液压缸内泄在线快速判断方法研究

袁欣亭

摘要：为了快速判断在线使用的液压缸是否存在内泄，根据液压缸活塞无杆腔面积大于有杆腔面积，推力与面积成正比，在同一液压力作用下，无杆腔所受推力大于有杆腔所受推力这一特点。采取了把液压缸活塞杆全部缩回后，将活塞杆与外负载分离，关闭无杆腔截止阀，打开有杆腔截止阀，然后，通过电磁换向阀使液压缸活塞杆继续缩回，同时观察液压缸活塞杆是否向外伸出的方法，可以迅速判断出液压缸是否内泄。简单、快速、准确，而且内泄漏量可以通过公式准确算出，大大降低维修成本。

关键词：液压缸；内泄；在线判断；方法

目前，国内对液压缸内泄检测方法主要有，利用专用测试装置法，需将被测液压缸运到实验室，在专用试验台测试；利用外部加负载法，在活塞杆上做好位置标记，检查活塞杆是否随时间而位置变动；利用盲板或堵头法，将油缸一腔堵死，给另一腔加压，检测被堵腔压力，若压力上升说明内泄，以上几种研究方法的局限性在于拆卸繁琐，工作量大，检测时间长，偏差大无法准确定量。国外对液压缸内泄分析时，只给出了一些结论，而没有说明具体的检测方法。所以，液压缸内泄快速、准确、定量在线判断研究很有必要。

1.液压缸结构与原理

液压缸是基于以密闭容器中的静压力传递力和功率这一原理实现工作目的的，液压缸是液压系统的执行元件，它是将液体的压力能转换成工作机构的机械能，用来实现直线往复运动或小于３６０°的摆动。液压缸主要分单作用、双作用、柱塞式、缓冲式、多级式等，本文研究的是最常用的单活塞杆双作用液压缸，未包括结构或用途特殊的液压缸。

2.液压缸内泄原因

液压缸的内泄，指液压缸内部的油液从高压区域到低压区域的泄漏，使液压缸的输出力降低，造成液压缸不能正常工作。

（1）活塞密封圈损坏，原因是由密封圈安装不当或规格型号不适合，工作压力过大、预加载荷过大导致密封圈挤出密封凹槽；另外，环境温度过高也能造成密封圈老化开裂。

（2）缸筒内壁划伤，缸体安装时进入异物或者塞的滑动表面压力高，引起烧结现象，于是缸体内表面发生挤裂，被挤裂的金属脱落，留在缸内，造成伤痕。

（3）金属活塞环严重磨损、疲劳断裂，失去密封作用。

3.液压缸内泄判断方法

单活塞杆双作用液压缸系统简图，由于液压缸活塞２无杆腔１面积大于有杆腔４面积，根据帕斯卡原理，在同一液压力ｐ（压强）作用下，推力与面积成正比，所以无杆腔１所受的推力大于有杆腔４所受的推力，致使活塞杆３向外伸出。以此作为液压缸是否内泄判断的依据，其具体步骤如下：首先，电磁阀５电磁铁ａ得电，待液压缸活塞杆３向内全部缩回后，电磁铁ａ失电，电磁阀５阀芯回到中位，同时，关闭截止阀Ａ和Ｂ。然后，打开截止阀Ｂ，继续让电磁铁ａ得电，此时仔细观察液压缸活塞杆３是否向外伸出，如果不向外伸出，说明液压缸无内泄；如果向外伸出，说明液压缸有内泄。Ｄ为液压缸活塞２直径，ｄ为液压缸活塞杆３直径，Ｓ１为液压缸活塞２面积，Ｓ２为液压缸活塞杆３截面面积，Ｓ３为液压缸活塞２有杆腔４环形面积。

