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本文發表在《工程機械》2001No5
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工程機械液壓缸泄漏故障的診斷及維修
4 P; W4 P' [4 b' {' A2 h王福山
& Y9 r( S( e' ^' r) Y5 r- z在對履帶式挖掘機故障調查統計分析中，我們發現液壓系統泄漏故障占20~30%，而液壓缸的泄漏又占其中的33%。因此液壓缸的泄漏已成為工程機械液壓系統的主要故障。
/ u* x3 \' }0 C! v2 @液壓缸的泄漏一般為內泄漏和外漏兩種情況。內泄漏主要影響液壓缸的技術性能，使之出現出力不足、運動速度緩慢和工作不平穩等現象。外漏將導致環境的污染和能源的浪費。
- k. j2 q! {, z; l( y/ j一．液壓缸泄漏原因
- s, q" N7 R4 d造成液壓缸泄漏的因素主要有：密封件的結構形式與材質、密封槽與密封接觸表面的質量、密封件磨損與安裝、密封件工作環境、緩沖閥磨損、液壓系統的污染及液壓缸焊接缺陷等。
, q9 Y5 T8 w$ m% J& k' @⒈密封件的結構形式與材質
$ U2 E) J9 m) i" c0 f+ \! ]& G密封件的結構形式與材質的差異將直接影響液壓缸的泄漏。如果密封材質太軟，那么液壓缸工作時，密封件極易擠入密封間隙而損傷，造成液壓油的泄漏。如果密封材質太硬，即使在較大的外力作用下，密封件變形也較困難，顯然它對密封面產生的初始接觸應力和附加接觸應力勢必較低，從而加劇了液壓缸的泄漏。如果密封材料與液壓油不相容，密封件將產生溶漲、軟化、溶解等現象，使密封件彈性降低喪失密封能力，造成液壓油的泄漏。
0 j' T3 t1 ~+ ~- p, q" W⒉密封槽與密封接觸表面的質量
% [& ]# Q6 x, s1 B+ w6 e密封件安裝在尺寸精度較低，表面粗糙度及形位公差較低的密封副內，將導致密封件的損傷，產生液壓油的泄漏。
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⒊密封件磨損與安裝
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密封件具有較高的尺寸精度和形狀位置精度。密封件的磨損和在密封件裝配過程中造成的損傷，是液壓缸泄漏的主要原因。
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⒋密封件工作環境
0 G" y/ U$ y5 H( T' `如果密封件工作在高溫環境下，將加速密封件的老化，導致密封件的失效而泄漏。
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⒌液壓緩沖閥磨損
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對于閥緩沖液壓缸，液壓緩沖閥閥芯與閥座磨損是液壓缸泄漏的主要原因。
2 R. j, K! n! N6 O3 \. j! c+ d' G⒍液壓系統的污染
# z3 K( r6 T' I如果液壓系統受到污染，含有顆粒物的液壓油作用在密封件運動表面上，產生研磨作用，導致密封件的失效產生泄漏。
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⒎因焊接不良產生的外漏
& h7 @$ m) u E0 `; {& V, E焊接連接在液壓缸中采用較多，裂紋使焊接中經常出現的問題，也是液壓缸產生外漏的原因之一。裂紋的產生主要是焊接工藝不當和承受變載荷疲勞所至。
, D" W8 V: y+ v% z: f/ n二．液壓缸泄漏故障診斷方法
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液壓缸的外漏現象非常直觀，而液壓缸的內泄漏既看不見，也摸不到。尤其在工程機械上，液壓缸的內泄漏與液壓閥間有著相互牽連的關系，沒有一定的經驗和診斷技術是很難判斷的。對于工程機械而言，液壓系統的泄漏量一般采用液壓缸或工作裝置位移量指標。有關國家和行業標準對典型工程機械液壓缸或工作裝置因液壓系統內泄漏引起的位移量作了具體規定如表1所示。
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表1工程機械液壓缸或工作裝置因液壓系統內泄漏引起的位移量
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3 \8 C( @6 }+ I4 A 序號 |
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標準代號及名稱 |
