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液壓缸
概述
液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。用它來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒(méi)有傳動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在各種機(jī)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(chǎng)合而定，其他裝置則必不可少。
工作原理
液壓缸的差動(dòng)原理，就是兩端同時(shí)接供管路，一端由于活塞桿作用面積要小于另一端，利用差動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)單桿活塞缸兩腔同時(shí)通入壓力油時(shí)，由于無(wú)桿腔有效作用面積大于有桿腔的有效作用面積，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右運(yùn)動(dòng)，活塞桿向外伸出；與此同時(shí)，又將有桿腔的油液擠出，使其流進(jìn)無(wú)桿腔，從而加快了活塞桿的伸出速度，單活塞桿液壓缸的這種連接方式被稱(chēng)為差動(dòng)連接。差動(dòng)連接時(shí),液壓缸的有效作用面積是活塞桿的橫截面積，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度比無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)的速度大，而輸出力則減小。
應(yīng)用
液壓缸就是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如挖掘機(jī)的動(dòng)作執(zhí)行部分；將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，如液壓泵。這兩個(gè)往往是同時(shí)存在的。如挖掘機(jī)上液壓泵的液壓缸（柱塞泵缸體）將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，提供給動(dòng)作執(zhí)行的液壓缸。但液壓泵不一定使用液壓缸，可以用擺線泵、齒輪泵等（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這些泵也有液壓缸）。其他的栗子：一些需要提供很大力且要精確控制位置的，如液壓機(jī)。或高扭矩低轉(zhuǎn)速的大型農(nóng)用機(jī)械，需要用到液壓馬達(dá)（如柱塞泵，可以通過(guò)控制流量達(dá)到無(wú)極調(diào)速）。
分類(lèi)
1、活塞式
單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。其兩端進(jìn)出口油口A和B都可通壓力油或回油，以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，故稱(chēng)為雙作用缸。
活塞僅能單向運(yùn)動(dòng)，其反方向運(yùn)動(dòng)需由外力來(lái)完成。但其行程一般較活塞式液壓缸大。
2、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(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)行程液壓缸；
（3）工作時(shí)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(shí) 容易因自重而下垂，造成密封件和導(dǎo)向單邊磨損，故其垂直使用更有利。
3、伸縮式
伸縮式液壓缸具有二級(jí)或多級(jí)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(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的行程，而縮回時(shí)長(zhǎng)度較短，結(jié)構(gòu)較為緊湊。此種液壓缸常用于工程機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械上。有多個(gè)一次運(yùn)動(dòng)的活塞，各活塞逐次運(yùn)動(dòng)時(shí)，其輸出速度和輸出力均是變化的。
4、擺動(dòng)式
擺動(dòng)式液壓缸是輸出扭矩并實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，有單葉片、雙葉片、螺旋擺動(dòng)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(jìn)油方向，葉片將帶動(dòng)轉(zhuǎn)子作往復(fù)擺動(dòng)。螺旋擺動(dòng)式又分單螺旋擺動(dòng)和雙螺旋兩種，現(xiàn)在雙螺旋比較常用，靠?jī)蓚€(gè)螺旋副降液壓缸內(nèi)活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)與自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
選型指南
第一，考慮到物體重量不是很大，所以壓力可以采用6~10MPA 的中低壓力，這樣對(duì)于日后系統(tǒng)維護(hù)及安全操作等有相當(dāng)大的好處，我在連軋無(wú)縫管廠工作，我們廠的系統(tǒng)壓力有14及31MPA兩種，壓力高了相當(dāng)嚇人的。
第二，有了壓力就可以根據(jù)F=N（P*S）來(lái)求液壓缸的缸徑桿徑了，這里我默認(rèn)你的液壓缸無(wú)桿腔充油，物體被舉起，這樣就可以選擇了，并且液壓缸的缸桿螺紋是設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，至于其他可以往相應(yīng)的常用標(biāo)準(zhǔn)上靠，也可以讓油缸生產(chǎn)廠根據(jù)你的要求做。
