液壓缸低速爬行的主要原因及解決方法

摘要：液壓缸作為液壓系統(tǒng)中重要的執(zhí)行元件，其性能的好壞直接影響液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是性能要求高的主機(jī)，液壓缸的低速穩(wěn)定性對(duì)液壓系統(tǒng)至關(guān)重要，本文從液壓缸低速爬行的現(xiàn)象、產(chǎn)生原因及解決方法作出相應(yīng)闡述。關(guān)鍵詞：液壓缸低速穩(wěn)定性一、 液壓缸低速爬行的現(xiàn)象液壓缸的活塞桿在油壓的作用下伸出或縮回時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)速度不均勻現(xiàn)象，并有時(shí)伴有振動(dòng)和異響，從而引起整個(gè)液壓系統(tǒng)的振動(dòng)，并帶動(dòng)主機(jī)其它部件振動(dòng)，在主機(jī)調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)，有時(shí)速度快了，這種現(xiàn)象會(huì)減輕。除因液壓系統(tǒng)管路引起這種現(xiàn)象以外，液壓缸自身產(chǎn)生的振動(dòng)也經(jīng)常引發(fā)此類現(xiàn)象。二、 原因分析液壓缸附圖：液壓缸低速爬行的主要原因可從以下方面分析（參考液壓缸附圖）：1、 液壓缸有桿腔和無桿腔存有氣體而產(chǎn)生的低速爬行，由于氣體混在液壓油中，在壓力的作用下，體積變化，在高壓作用下甚至發(fā)生氣體瞬間爆炸，從而引起液壓缸的速度不穩(wěn)定。2、 液壓缸設(shè)計(jì)間隙不當(dāng)產(chǎn)生的低速爬行，液壓缸內(nèi)部活塞和缸體、活塞桿和導(dǎo)向套之間的滑動(dòng)配合間隙太大，引起滑動(dòng)面的受壓不均勻，造成摩擦力不均勻，引起液壓缸低速爬行；滑動(dòng)配合間隙若太小，加上零部件制造存在公差，也會(huì)引起滑動(dòng)面的受壓不均勻，造成摩擦力不均勻，引起液壓缸低速爬行。3、 液壓缸內(nèi)導(dǎo)向元件摩擦力不均勻產(chǎn)生的低速爬行，液壓缸常用的導(dǎo)向材料有QT500.7、ZQAL9—4、非金屬支撐環(huán)等，特別是非金屬支撐環(huán)尺寸不均勻，一些非金屬支撐環(huán)隨油溫變化尺寸增大或減小，即在油液中尺寸穩(wěn)定性差直接造成配合間隙的變化，很容易造成液壓缸的速度不穩(wěn)定。4、 密封件材質(zhì)問題引起的液壓缸低速爬行，液壓缸常用的密封材料有丁晴橡膠、聚胺酯橡膠、聚四氟乙烯等，由于材質(zhì)硬度、強(qiáng)度、跟隨性問題，直接影響其和滑動(dòng)表面的摩擦力，另外對(duì)于唇口密封，油壓的波動(dòng)造成密封區(qū)與接觸面的接觸壓力產(chǎn)生變化，從而引起液壓缸速度的變化。5、 零部件加工精度的影響，液壓缸缸體內(nèi)壁和活塞桿表面加工精度的高低，對(duì)液壓缸的低速穩(wěn)定性影響很大。特別是幾何精度影響更大，其中直線度是關(guān)鍵，在加工過程中直線度的保證最難做到，對(duì)行程較長的液壓缸來說，液壓缸缸體內(nèi)壁和活塞桿表面的直線度是影響液壓缸低速穩(wěn)定性的主要因素。三、 解決辦法1、 液壓缸有桿腔和無桿腔存有氣體而產(chǎn)生的低速爬行，可通過反復(fù)運(yùn)行液壓缸達(dá)到排氣的目的，必要時(shí)在管路或液壓缸的兩腔設(shè)置排氣裝置，在液壓系統(tǒng)工作時(shí)進(jìn)行排氣。