（机械工程专业论文）自卸车举升油缸综合性能试验台的设计与研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着汽车技术的发展，国内自卸车的生产和使用量不断增加，特别是近年来 中重型的前顶式自卸车发展迅猛。而随着中重型自卸车整车重心的不断提高，其 稳定性不断降低，液压举升系统质量的好坏直接关系到自卸车的安全性，还对自 卸车的装载效率、工作效率、工作可靠性和维护成本产生一定影响。前顶式自卸 车的油缸多采用多级油缸，油缸的行程较长，一般的试验台无法完成对此类油缸 的综合性能检测。另外我国液压缸检测技术比较落后，严重制约了我国液压缸产 品质量。液压缸的综合检测系统正在向着高精度、高智能、高自动化方向发展。 论文首先介绍了液压缸试验台的发展状况和研究意义。通过分析自卸车油缸 的常用故障，并根据自卸车油缸试验的相关标准分析油缸的试验项目和各个试验 项目的试验方法。在此基础上，对检测系统的软、硬件进行设计，研制出了能够 自动完成液压缸型式试验和出厂试验的检测系统。检测系统主要用于自卸车举升 油缸的出厂试验检测。 检测系统由加载台架、液压系统和电气控制系统三部分组成。加载台架设计 时，考虑到油缸的行程较长，根据相关标准，对油缸的加载方案进行改进，加载 台架设计为卧式并联结构，能够模拟液压缸的实际工况进行试验；液压部分采用 电液比例技术进行了原理设计，实现了压力和流量的远程控制；电气控制部分采 用工控机为控制器，设计了基于p c i 总线的接口电路，并采用c 抖b u i l d e r 开 发工具和虚拟仪器技术开发了控制软件。另外，本文还对电液比例阀的加载原理 和加载控制方案进行分析，并对传感器等检测设备进行选用。 最后，对检测系统进行调试，并对一些实验项目进行试运行。调试时对试验 台的加载台架、液压系统和控制检测系统进行全面调试。在进行油缸的试运行时 对相关试验项目的试验操作规程和步骤进行介绍。检测系统达到了预期目标，可 完成对不同级数、不同缸径的大行程多级油缸的检测。检测系统能够自动完成试 验，具有检测准确、可靠性强和检测效率高等特点。 关键词：自卸车举升油缸：检测系统：试验台：电液比例 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i mt h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o t i v et e c h n o l o g y , t h ep r o d u c t i o na n dt h eu s a g eo f d o m e s t i cd u m pt r u c k si si n c r e a s i n g ，e s p e c i a l l yi nt h eh e a v yf r o n tt o pt i p p e ri nr e c e n t y e a r s w h i l et h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to ft h eh e a v y - d u t yd u m pt r u c kv e h i c l e c e n t e ro fg r a v i t y , i t ss t a b i l i t yc o n t i n u et ol o w e r t h eh y d r a u l i cl i f ts y s t e mq u a l i t yi s d i r e c t l yr e l a t e dt ot h es a f e t yo ft h ed u m pt r u c k ，d u m pt r u c kl o a d i n ge f f i c i e n c y , w o r k e f f i c i e n c ya n dm a i n t e n a n c ec o s t s 1 1 1 ef o r m e rt o p - f u e lt a n ko fad u m pt r u c ku s u a l l y u s eo ft h em u l t i - s t a g ef u e lt a n k b e c a u s et h et r i po ff u e lt a n ki sl o n g e r , g e n e r a l t e s t - b e dc