第三，就要考慮3，4個(gè)液壓缸同步動(dòng)作時(shí)的同步問(wèn)題，這個(gè)可以考慮用同步馬達(dá)，同步率在4%~7%。
第四，由于是上下運(yùn)動(dòng)，要在回路上加裝平衡閥，這一點(diǎn)相當(dāng)重要。
維護(hù)保養(yǎng)
第一、油缸在使用過(guò)程中應(yīng)定期更換液壓油，清洗系統(tǒng)濾網(wǎng)，保證清潔度，延長(zhǎng)使用壽命。
第二、油缸在每次使用時(shí)，要進(jìn)行全伸全縮的試運(yùn)轉(zhuǎn)5個(gè)行程然后再帶載運(yùn)行。為什么這樣做呢？這樣做可以排盡系統(tǒng)中的空氣，預(yù)熱各系統(tǒng)，能夠有效地避免系統(tǒng)中存在空氣或水，在油缸缸體造成氣體焦燒現(xiàn)象，這樣會(huì)損害密封件，造成油缸內(nèi)泄等故障。
第三、控制好系統(tǒng)溫度，油溫過(guò)高會(huì)減少密封件的使用壽命，長(zhǎng)期油溫高使密封件發(fā)生永久變形，甚至完全失效。
第四、防護(hù)好活塞桿外表面，防止磕碰和劃傷對(duì)密封件的損傷，經(jīng)常清理油缸動(dòng)密封防塵圈部位和裸露的活塞桿上的泥沙，防止粘在活塞桿表面上的不易清理的污物進(jìn)入油缸內(nèi)部損傷活塞、缸筒或密封件。
第五、經(jīng)常檢查各螺紋、螺栓等連接部位，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)立即緊固好。
第六、經(jīng)常潤(rùn)滑聯(lián)接部位，防止無(wú)油狀態(tài)下銹蝕或非正常磨損。
注意事項(xiàng)
1、嚴(yán)格、謹(jǐn)慎安裝；
2、清洗設(shè)備存留的油灰及雜質(zhì)；
3、更換潤(rùn)滑油，完善設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)。
4、更換擋霄器，確保有效的清理導(dǎo)軌上的鐵屑。
故障排除
1、誤動(dòng)作或動(dòng)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(dāng)流量閥或方向閥閥芯卡住或閥孔堵塞時(shí)，液壓缸易發(fā)生誤動(dòng)作或動(dòng)作失靈。此時(shí)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(guò)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(shí)無(wú)論如何操縱，液壓缸都不動(dòng)作或動(dòng)作甚微。這時(shí)應(yīng)檢查活塞及活塞桿密封是否太緊，是否進(jìn)入臟物及膠質(zhì)沉淀物：活塞桿與缸筒的軸心線是否對(duì)中，易損件和密封件是否失效，所帶負(fù)荷是否太大。
(3)液壓系統(tǒng)控制壓力太低。控制管路中節(jié)流阻力可能過(guò)大，流量閥調(diào)節(jié)不當(dāng)，控制壓力不合適，壓力源受到干擾。此時(shí)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(jìn)入空氣。主要是因?yàn)橄到y(tǒng)中有泄漏發(fā)生。此時(shí)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(bǔ)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(dòng)作緩慢。在溫度較低的情況下，液壓油黏度大，流動(dòng)性差，導(dǎo)致液壓缸動(dòng)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(jī)器自身加熱以提升啟動(dòng)時(shí)的油溫，系統(tǒng)正常工作油溫應(yīng)保持在40℃左右。
2、工作時(shí)不能驅(qū)動(dòng)負(fù)載
主要表現(xiàn)為活塞桿停位不準(zhǔn)、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(guò)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(shí)應(yīng)更換新的密封件。
活塞密封過(guò)量磨損的主要原因是速度控制閥調(diào)節(jié)不當(dāng)，造成過(guò)高的背壓以及密封件安裝不當(dāng)或液壓油污染。其次是裝配時(shí)有異物進(jìn)入及密封材料質(zhì)量不好。其后果是動(dòng)作緩慢、無(wú)力，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)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(duì)照安裝說(shuō)明應(yīng)做必要的操作和改進(jìn)。
(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(guò)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(jìn)入臟物卡住閥芯，使溢流閥常開(kāi)，液壓油會(huì)經(jīng)溢流閥旁通直接流回油箱，導(dǎo)致液壓缸沒(méi)油進(jìn)入。若負(fù)載過(guò)大，溢流閥的調(diào)節(jié)壓力雖已達(dá)到最大額定值，但液壓缸仍得不到連續(xù)動(dòng)作所需的推力而不動(dòng)作。若調(diào)節(jié)壓力較低，則因壓力不足達(dá)不到仍載所需的椎力，表現(xiàn)為推力不夠。此時(shí)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(dāng)、零件變形、磨損或形位公差超限，動(dòng)作阻力過(guò)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(duì)導(dǎo)軌安裝位置偏移，密封環(huán)裝得過(guò)緊或過(guò)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(rùn)滑不良或液壓缸孔徑加工超差。因?yàn)榛钊c缸筒、導(dǎo)軌與活塞桿等均有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果潤(rùn)滑不良或液壓缸孔徑超差，就會(huì)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(shí)，摩擦阻力會(huì)時(shí)大時(shí)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(dǎo)向套。
