挖掘机液压缸掉缸故障分析

田洪云 徐涛

山东临工工程机械有限公司 山东临沂 276023

挖掘机所使用的液压缸为普通中型液压缸，是典型的“活塞式结构”，其是由流体压力向挖掘机力做功转变的常用装置之一，所做运动为直线，有限范围的转动可以借助于杠杆实现。液压缸在挖掘机设备构成中占有重要地位，是挖掘机最为重要的工作执行元件，故障的产生将直接影响设备工作和使用寿命；为了能保证挖掘机的正常工作和整机利用率，有必要就液压缸的常见故障、产生原因及有效的排除方法进行深入探讨，旨在提高挖掘机液压缸及整机的使用寿命。

1 概述

液压缸是将液压能转换为挖掘机能，实现往复直线运动或往复摆动的执行元件。它具有结构简单、工作可靠、传递功率大、制造容易等突出优点，因此，广泛应用于挖掘机、冶金、铸造、汽车、机床、军工等领域。液压缸零部件在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的事件称为液压缸故障，继续使用会丧失可靠性和安全性。液压缸故障的表现形式称为液压缸的故障类型。液压缸常见的故障类型有：通油管弯曲、拉缸、活油管漏油、内泄、镀层脱落、导向套锈蚀等。液压缸故障问题是未来必须解决而且是能够解决的问题，为延长液压缸的使用寿命和提高液压缸的可靠性和安全性，对液压缸的故障模式进行分析并提出改进措施就显得非常重要[1]。

2 挖掘机液压缸掉缸故障分析

2.1 液压缸内有空气

如果液压缸内有空气，则有活塞杆爬行、颤抖、油管脉动大等征兆；原因一方面可能是缸内形成了负压，吸入空气所致，另一方面则可能是由于油面过低而，泵吸入空气所致；另外，也有可能是由于各系统接头、密封不良进入空气所致。针对这种情况，可以让液压缸在空载或者轻载状态下大行程往复运动来排出内部空气。如果液压缸没有排气装置，可以松开排气阀螺钉进行排气；同时修理、更换导致空气混入的元件。

2.2 产品使用过程中的寿命预测

研究了基于腐蚀疲劳损伤理论和PSO算法的液压缸体寿命预测与优化，根据疲劳损伤理论，对腐蚀损伤下的液压缸寿命进行预测。并通过实验数据和粒子群算法，采用MAT1AB软件对液压缸参数进行优化，提高了疲劳寿命且优化后的液压缸结构具有很好的适应性。研究了三参数威布尔分布轴向柱塞泵寿命预测。技术研究中运用了故障树分析方法、相关系数法、遗传算法和三参数威布尔分布模型，建立数学模型，并采用试验台进行验证。最终获得轴向柱塞泵的寿命预测模型、可靠度函数模型和失效率模型，进而获得轴向柱塞泵的平均寿命[2]。

2.3 伸缩油缸内泄

①活油管基体存在缺陷，出厂时无法检测，液压油在油管内部活油管承压，长时间工作后导致活油管开裂；②活油管为成品采购45号钢冷拔材质，外表面镀硬铬，由于镀层的原因，导致焊缝与基体结合力下降。上述原因致使焊缝与基体结合力降低，达不到使用要求，在使用过程中焊缝逐渐脱离基体。

2.4 缸体密封泄漏引起

缸体密封可能受到长螺栓松动、缸体拉杆旋紧影响出现泄漏；也有可能是由于密封件发生变质，出现软化、变粘现象引起，这时需要进一步检查密封件材料与油液的相容性，如果不相容则要更换使之相容；如果是由于密封件老化引起压力过高引起泄漏，则需要将压力调到额定范围内；如果是由于密封件被挤坏引起，则需要对密封件进行更换；如果密封件定位平面内径或者外径的磨损，属于正常的磨损，直接更换密封件即可。

2.5 主控制阀

主控制阀是一种组合阀，以换向阀为主体，其包含溢流阀、补油阀、保持阀等。目前液压挖掘机使用的主控制阀为滑阀式，其阀芯和阀体之间存在一定间隙，目的使主控制阀的阀芯能够均匀接触正常滑移切换，在理论上严格密封隔离，但在长时间高温高压下运动，油封容易产生变形、老化、磨损，出现间隙必然存在泄漏；另外控制阀杆与阀体之间有一定的间隙，随着油温变化，泄漏量会随之发生变化。对于滑阀式主控制阀，采用优化减小圆柱孔面加工形位公差以及开口倒圆角两种方法，能够有效降低其泄漏量。主控制阀内泄原因：①换向阀阀芯与阀体密封不良，②补油阀泄漏，③保持阀泄漏，④溢流阀泄漏。检查溢流阀、补阀阀，首先对调液压缸有杆腔与无杆腔溢流阀，对调溢流阀后若掉缸现象消失，说明液压缸无杆腔溢流阀内泄严重，内部有异物卡滞，应将溢流阀拆下清洗或更换（补油阀与溢流阀检查方法雷同）。若溢流阀对调后仍然出现掉缸现象，应检查液压油回油滤芯，若回油滤芯上有橡胶碎片，可能油封磨损严重，需更换液压缸油封。更换液压缸油封后，若挖掘机掉缸现象依然存在，应查看液压回路保持阀，拆开查看是否卡滞、磨损，及时研磨修复或更换保持阀。研修或更换保持阀后，若挖掘机掉臂故障仍然存在，应拆开主控制阀，检查液压回路上所有阀芯，及时修复或更换[3]。

3 结语

挖掘机掉缸现象属于常见故障，不同挖掘机掉缸原因各不相同，需根据实际现状，分析原理，仔细排查，均能找到故障源。一般油封磨损造成液压缸泄漏、液压系统混有气体，作为优先排查对象；其次查检保持阀、溢流阀、补油阀；先导阀异常、主控阀阀芯与阀体泄漏放在最后排查。