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5 F. H9 r z Q+ J 試驗方法 | 2 x& z+ k" i: |0 F! r9 q9 a1 v* `
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工作裝置（液壓缸）位移量 |
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% _( T* e7 F5 o) Y. K+ c4 M JB/T1666-1997《履帶式推土機 型式試驗方法》 / c/ D. V- l( t3 q: D! H; Z
JB/SQ9.1-87《履帶式推土機 產品質量分等》 |
, _9 e2 X; O* Y4 x1 ]3 } J; ]
" ^: S! p( |- R4 Z5 u) W6 N( c. g: d 1初始油溫50±ffice:smarttags" />3℃ / _4 C; [) s8 ]$ _. e; W9 j5 Y+ L
2將推土鏟提升到最大位置，發動機熄火5分鐘后，測量推土鏟鏟尖初始離地高度h1，在經過15分鐘后，測量土鏟鏟尖初始離地高度h2。 - v: z1 {8 J- w5 F! i
3計算沉降量：h1-h2 |
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推土鏟沉降量≤120 mm/15min : b: E/ p) c8 C2 _3 U5 r t
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& V! U8 v: Z2 g; A2 J8 g1 H) G
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& S8 n* V1 J. k JB/T3698.2-1998《輪胎式裝載機技術條件》
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1初始油溫50±3℃
& v5 e7 m7 v. |3 L- }3 w6 Q6 _2鏟斗后翻承額定載荷 u" ]" C* `+ D @/ q
3提升液壓缸使鏟斗至最高位置 }( L/ U3 y, _. S# r* D
4發動機熄火后測量液壓缸的位移量 | 4 O$ K6 t3 ~) i8 \
7 J$ N( V' z( P7 W" S; O- q 鏟斗液壓缸≤20 mm/h
% _2 g+ o# }: K- |; _; ~; V1 X, N動臂液壓缸≤50 mm/h |
2 y0 }/ H3 ^# |; h5 E+ H4 O; P K: l0 j! g
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, O: D' C9 U2 H 3 |
8 N4 B K" u* H4 r$ w E: ^0 n+ K- D
GB/T9139.2-1996《液壓挖掘機技術條件》 | - V( [. F. r. h
( f# S+ [+ |1 Y8 y4 L; c/ V* ]& q5 _ 1初始油溫50±3℃
( s/ x- d+ w$ j( e y- B2鏟斗裝滿物料（標準載荷）
+ g1 {, g5 @( i* U. p3反鏟挖掘機動臂液壓缸、鏟斗液壓缸全伸
. ?6 U/ o- R# S( C7 e0 y9 ], s, g0 V4正鏟挖掘機鏟斗放平，工作裝置提升至最高位置
3 W2 w5 N8 {4 t- T5發動機熄火后測量液壓缸的位移量 | k' j( x0 A" @
* X7 f; ?! }8 T8 V* [/ u' p
動臂液壓缸≤200 mm/h |
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1 M# G% K+ G- h( D9 F/ V" }% X在工程機械使用過程中，一旦發現工程機械液壓缸或工作裝置位移量超過規定值時，可斷定是由于液壓系統泄漏引起的故障。通過采用經驗診斷法、相關分析法和試驗方法，在不拆卸液壓缸的前提下，對液壓系統的泄漏故障進行診斷，進一步判斷液壓缸泄漏的可能性。
0 H; Z3 T) Z) J+ a. U/ z4 T" _⒈經驗診斷法
( f, t" ?; a9 v診斷液壓缸泄漏的經驗方法可用“問、檢”二字概括。具體來講：
5 x8 s% L. K6 k* c“問”就是維修人員向操作人員詢問故障機械的基本情況。主機有哪些異常現象；故障是突發的，還是漸發的；使用中是否有違章操作，液壓系統維護保養情況；液壓油是否更換過，等等。在獲得這些信息后，可基本確定液壓缸內泄漏可能性的大小。一般來講，突發性故障，大多是因液壓系統受到污染或意外載荷造成液壓閥或密封件失效引起的；漸發性故障，則多數是因密封件磨損嚴重而出現的。