(3)液壓泵或液壓缸進(jìn)入空氣。空氣壓縮或膨脹會(huì)造成活塞滑移或爬行。排除措施是檢查液壓泵，設(shè)置專(zhuān)門(mén)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(shí)，與U形密封圈比較，由于面壓較高、動(dòng)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(dòng)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(huì)傾翻及唇緣伸長(zhǎng)，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(fù)方法
① 劃傷溝槽擠出的材料屑沫會(huì)嵌入密封件，運(yùn)行時(shí)在損壞密封件工作部位的同時(shí)，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(shí)造成的傷痕
① 裝配時(shí)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(jìn)行安裝時(shí)，由于"別勁"及零件自重，異物易嵌進(jìn)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(shí)，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(wú)論怎樣均會(huì)別勁投入，因此， 活塞的端部或缸蓋凸臺(tái)在磕碰缸壁內(nèi)表面時(shí)，極易造成傷痕。解決此問(wèn)題的方法：對(duì)于數(shù)量多，上批量的小型產(chǎn)品，安裝時(shí)采用專(zhuān)制裝配導(dǎo)向工具；對(duì)重、粗、大的大、中型液壓缸， 只有細(xì)致、謹(jǐn)慎操作才能竭力避免。
③測(cè)量?jī)x器觸頭造成的傷痕通常采用內(nèi)徑千分表測(cè)量缸體內(nèi)徑時(shí)，測(cè)量觸頭是邊摩擦邊插入缸體內(nèi)孔壁中的，測(cè)量觸頭多為高硬度的耐磨硬質(zhì)合金制成。一般地說(shuō)，測(cè)量時(shí)造成深度不大的細(xì)長(zhǎng)形劃傷是輕微的，不影響運(yùn)行精度，但如果測(cè)量桿頭尺寸調(diào)節(jié)不當(dāng)，測(cè)量觸頭硬行嵌入，會(huì)造成較為重度的傷痕。解決此問(wèn)題的對(duì)策，首先是測(cè)量出調(diào)節(jié)好的測(cè)量頭的長(zhǎng)短度，此外，用一張只在測(cè)量位置上開(kāi)孔的紙帶，貼在缸壁內(nèi)表面，即不會(huì)產(chǎn)生上述形狀劃痕。測(cè)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(yán)重的運(yùn)行磨損痕跡
① 活塞滑動(dòng)表面的傷痕轉(zhuǎn)移活塞安裝之前，其滑動(dòng)表面上帶有傷痕，未加處理，原封不動(dòng)地進(jìn)行安裝，這些傷痕將反過(guò)來(lái)使缸壁內(nèi)表面劃傷。因此，安裝前，對(duì)這些傷痕必須做充分的修整。
② 活塞滑動(dòng)表面面壓過(guò)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(dòng)表面的壓力上升，將引起燒結(jié)現(xiàn)象。在液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)必須研究它的工作條件，對(duì)于活塞和襯套的長(zhǎng)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(rèn)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徹底，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(shí)，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(diǎn)狀發(fā)生的。與上述相同，中間夾有水分時(shí)，會(huì)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(yán)重。
c.因接觸電位差形成的腐蝕。接觸電位差腐蝕，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的液壓缸來(lái)說(shuō)，不易發(fā)生；對(duì)于長(zhǎng)期停止不用的液壓缸來(lái)講是常見(jiàn)的故障。
④ 活塞環(huán)的損壞活塞環(huán)在運(yùn)行中發(fā)生破損，其碎片夾在活塞的滑動(dòng)部分，造成劃傷。
⑤ 活塞滑動(dòng)部分的材料燒結(jié)鑄造活塞，在承受大的橫向載荷時(shí)將引起燒結(jié)現(xiàn)象。此種情況下，活塞的滑動(dòng)部分應(yīng)使用銅合金或者將此類(lèi)材料焊接上去。
（3）缸體內(nèi)有異物混入
液壓缸的故障當(dāng)中，最成問(wèn)題的是，不好判斷異物是在什么時(shí)候進(jìn)到液壓缸里的。有異物進(jìn)入后，活塞滑動(dòng)表面的外側(cè)如裝有帶唇緣的密封件，那么，工作時(shí)密封件的唇緣即可刮動(dòng)異物，這對(duì)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(dòng)表面，異物夾在此滑動(dòng)表面之間，容易形成傷痕。
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