2、 液壓缸設(shè)計(jì)間隙不當(dāng)產(chǎn)生的低速爬行，可正確設(shè)計(jì)液壓缸內(nèi)部活塞和缸體、活塞桿和導(dǎo)向套之間的滑動(dòng)配合間隙，理論上的配合間隙為H9/N或H9/f8，也有H8/f8的；根據(jù)本作者的經(jīng)驗(yàn)，液壓缸的缸徑和桿徑由小到大，如都按此來設(shè)計(jì)配合間隙，對(duì)于較大缸徑（N200mm）和桿徑（N140mm）的配合間隙就顯得間隙過大，實(shí)際應(yīng)過程中，這類液壓缸的低速爬行現(xiàn)象較小缸徑的液壓缸出現(xiàn)的多，國外此類液壓缸滑動(dòng)面的配合間隙一般設(shè)計(jì)為0.05mms0.15mm，從實(shí)際比較的結(jié)果來看，液壓缸的低速爬行問題明顯改善。因此對(duì)大缸徑的液壓缸建議選用這種方法。3、 液壓缸內(nèi)導(dǎo)向元件摩擦力不均勻產(chǎn)生的低速爬行，建議優(yōu)先采用金屬作為導(dǎo)向支撐，如QT500—7、ZQAL9—4等，如采用非金屬支撐環(huán)，建議選用在油液中尺寸穩(wěn)定性好的非金屬支撐環(huán)，特別是熱膨脹系數(shù)應(yīng)小，另外對(duì)支撐環(huán)的厚度，必須嚴(yán)格控制尺寸公差和厚度的均勻性。4、 對(duì)于密封件材質(zhì)問題引起的液壓缸低速爬行，建議在工況允許的條件下，優(yōu)先采用以聚四氟乙烯作為密封的組合密封圈，如常用的格萊圈、斯特封等等；如選唇口密封，建議材料優(yōu)選丁晴橡膠或類似材料的密封件，其跟隨性較好5、 零部件加工精度的影響問題，在液壓缸的制造過程中應(yīng)嚴(yán)格控制缸體內(nèi)壁和活塞桿表面加工精度，特別是幾何精度，尤其直線度是關(guān)鍵，在國內(nèi)加工工藝中，活塞桿表面的加工基本上是車后磨削，保證直線度問題不大，但對(duì)于缸體內(nèi)壁的加工，其加工方法很多，有鏜削一滾壓、鏜削一珩磨、直接珩磨等，但由于國內(nèi)材料的基礎(chǔ)水平較國外有差距，管材坯料直線度差，壁厚不均勻、硬度不均勻等因素，往往直接影響缸體內(nèi)壁加工后的直線度，因此建議采用鏜削一滾壓、鏜削一珩磨工藝，如直接珩磨，則必須首先提高管材坯料的直線度。除上述方法外，液壓缸的缸體壁厚在允許的情況下，安全系數(shù)盡量選大一些，使缸體厚壁增加，特別是高壓工況下使用的油缸，以減小油壓下的缸體變形，變形后的缸體也會(huì)引起液壓缸低速爬行。引言爬行現(xiàn)象是液壓傳動(dòng)中經(jīng)常出現(xiàn)的不正常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，輕微的爬行使運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生目光不易覺察的振動(dòng)，顯著的爬行使運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生大距離的跳動(dòng)。爬行現(xiàn)象是很有害的，特別是在機(jī)床液壓系統(tǒng)中，若出現(xiàn)了爬行現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響工件表面的加工質(zhì)量（尺寸精度、定位精度和表面粗糙度），降低刀具的使用壽命，加速導(dǎo)軌的磨損甚至使機(jī)床不能正常工作，特別是不需要人工操作的數(shù)控機(jī)床，爬行現(xiàn)象還對(duì)輪廓精度有更大的影響。因此，消除爬行現(xiàn)象對(duì)于改善機(jī)床液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性和提高機(jī)床加工精度是非常重要的。1、爬行產(chǎn)生的機(jī)理：爬行的機(jī)理可用簡化的彈簧一物體模型來解釋。