物混進的原因。在焊接操作地點附近放置的管子，管口都要封住。還必須注意的是，管件材料應(yīng)在無塵土的工作臺上備置齊全。

c.密封帶進入缸內(nèi)。作為簡便的密封材料，在安裝和檢驗中經(jīng)常采用聚四氟乙烯塑料密封帶，線形、帶形密封材料的纏繞方法如果不對，密封帶將被切斷，隨著進入缸內(nèi)。線帶形密封件對滑動部分的繞接不會造成什么影響，但是會引起缸的單向閥動作不靈或造成緩沖調(diào)節(jié)閥不能調(diào)到底；對回路來說，可能引起換向閥、溢流閥和減壓閥的動作失靈。

傳統(tǒng)的修復方法是將損壞的部件進行拆卸后的外協(xié)修復，或是進行刷鍍或是進行表面的整體刮研，修復周期液壓缸缸體劃傷修復長，修復費用高。

修復工藝：

1、用氧-乙炔火焰烤劃傷部位（掌握溫度，避免表面退火），將常年滲金屬表面的油烤出來，烤到?jīng)]有火花四濺。

2、將劃傷部位用角磨機表面處理，打磨深度1毫米以上，并沿導軌打磨出溝槽，最好是燕尾槽。劃傷兩端鉆孔加深，改變受力情況。

3、用脫脂棉蘸丙酮或無水乙醇將表面清洗干凈。

4、金屬修復材料涂抹到劃傷表面；第一層要薄，要均勻且全部覆蓋劃傷面，以確保材料與金屬表面粘接，再將材料涂至整個修復部位后反復按壓，確保材料填實并達到所需厚度，使之比導軌表面略高。

5、材料在24℃下*達到各項性能需要24小時，為了節(jié)省時間，可以通過鹵鎢燈提高溫度，溫度每提升11℃，固化時間就會縮短一半，最佳固化溫度70℃。

6、材料固化后，用細磨石或刮刀，將高出導軌表面的材料修復平整，施工完畢。