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高空作业车伸缩臂缸自动伸出原因解析
发布时间:2013-1-14 10:34:39    查看次数:2025

1.故障现象

1台高空作业车伸缩臂液压缸(以下简称伸缩缸)活塞杆缩回到位后,操纵手柄回到中位时其自动伸出约35 mm,即使此时将发动机熄火,也不能阻止其自动伸出。伸缩缸伸缩过程中,只要在任一位置停下来,其活塞杆都会伸出2~35 mm。

2.工作原理

图1该高空作业车伸缩臂液压回路

图1 该高空作业车伸缩臂液压回路

高空作业车伸缩臂液压回路如图1所示。该回路由液压泵1、液压油箱2、比例换向阀3、伸缩缸4、伸缩平衡阀5组成。液压泵1工作时,压力油通过比例换向阀3和伸缩平衡阀5进入伸缩缸4,推动伸缩缸4伸出或缩回。比例换向阀3回到中位后,伸缩平衡阀5将伸缩缸4锁定,伸缩缸4的无杆腔和有杆腔便形成2个密闭的压力腔。

正常情况下,伸缩缸无杆腔和有杆腔被活塞密封件隔离。伸缩缸停止动作后,无杆腔压力油产生的推力、有杆腔压力油产生的推力、臂架自身质量和负载产生的外力平衡。由于液压油可压缩量非常小,伸缩缸位移很小,可以忽略不计。

3.故障排除

经过现场检测,发现伸缩缸存在比较严重的内泄,其他方面未见异常。将伸缩缸返厂拆检,更换损坏的密封件,再将其装复试机,伸缩缸活塞杆自动伸出现象消失。由此得出结论:伸缩缸活塞杆自动伸出是其内泄引起的。

4.计算解析

为了弄清伸缩缸内泄引起其活塞杆自动伸出这一问题,特通过计算进行深入解析。

(1) 伸缩缸受力分析

图2 伸缩缸受力图

图2 伸缩缸受力图

伸缩缸受力情况如图2所示,其受力平衡的关系式为:

   F1=F2+F3           (1)

式中:F1——无杆腔压力油产生的推力;

   F2——有杆腔压力油产生的推力;

   F3——臂架自身质量和负载产生的外力。

伸缩缸活塞杆伸出过程中,要克服臂架之间的动摩擦力,这使得F3有所增大;在静态时,臂架之间的静摩擦力对受力有利,F3有所减小。伸缩缸活塞杆缩回过程中,动摩擦力与静摩擦力同向,但由于静摩擦力大于动摩擦力,所以伸缩缸伸缩动作停止瞬间,F3会有所减小,此时F1>F2+F3,因而伸缩缸活塞杆产生伸出趋势。

当伸缩缸无内泄时,在伸缩缸活塞杆伸出过程中,无杆腔压力减小,有杆腔压力增大,从而达到新平衡。由于液压油可压缩量很小,操纵比例换向阀停止活塞杆伸出动作后,活塞杆继续伸出的距离应在0.5 mm以内。

(2) 伸缩缸自动伸出距离计算方法

在伸缩缸停止伸缩动作后,其无杆腔和有杆腔推力的计算公式分别为:

   F1=πD2 P/ 4                    (2)

   F2=π(D2- d 2) P/4            (3)

式中:D——伸缩缸内径

   d——活塞杆直径

   P——伸缩缸有杆腔与无杆腔平衡时压力值

若伸缩缸存在内泄,在伸缩缸伸缩动作停止的瞬间,由于无杆腔和有杆腔压力不同,两腔中压力油会从压力高的一腔流往压力低的一腔,最终两腔压力趋于相同。

将公式(2)和(3)代入公式(1),则可得出:

P= 4F3/πd 2                   (4)

液压缸容积增加值△V计算如下:

△V=( P1-P) ξV1+( P2-P) ξP2        (5)

式中:P1——无杆腔压力;

   P2——有杆腔压力;

   V1——动作停止瞬间伸缩缸无杆腔容积;

   V2——动作停止瞬间伸缩缸有杆腔容积;

  ξ——液压油压缩膨胀系数,取0.076% /MPa。伸缩缸自动伸出距离δ的计算公式如下:

  δ=4△V/πd 2                                   (6)

    =4[( P1-P) ξV1+( P2-P) ξV2]/ πd 2

文中出现的伸缩缸活塞杆自动伸出现象,必须有以下2个前提条件:一是伸缩缸是双作用液压缸,且存在内泄现象;二是伸缩缸有杆腔与无杆腔用双向平衡阀或双向液压锁锁定,能形成两个密闭的容腔。

若伸缩缸无杆腔锁定而有杆腔无锁定,在伸缩缸活塞杆伸、缩动作停止的瞬间,在不平衡力的作用下,活塞杆的伸出趋势会因无杆腔油液向有杆腔泄漏很快消失。此时伸缩缸活塞杆不会出现自动伸出,而会因无杆腔液压油泄漏而产生回缩。


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