見圖1,在物體的右側(cè)作用一個(gè)恒力F=mgf,，通過一彈性繩索勻低速拖拽物體，彈簧的彈力為kx，當(dāng)彈簧的彈力kx小于物體的最大靜摩擦力mgf時(shí)，物體不動(dòng)；當(dāng)彈力kx大于物體的最大靜摩擦力時(shí)，物體開始運(yùn)動(dòng)，這時(shí)動(dòng)摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù)，摩擦力降低,kx>mgf。物體快速運(yùn)動(dòng)（向前沖），致使kx又小于mgf，物體停止運(yùn)動(dòng)；當(dāng)彈力kx大于物體的最大靜摩擦力時(shí)，物體又快速運(yùn)動(dòng)。如此循環(huán)，使物體產(chǎn)生跳躍式運(yùn)動(dòng)，這就是爬行現(xiàn)象。圖1彈簧一物體模型簡化，圖2產(chǎn)生爬行的原因及消除措施。對(duì)于機(jī)床的爬行，其故障現(xiàn)象各有不同：有有規(guī)律的爬行，也有無規(guī)律的爬行；有的爬行無規(guī)律且振幅大，有的爬行在極低的速度下才產(chǎn)生。產(chǎn)生這些不同爬行現(xiàn)象的原因各不相同，有些是機(jī)械方面的原因，有些是液壓方面的原因，有些主要是因油中進(jìn)入了空氣，有些是因潤滑不良。因此，機(jī)床設(shè)備的維修和操作人員必須不斷地總結(jié)歸納，及時(shí)查明產(chǎn)生爬行的原因才能予以排除。2.1驅(qū)動(dòng)剛性差的原因及消除措施：當(dāng)空氣進(jìn)入油液中后，一部分溶于壓力油液中，而其余部分就形成氣泡浮游在壓力油中。因?yàn)榭諝庥袎嚎s性，致使液壓油產(chǎn)生明顯的彈性,造成驅(qū)動(dòng)剛性差而引起爬行?？諝饣烊胍簤合到y(tǒng)中的主要原因是：在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件之間，需要有一定的配合間隙，空氣易從這些間隙混入；液壓管接頭松動(dòng)或密封不嚴(yán)，空氣由此進(jìn)入系統(tǒng)中；液壓元件的精度差，密封件性能不良而造成各種泄漏；吸油管設(shè)置不當(dāng)而吸入空氣等。為消除上述現(xiàn)象，應(yīng)采取以下措施：在制造和修配零件時(shí)，嚴(yán)格控制幾何形狀偏差、尺寸公差和配合間隙；緊固各管道連接處，防止泄漏；均勻緊固各結(jié)合面處的連接螺栓，密封墊應(yīng)均勻，不允許用多層紙墊；油箱中進(jìn)出油管應(yīng)保持一定的距離，也可增加隔板使之隔開；清除附著于濾油器上的臟物，應(yīng)采用容量足夠的濾油器；油箱要保證足夠油液，使之不低于油標(biāo)指示線；為了保證系統(tǒng)中各部分能經(jīng)常充滿油液，應(yīng)在泵出口處安裝單向閥，在回油路上設(shè)置背壓閥；改進(jìn)液壓系統(tǒng)，設(shè)法防止系統(tǒng)中出現(xiàn)局部真空，并設(shè)置必要的排氣塞或放氣閥等。2.2液壓元件間隙大2.2.1運(yùn)動(dòng)件低速運(yùn)動(dòng)引起的爬行：運(yùn)動(dòng)件低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，一旦發(fā)生干摩擦，阻力將增加，這時(shí)要求液壓泵提高壓力，但如果液壓泵間隙大而嚴(yán)重漏油，不能適應(yīng)執(zhí)行元件因阻力的變化而形成的壓力變化就會(huì)導(dǎo)致爬行產(chǎn)生。消除措施是修復(fù)或更換液壓泵內(nèi)的零件，保證裝配要求的間隙，以減少液壓泵的泄漏。2.2.2控制閥失靈引起的爬行：各種控制閥的阻尼孔及節(jié)流口被污物堵塞、閥芯移動(dòng)不靈活等會(huì)使壓力波動(dòng)大，造成推力或流量時(shí)大時(shí)小而產(chǎn)生爬行。消除措施是經(jīng)常保持油液清潔，定期更換，加強(qiáng)元件的維護(hù)保養(yǎng)，以防液壓油被污染。