a r ln o tb ec o m p l e t e dp e r f o r m a n c et e s t i n go fs u c hf u e lt a n k s i na d d i t i o n ， c h i n a sh y d r a u l i cc y l i n d e rd e t e c t i o nt e c h n o l o g yr e l a t i v e l yg e t sb e h i n d ，w h i c hs e v e r e l y r e s t r i c t st h eq u a l i t yo ft h eh y d r a u l i cc y l i n d e rp r o d u c t s t h ed e t e c t i o ns y s t e mo ft h e h y d r a u l i cc y l i n d e ri st o w a r dt h eh i g h - p r e c i s i o n , h i g h l yi n t e l l i g e n t ，h i g h l ya u t o m a t e d d i r e c t i o n t h ep a p e rf i r s td e s c r i b e st h ed e v e l o p m e n ta n ds i g n i f i c a n c eo ft h eh y d r a u l i c c y l i n d e rt e s tb e n c h b ya n a l y z i n gt h ec o m m o nf a i l u r eo ft h ed u m p t r u c kf u e lt a n k , a n d i na c c o r d a n c e 、耐t ht h er e l e v a n ts t a n d a r d so ft h ed u m pt r u c kc y l i n d e rt e s t ，i ta n a l y s i s o ft h ef u e lt a n ko ft h ep i l o tp r o j e c t sa n dt e s tm e t h o d s o nt h i sb a s i s ，d e s i g n st h e s t r u c t u r eo ft h es y s t e m t h et e s ts y s t e md e v e l o p e dg a l la u t o m a t i c a l l ya c h i e v e p r o t o t y p et e s ta n dd e l i v e r yt e s t n et e s ts y s t e mi sm a i n l yu s e df o rd e l i v e r yt e s t i n s p e c t i o no fd u m p t r u c kl i f tc y l i n d e r t h et e s ts y s t e mc o n s i s t so ft h el o a d i n gb e n c h , h y d r a u l i cs y s t e ma n de l e c t r i c a l c o n t r o ls y s t e m f i r s t l y , d e s i g nl o a d i n gb e n c h ，t a k i n gi n t oa c c o u n tt h el o n g e rs 订o k eo f t h ef u e lt a n k ，i na c c o r d a n c e 谢t l lt h er e l e v a n ts t a n d a r d s ，t oi m p r o v et h ef u e lt a n k l o a d i n gp r o g r a m n em e c h a n i c a ls t r u c t u r eo fh o r i z o n t a la n dp a r a l l e lc o n n e c t i o ni s d e s i g n e df o rt h el o a d i n gb e n c h ，w h