Ｆ１为液压缸活塞２面积Ｓ１所受推力，Ｆ２为液压缸活塞２环形面积Ｓ３所受推力，ｐ为液压力，由帕斯卡原理：Ｆ＝ｐＳ，则有：

如果液压缸存在内泄，说明液压缸有杆腔４与无杆腔１导通，同时，截止阀Ａ必须处于关闭状态，根据上式则有；Ｆ１＞Ｆ２，所以液压缸活塞杆３向外伸出。如果液压缸不内泄，同时，截止阀Ａ必须处于关闭状态，液压缸活塞杆３已经缩回到端点，处于过载保护状态，原地不动。Ｖ为液压缸活塞杆３运动速度，Ｑ为液压缸内泄流量，Ｌ为液压缸活塞杆３行程，ｔ为液压缸活塞杆３整个行程运动时间（可以通过秒表测量得到），则有；

由上式可知，液压缸内泄流量Ｑ与活塞杆３运动速度Ｖ成正比，即活塞杆３运动速度越快，液压缸内泄越严重。同理可得，液压缸内泄流量Ｑ与液压缸活塞杆３整个行程运动时间ｔ成反比，即活塞杆３整个行程运动时间越短，液压缸内泄越严重。液压缸内泄流量Ｑ与液压力ｐ的大小无关，与外负载力的大小无关，所以可用于所有液压系统在线判断。在具体操作过程中，首先，需要排除液压系统控制元件无内泄，然后，只要关闭被测液压缸维修截止阀，即可准确做出判断。单位时间内内泄流量Ｑ可以根据上式具体算出，双作用液压缸的内漏量不得大于机械行业标准《ＪＢ／Ｔ１０２０５－２０１０液压缸标准》的规定，使用滑环式组合密封时，允许内漏量为规定值的２倍，使用金属活塞环密封时的内漏量要求由制造商与用户协商确定。

4实际应用

某装备一号高炉开铁口机悬臂液压缸，缸底与开铁口机基座转阀同轴连接，耳环与悬臂销轴连接，两个接头均采用转阀加硬管连接，通过活塞杆伸缩带动悬臂在１１４°（±２°）转动来完成开铁口动作，内径１４０ｍｍ，活塞杆直径１００ｍｍ，行程１３００ｍｍ，动作时间为３６ｓ。工作中发现悬臂转动越来越慢，严重超时，甚至出现停顿和卡住现象，同时悬臂液压缸体积较大、空间位置狭窄，若盲目拆卸判断故障原因，将占用大量停机时间。根据以上论述，首先，对液压系统进行检查，系统压力正常，压力补偿器、比例阀、电磁换向阀、背压阀、液压锁、单向阀全无卡住和泄漏，然后，在现场活塞杆全部缩回状态下拔出耳环销轴，并且使活塞杆处于自由状态，关闭悬臂液压缸检修阀Ａ，打开检修阀Ｂ，同时，发出活塞杆后退指令，此时发现活塞杆向前伸出，用秒表测量出活塞杆全部伸出时间为１３６ｓ，那么由公式：

液压缸内径Ｄ为１４０ｍｍ时，内泄量Ｑ＜０．３ｍＬ／ｍｉｎ，因为８８２３ｍＬ／ｍｉｎ》０．３ｍＬ／ｍｉｎ由此证明悬臂液压缸严重内泄，内泄漏量为８８２３ｍＬ／ｍｉｎ。

5.改进措施主要从以下几个方面进行优化设计:①密封沟槽两侧、支撑沟槽尺寸和精度;②缸筒内径尺寸公差、缸筒杆体同轴度改善;③液压缸实物清洁度提升和油液清洁度提升;④针对工况优化主密封选型等。

6.结论

（1）简单、快速、准确，无需拆卸液压管路和各种液压接头，大大减少液压缸内泄引起的停机事故和盲目处理导致的人力、物力、时间的浪费，降低维修成本。（2）只需要关闭维修阀，即可完成判断，避免油液外泄造成材料的浪费，不给工作现场环境造成污染，绿色环保。（3）避免了人为经验判断因素的影响，内泄漏量可以通过公式准确算出。为液压缸的内泄漏故障问题诊断分析提出相关的参考依据和借鉴

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