2.2.3元件磨損引起的爬行：由于閥類零件磨損使配合間隙增大，部分高壓油與低壓油互通，引起壓力不足。另外，液壓缸活塞與缸體內(nèi)孔配合間隙因磨損而增大，發(fā)生內(nèi)泄漏，使液壓缸兩腔壓差減小，以致推力減小，致使在低速時(shí)因摩擦力的變化而產(chǎn)生爬行。消除措施是認(rèn)真檢驗(yàn)配合間隙，研配或重做元件，保證配合間隙，并更換已損壞的密封件。2.3摩擦阻力變化2.3.1導(dǎo)軌精度低引起的爬行：機(jī)床導(dǎo)軌精度差導(dǎo)致局部金屬直接接觸，油膜被破壞出現(xiàn)干摩擦或半干摩擦，新機(jī)床或刮研導(dǎo)軌的機(jī)床由于修刮或配磨使金屬面接觸不良，導(dǎo)軌面上有銹斑，或多段導(dǎo)軌出現(xiàn)接頭不平，導(dǎo)軌油槽結(jié)構(gòu)形式不合理等，都易產(chǎn)生“爬行”。此外，當(dāng)導(dǎo)軌間隙的楔鐵或壓板調(diào)得太緊或彎曲也易造成爬行。消除措施是重新修復(fù)導(dǎo)軌，在修刮導(dǎo)軌前，應(yīng)校正機(jī)床安裝水平，若兩導(dǎo)軌面接觸不良，可在導(dǎo)軌接觸面上均勻地涂上一層薄薄的氧化鉻，手動(dòng)對(duì)研,以減少刮研點(diǎn)所引起的阻力，對(duì)研后必須清洗干凈，并加上一層潤滑油。安裝前要清除銹斑，重新調(diào)整導(dǎo)軌間隙的楔鐵或壓板、配刮，使運(yùn)動(dòng)件無阻滯現(xiàn)象。2.3.2液壓缸出現(xiàn)故障引起的爬行：液壓缸軸心線與導(dǎo)軌不平行，油缸缸體孔內(nèi)局部段銹蝕和拉傷，活塞桿局部或全長彎曲,缸筒內(nèi)圓被拉毛刮傷，活塞與活塞桿不同軸，油缸裝配及安裝精度差，活塞、活塞桿、缸體孔及缸蓋孔的同軸度差，缸筒精度達(dá)不到技術(shù)要求,活塞桿兩端油封調(diào)整過緊等因素都會(huì)引起爬行。消除措施是逐項(xiàng)檢驗(yàn)液壓缸的精度及損傷情況,并進(jìn)行修復(fù)或更新。液壓缸安裝精度應(yīng)符合技術(shù)要求。2.3.3潤滑油不良引起的爬行：潤滑不充分或潤滑油選用不當(dāng)，油溫變化、黏度有較大變化或黏度太小或太大等，都會(huì)引起爬行。應(yīng)調(diào)節(jié)潤滑油的壓力與流量，潤滑油的流量應(yīng)適當(dāng)，否則會(huì)使運(yùn)動(dòng)件上浮而影響加工精度，潤滑油壓力一般控制在2MPa?4MPa范圍內(nèi)。對(duì)潤滑油應(yīng)當(dāng)有所選擇，一般在中、低壓往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液壓系統(tǒng)中，采用E50=2?3的潤滑油；在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，因速度高而溫升快，故采用E50=3?3.5的潤滑油，在精密機(jī)床傳動(dòng)中，宜采用10號(hào)液壓油；如果移動(dòng)部件很重或速度很低，貝U可采用抗壓強(qiáng)度高的5號(hào)?7號(hào)導(dǎo)軌油，因?yàn)閷?dǎo)軌油中含有極性添加劑，增加了油性，使油分子能緊緊吸附在導(dǎo)軌面上，運(yùn)動(dòng)停止后油膜不會(huì)被擠破而保證流體潤滑狀態(tài)，使動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差極小，有利于消除爬行。2.4密封件故障密封件故障是引起液壓缸或液壓馬達(dá)爬行的重要因素之一。如受密封材質(zhì)和油溫等因素的影響，密封的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差大，金屬零件的密封表面粗糙度過大，接觸表面上不能充