i c hc a ns i m u l a t et h ea c t u a lw o r k i n gc o n d i t i o no f h y d r a u l i cc y l i n d e r s s e c o n d l y , t h ep r i n c i p l ed e s i g no fh y d r a u l i cs y s t e mf o rh y d r a u l i c c y l i n d e rt e s ts y s t e m i sc a r r i e do u tu s i n ge l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l c o n t r o l t e c h n i q u e 1 1 1 eh y d r a u l i cs y s t e mc a nc o n t r o lt h ep r e s s u r ea n df l o wa u t o m a t i c a l l y t h i r d l y , e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e mi sd e s i g n e db a s e do nt h ei p ca n dd a t aa c q u i r e dc a r d ， a n dac o n t r o ls o f t w a r ei sd e v e l o p e du s i n gb c ba n dv i r t u a li n s t r u m e n t st e c h n o l o g y i n a d d i t i o n , t h ea r t i c l ea l s oa n a l y z e dt h e l o a d i n gp r i n c i p l e a n dl o a d i n gc o n t r o l p r o g r a m so fe l e c t r o - h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lv a l v e ，a n ds e l e c t i o ns e n s o r sa n do t h e r l i 武汉理工大学硕士学位论文 d e t e c t i o ne q u i p m e n t f i n a l l y , d e b u g gt h ed e t e c t i o ns y s t e ma n dt e s tr u nt h ee x p e r i m e n t a l l o a db e n c h t e s tr i g ，h y d r a u l i cs y s t e ma n dc o n t r o lt h ed e t e c t i o ns y s t e mw h e nd e b u g g i n ga c o m p r e h e n s i v ed e b u g g i n g p i l o tp r o j e c tt e s to p e r a t i o np r o c e d u r e sa n ds t e p s a l e i n t r o d u c e dd u d n gt h et r i a lr u no ft h ef u e lt a n k t h ed e t e c t i o ns y s t e ma c h i e v e dt h e d e s i r e do b j e c t i v e st ob ec o m p l e t e db yt h ed e t e c t i o no fd i f f e r e n tl e v e l s ，d i f f e r e n tb o r e s t r o k em u l t i - s t a g ec y l i n d e r t h ed e t e c t i o ns y s t e mc a l la u t o m a t i c a l l yc o m p l e t et h et e s t ， t h ed e t e c t i o na c c u r a c y , h i g hr e l i a b i