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“檢”主要是維修人員親自檢查液壓系統的工作情況。首先排除非泄漏性故障，然后檢查液壓油的變質和污染程度。最后維修人員操作液壓換向閥，使液壓缸運動到極限位置時，可觀測液壓系統工作壓力，一旦工作壓力達不到規定值，而通過調節安全閥壓力仍不發生變化時，則是液壓缸內泄造成的。
$ e" q. J, A) R8 d8 p, J) E3 N⒉相關分析法
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液壓系統的內泄漏與液壓元件有著相互牽連的關系，根據它們之間的相互關系可縮小故障診斷的范圍。如ZL60裝載機出現鏟掘無力、動作緩慢的故障現象時，其液壓系統工作過程為：
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" U9 {' j0 x3 v5 |& ?! e) o% }6 l液壓油箱 液壓齒輪泵 多路換向閥 鏟斗液壓缸 工作裝置
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液壓缸過載閥
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主安全閥
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圖2 液壓系統關聯示意圖
+ X9 v! A, N7 s1 D. ~. e8 x d$ R3 Y' {液壓系統中每一個液壓元件的內泄漏都可能是故障的原因。但是從工作裝置液壓系統中可知，動臂液壓缸與鏟斗液壓缸有相互聯系。那么我們可以操作一下動臂液壓缸，如果也出現鏟斗液壓缸工作情況，則可以肯定內泄漏就是液壓齒輪泵或多路換向閥；如果動臂液壓缸工作正常，則可以說明內泄漏發生在鏟斗液壓缸和過載閥中。通過這種相關分析法，至少可以確定故障的大致范圍，為下一步準確診斷提高了條件，節省故障診斷時間。
" f% x" W# x, C0 P/ D8 w: T⒊試驗方法
& W3 l- P% ^! f5 i: ]6 l首先，在未拆卸液壓系統元件時，按試驗操作規程將工程機械開機就位（如起重機打出支腿、墊平支腿）；然后，操作換向閥使液壓缸的活塞運行至試驗位置，拆開液壓缸回油腔管路，通過觀察油口是否有液壓油流出，可判斷液壓缸的泄漏情況。
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⑴疊加有過載閥液壓缸 ⑵疊加有平衡閥液壓缸 ⑶疊加有雙向液壓鎖液壓缸
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圖2 液壓缸原理示意圖
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對于疊加有過載閥液壓缸，操作換向閥使被試液壓缸的活塞運行至極限位置，當液壓系統升壓后，拆開液壓缸回油腔管路a和aˊ油口，觀察油口a和aˊ有無液壓油流出，如果aˊ油口有液壓油流出，表明液壓缸內泄。如果a油口有液壓油流出，則是過載閥泄漏。
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對于疊加有平衡閥液壓缸，可操作換向閥使被試液壓缸的活塞適當伸出，通過工作裝置承載，使液壓缸無桿腔產生壓力，然后，操作換向閥至中位，拆開液壓缸進出油口c和d，觀察油口c和d的泄漏量。如果c油口有液壓油流出，表明液壓缸內泄。如果d油口有液壓油流出，則平衡閥泄漏。
, t$ N9 m2 ]! E* h; v* a對于疊加有雙向液壓鎖液壓缸，同樣操作換向閥使被試液壓缸的活塞適當伸出，通過工作裝置承載，使液壓缸無桿腔產生壓力，然后，操作換向閥至中位，拆開液壓缸進出油口e和f，觀察油口e和f的泄漏量。如果e油口有液壓油流出，說明液壓鎖在無桿腔方向不閉鎖；如果活塞桿受載回縮，油口e無液壓油流出，而油口f有液壓油流出，說明液壓缸內泄，同時液壓鎖在有桿腔方向不閉鎖；如果兩油口均無液壓油流出，說明雙向液壓鎖工作正常，液壓缸內泄。
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; w @! @ u/ D4 h# U; j' u# i三．液壓缸拆檢與維修方法
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一旦液壓缸出現泄漏故障，就必須拆卸液壓缸，對液壓缸泄漏原因進行檢查。針對故障產生的原因應采取相應的維修方法。
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⒈密封件的檢查與維修