l i t ya n dt e s t i n ge f f i c i e n c y k e y w o r d s ：t h e l i f t c y l i n d e r o ft h e d u m p t r u c k ；t e s t s y s t e m s ；t e s b b e d ； e l e c t r o - h y d r a u l i ep r o p o r t i o n a l i i i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章概述帚一早僦还 随着国民经济和汽车运输业的发展，运输工具逐渐向专业化方向发展，专用 车辆的使用越来越趋向于专门化，品种逐渐增多，而且专用车辆朝着多品种、小 批量、系列化的方向发展。而自卸车自卸车在专用汽车中占的比例比较大，且自 卸车在工程建设、采矿和大型工程中都是不可或缺的运输车辆，因此自卸车是专 用车辆发展的首选产品。 自卸车又称翻斗车，它是依靠自身发动机动力驱动液压举升机构，使货箱倾 斜一定角度进行卸货，并依靠车厢自身重力自动落下，使其复位的专用汽车【l 】。 自卸车的自动卸货就是通过自卸车举升机构对自卸车的车斗形成一定的角度，使 散装货物能够依靠重力从车厢内自动滚落，将散装货物卸下，卸货时由举升系统 实现卸货倾角。自卸车的举升系统包括举升油缸、控制阀、举升阀、液压泵、液 压管路、液压油箱等部分。自卸车油缸是自卸车举升系统的执行元件，其质量的 好坏直接关系到自卸车举升系统的质量。随着汽车技术的发展，中重型自卸车的 产量和使用量不断增加，而中重型自卸车的车身较长，卸货时车厢被举升的高度 较高，造成卸货不稳定，容易发生翻车事故。对中重型自卸车的油缸的质量进行 检测更是关系到自卸车卸货的可靠性和安全性【2 1 。因此对自卸车油缸进行出厂质 量检测具有重要的意义。 对于白卸车按照卸货方式的不同可以分为后倾式、侧倾式、三面倾卸式、底 卸式，以及货箱升高后倾式等多种形式【3 l 。其中后倾式应用最为广泛，而对于后 倾式自卸车又可分为前顶式和中顶式。现在自卸车的应用中，前顶式自卸车使用 量最多，并且前项式自卸车的使用量还在不断增加，而对于前顶式自卸车的液压 油缸都使用的是多级油缸且油缸的行程比较大，以往设计的多级油缸试验台很多 都不适应现在多级油缸的试验要求。因此对于对大行程多级油缸的试验台进行设 计很有必要。 此外，国内很多油缸生产厂家的油缸检测设备比较落后，不能按有关标准对 油缸进行全面的检测，检测精度不能达到要求，检测设备自动化较低，工作人员 劳动量大，检测效率低，不能对所有的油缸进行出厂检测。而随着计算机技术的 发展，传感器检测技术的发展和电液技术的的发展，几种技术的结合使基于计算 机与电液一体化的控制技术普遍应用于液压系统的各个应用领域【4 1 。电子技术、 液压技术、传感器技术与机械技术的紧密结合推动液压控制系统向集成化、模块 武汉理工大学硕士学位论文 化、系统化的方向发展，在检测设备中加强对以上技术的应用，对提高检测的自 动化、精确度和检测的效率，以及增强系统可靠性方面具有重大的意义。 1 2 课题的目的和意义 自卸车主要运输沙、石、垃圾、建材、煤、矿石等散装并可散堆的货物。其 最大的优点在于实现卸货的机械化，从而提高卸货的效率，减轻劳动强度，节约 劳动力。因此它在国内外得到迅速发展与普及，其保有量大约占专用汽车的2 5 ， 并且日趋完善成为系列化的多品种产品。 而对于起重举升设备，多采用液压设备。随着工业生产的发展，工业上大型 机械越来越多，其质量也越来越大，对起重设备的要求也越来越高，传统的机械 起重举升设备已不能满足工业的需要。工业上现在越来越多地使用液压起重设 备，靠液压传动来满足大型机械的起重和举升。在中重型自卸车中车厢的长度较 长，要求油缸有较长的行程，而自卸车结构又要求油缸不能过长，因此中重型自 卸车的举升机构大都采用多级油缸，这样可在安装空间小的情况下解决油缸长行 程的问题。特别是前顶式的中重型自卸车，对油缸行程的要求更长，大部分在 4 m 以上，多级油缸的级数一般在三至五级。 随着经济的发展，我国对工程车辆的需求量不断增大，对自卸车的需求量也 不断增加，另外随着我国工业的发展，自卸车的出口量也不断增加，自卸车使用 量的增加使一些知名的重型汽车生产公司推出自己的自卸车产品，使自卸车质量 得到更好的发展，自卸车运行的可靠性和安全性得到明显的提高，举升的重量不 断增加。自卸车的发展带动了油缸生产发展，油缸的质量、稳定性、可靠性和举 升重量不断提高。 近年来自卸车的生产量和使用量在不断增加，我国自卸车的生产量在3 0 万 辆左右，使用量在2 0 万辆左右【5 】，自卸车向中重型化发展。对于中重型自卸车 的举升油缸，油缸的强度、刚度、稳定性以及可靠性对液压缸系统的安全起着决 定作用。由于多级伸缩液压缸具有机构复杂，造价昂贵的特点，而且目前此类油 缸的设计并没有固定的标准，在工作过程中很容易发生爆裂、扭曲、折断、漏油 以及其他失效方式，造成严重损失【们。目前采用单一常规的强度校核方式无法满 足工程实际需要，必须结合液压缸实际工作情况采用不同方法对其强度、刚度以 及稳定性进行校核。因此对液压缸进行检测具有重大意义。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 自卸车油缸检测技术的应用及研究现状 自卸车是在一定的汽车底盘上加装白卸装置改装而成，对于自卸车的生产改 装企业，只需在生产时选用现有的汽车底盘，选用合适的油缸和相应的车身，即 可进行改装生产。对于一些知名的生产企业，已有的车身底盘和车厢生产已经成 熟，只需选用好的油缸，即可保证整车的质量和性能，选择油缸时，往往是对液 压系统的整体选用，保证油缸的质量、产品的一致性和好的售后服务。随着自卸 车的发展，油缸企业发展迅速，竞争激烈。这些企业中包括国内品牌的湖北佳恒， 外资企业的扬州海沃等，其中海沃作为全球最大的自卸车液压系统供应商，其产 品以质量可靠、稳定性好、型号系列齐全等赢得用户青睐。 自卸车用液压缸作为自卸车自卸机构的关键部件，要进行严格的出厂试验。 有的厂家将该液压缸直接装在自卸车上实际运行试验，这种方法虽然工况真实， 但装拆相当麻烦，且由于受实际车辆车箱的限制，难于实现超负荷试验。由于现 在的自卸车采用的是前顶式因此自卸车油缸采用三、四、五级油缸，油缸的行程 都比较长，因此若采用简单的对项式油缸实验台，其试验台的长度就达十几米， 不仅占地面积大，而且试验台台架的设计、加工成为难点，因此不能简单的采用 基本对顶式试验台。 从检索的相关文献中【7 卜【1 2 j 彳艮少有专门用于对前顶式自卸车油缸进行性能检 测的试验台，其他的液压缸检测系统自动化水平低，检测设备简单。很多文献中， 只对试验台的结构，液压系统进行介绍，只对试验的个别项目进行分析，很少有 对控制方案和控制程序进行设计的。有关的试验标准有所更新，国标中的液压 缸试验方法和行业标准中的自卸车液压缸技术条件分别在2 0 0 5 年和2 0 1 0 年有所更新，一些试验内容发生变动，而很多文献中仍旧按照以前的标准，不能 满足相关要求。另外从检索的论文中看，很少有采用计算机控制技术、电液比例 技术、传感器技术现结合的检测系统。从相关企业的检测技术来看，一些企业没 有检测系统，对油缸的检测在自卸车上进行，大多数企业的检测设备比较落后， 若用这些检测系统对自卸车油缸进行出厂检测存在的问题有： ( 1 ) 自动化程度不高，测试精度低；人工控制的检测系统，检测条件控制不 准确，如液压系统的温度等，造成的结果是检测的结果不准确，检测数据大多采 用人工分析，随机性大，结果不准确。 ( 2 ) 自卸车液压缸所依照的相关的国标中的液压缸试验方法和行业标准 中的自卸车液压缸技术条件有所改变：另外现有的检测设备不能完成相关标 准中规定的对多级液压缸出厂检测试验项目的检测，如负载效率试验等。 ( 3 ) 采用传统的油压控制系统不能很好的控制对油缸的加载，对于多级油 3 武汉理工大学硕士学位论文 缸，每级缸活塞面积不同，每级缸的长度不同，人工控制时不能准确的控制加载 缸对被试缸的加载。 ( 4 ) 人工控制的检测系统，不能形成闭环控制系统，不能对系统不当的工作 条件进行报警，如油箱的液位低等。 ( 5 ) 现有检测系统的液压阀件为了尽量保证实验数据的准确性，从而导致 系统操作复杂，另外人工操作的每个保证检测的连续性，系统操作人员工作量大， 检测效率低。 ( 6 ) 液压缸试验台能够检测的液压缸的行程较小，无法对前顶式自卸车油 缸进行检测。 由于我国的自卸车生产技术大都是引进国外的技术，国外的自卸车生产和使 用已经相当成熟，而油缸的生产国外的要比国内的先进的多，油缸的质量和密封 性能都比国内的要好，相同行程和形同举升重量的油缸，外资企业的要比国内的 油缸自身重量上轻三分之一，且油缸的密封性能还要比国内的好。油缸质量性能 的好坏表明了油缸试验检测技术的重要性。从相关文献中【1 3 】。【1 6 1 ，了解到国外一 些企业对油缸的检测有自己的标准，另外油缸的试验台自动化水平高，油缸设计 理论充足，对油缸的性能检测比较全面，对油缸的质量检测要求比较高。 