: H! J5 C( x1 Y+ K活塞密封是防止液壓缸內泄的主要元件。對于唇形密封件應重點檢查唇邊有無傷痕和磨損情況，對于組合密封應重點檢查密封面的磨損量，然后判定密封件的是否可使用。另外還需檢查活塞與活塞桿間靜密封圈有無擠傷情況。活塞桿密封應重點檢查密封件和支撐環的磨損情況。一旦發現密封件和導向支承環存在缺陷，應根據被修液壓缸密封件的結構形式，選用相同結構形式和適宜材質的密封件進行更換，這樣能最大限度地降低密封件與密封表面之間的油膜厚度，減少密封件的泄漏量。
" s1 `) \( g" d: u, s2 K⒉缸筒檢查與維修
/ T" z1 `, c g液壓缸缸筒內表面與活塞密封是引起液壓缸內泄的主要因素，如果缸筒內產生縱向拉痕，即使更換新的活塞密封，也不能有效地解決故障，缸筒內表面主要檢查尺寸公差和形位公差是否滿足技術要求，有無縱向拉痕，并測量縱向拉痕地深度，以便采取相應地解決方法。
& m# |6 F B0 D" Z3 C5 b2 J% _如果缸筒存在微量變形和淺狀拉痕時，可采用強力珩磨工藝修復缸筒。強力珩磨工藝可修復比原公差超差2.5倍以內的缸筒。它通過強力珩磨機對尺寸或形狀誤差超差的部位進行珩磨，使缸筒整體尺寸、形狀公差和粗糙度滿足技術要求。
0 i/ ]* Y' l, M8 L" ?如果缸筒內表面磨損嚴重，存在較深縱向拉痕時，最好是按照實物進行測繪，由專業生產廠按缸筒制造工藝重新生產進行更換。也可采用熱噴涂、流鍍和粘接等表面修復技術修復缸筒。
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熱噴涂缸筒內表面修復是將熔融狀態下的噴涂材料，通過高速氣流使其霧化噴射在缸筒表面上，形成噴涂層的一種金屬表面處理方法。熱噴涂后，通過強力珩磨機對缸筒進行珩磨，使其整體尺寸、形狀公差和粗糙度滿足技術要求。熱噴涂缸筒表面修復有火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂和粉末爆炸噴涂等方法。
/ H6 z9 [# b# L流鍍缸筒內表面修復是通過電—化學沉積獲得規定厚度的鍍層。流鍍前通過強力珩磨機對缸筒進行珩磨，獲得理想的整體尺寸和形狀公差。流鍍工藝是以液壓缸體為鍍槽，液壓缸腔置陽極，液壓缸內壁與陰極相連，且和陽極保證一定的均勻的間隙，通過直流電的作用，使鍍液中金屬離子在液壓缸內壁上得到電子，還原成為金屬原子，沉積在在液壓缸內壁上，獲得所需整體尺寸、形狀公差和粗糙度滿足技術要求的鍍層。
6 d( ^& g: r* s* [7 q n9 f粘接缸筒內表面修復是通過TS311減磨修補劑修復缸筒。TS311減磨修補劑是一種主要用于磨損、滑傷等金屬零件的修復。修復過程中，首先用工業純丙酮清洗缸筒內表面，清除干凈表層油污。再用合金刮刀在滑傷表面剃出1mm以上深度的溝槽，然后用丙酮清洗溝槽表面，用缸筒內徑仿形板將調好的TS311減磨修補劑敷涂于打磨好的表面上，用力刮平，確保壓實，并高于缸筒內表面，待固化后，進行打磨留出精加工余量，最后通過研磨使缸筒整體尺寸、形狀公差和粗糙度達到要求。
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⒊活塞桿、導向套的檢查與維修
8 g3 @8 a b+ {1 w3 \. K3 x活塞桿與導向套間相對運動副是引起外漏的主要因素，如果活塞桿表面鍍鉻層因磨損而剝落或產生縱向拉痕時，將直接導致密封件的失效。因此，應重點檢查活塞桿表面粗糙度和形位公差是否滿足技術要求，如果活塞桿彎曲應按照實物進行測繪，依據活塞桿加工工藝，由專業生產廠進行制造。如果活塞桿表面鍍層磨損、滑傷、局部剝落可采取磨去鍍層，重新鍍鉻表面加工處理工藝。
9 P7 m# K* g0 e: P0 a導向套應重點檢查導向套內表面與活塞桿相對運動表面，如果產生不均勻的磨損，不圓度在0.3mm以上時，應按照實物進行測繪，由專業生產廠按導向套制造工藝進行生產，然后更換。
, Z T7 P3 }$ j3 h, O6 j/ A⒋緩沖閥的檢查與維修
. z( Q8 n( S; S! s6 q對于閥緩沖液壓缸，應重點檢查緩沖閥閥芯與閥座磨損情況。一旦發現磨損量加大、密封失效時，最好是按照實物進行測繪，由專業生產廠按液壓閥制造工藝重新生產進行更換。也可運用磨料進行閥芯與閥座配磨方法進行修復。
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參考文獻
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" S5 N+ O, Y8 U3 G5 \$ k⑷胡岸法…強力珩磨修復缸筒,工程機械 1999(10)
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: ]1 B& P, J2 V# x. K0 ~4 \
發表于 2006-3-7 08:59:31
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