综上所述，国内的自卸车油缸检测比较落后，检测设备自动化水平低，对油 缸检测质量要求不够，检测效率和检测精度不够，对大行程油缸检测的研究较少； 另外采用电液比例技术和传感其技术设计液压缸检测系统的研究较少。国内在自 卸车油缸生产和对油缸进行综合性能检测方面与国外相比有一定的差距。 1 4 本课题主要研究内容 1 4 1 本课题要实现的目标 对于目前国内自卸车市场上前项式自卸车使用数量的不断增加，另外前项式 自卸车油缸的行程较大的特点。另外国内对长行程自卸车多级油缸的研究较少， 试验台检测水平较低。本课题通过对国内前顶式自卸车油缸的通用结构进行分 析，对油缸的常见故障将进行总结，通过电液比例技术、计算机控制技术和传感 器技术结合，设计出一套工作效率高、测试精度高的自卸车油缸综合性能检测检 测系统。系统设计的目标如下： ( 1 ) 系统稳定性高。系统的设计目的是对自卸车油缸进行出厂检测，对油缸 的质量进行控制，这就要求对下线的每一各油缸进行检测，检测的任务量大，因 此若检测系统的任何一个环节出现问题都会影响生产进度。 4 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 系统的检测范围广。油缸的型号不同，级数不同，油缸的行程不同。前 项式自卸车油缸一般的油缸级数为三、四、五级，油缸的行程在三至七米之间。 另外油缸给级缸的缸径不同，油缸的最大举升力也不相同。这就要求试验台能够 根据不同的油缸型号作出调整。 ( 3 ) 系统检测项目全面，检测数据能够正确反映油缸质量状况。本课题所设 计的自卸车油缸检测系统是油缸出厂试验性能检测，是油缸质量状况的反映。检 测项目能反映出油缸是否达出厂的质量要求。 ( 4 ) 系统自动化程度高。可手动自动完成检测，检测效率高，能对试验条件 进行控制，在出现不符合试验条件时，系统能够报警。另外对数据的采集计算快 速化，以方便对产品的质量进行分析。 ( 5 ) 采购、运行成本低。本课题虽然对自卸车举升油缸试验台在自动化，智 能化方面有所改进，但资金和运行成本问题往往是阻碍企业上马新型自动化较高 的试验台的最大障碍。研究低成本并且满足检测要求的试验台，将大大推进自卸 车试验台的普及及自动化在试验台中的应用。 1 4 2 本课题的研究内容 本课题所设计的试验台是举升油缸出厂检测试验台。出厂试验是在产品出厂 前判定产品合格与否时所采用的方法。自卸车油缸试验时，试验项目和试验方法 按g b t1 5 6 2 2 2 0 0 5 液压缸试验方法0 7 1 和行业标准q c t4 6 0 2 0 1 0 自卸汽 车液压缸技术条件【l8 j 进行。另外本文还将对前顶式自卸车举升油缸自身结构 和油缸在生产、使用时常见的故障进行分析，以方便对试验台的结构设计和分析 检测的重点。本文研究的内容如下： ( 1 ) 结合国内通用的前顶式自卸车油缸的机构，参考国家有关标准，确定油 缸的加载方案，以及确定油缸的装夹形式。 ( 2 ) 根据有关标准，并参照油缸常见故障的分析，确定试验台的检测项目， 根据检测项目设计液压回路。 ( 3 ) 对控制方案进行分析，利用计算机技术、电液比例技术和传感器技术使 检测系统能够形成闭环回路，从而保证系统能够稳定运行。 ( 4 ) 针对各个实验项目的试验动作，设计相关项目试验运行程序，基于相关 软件，设计试验的操作界面。设计试验运行所数据库，以方便试验结果分析和打 印质检报告。 ( 5 ) 对试验台进行调试，运行试验台，分析各个项目试验运行结果，并分析 试验台是否达到设计要求。 5 武汉理工大学硕+ 学位论文 第二章自卸车油缸检测系统的理论依据 2 1自卸车举升油缸的结构特点 自卸车的举升油缸多采用多级油缸，特别是前顶式自卸车要求油缸的行程更 长，多级油缸以其紧凑的结构和伸出时的长行程，使其成为前顶式自卸车油缸的 首选1 1 9 1 。 自卸车常用的多级油缸结构类型包括：单作用活塞式多级液压缸、单作用伸 缩套筒液压缸和末级双作用伸缩套筒液压缸。其中单作用活塞式多级油缸常用在 中顶式自卸车中，一般的前顶式自卸车油缸用单作用伸缩套简液压缸。该类别油 缸的油缸级数在三、四、五级，油缸的行程较大，自卸车有该类别油缸行程一般 在4 - - 7 m 之间。以四级油缸为例，前顶式自卸车常用油缸结构示意图如图2 1 所示。 意夏儿b ?7 7 ? ? 嚣? ，；，l ? ? 。? j ，? ? ，。一l ；，箬。，。，。，。，；。，孝? 争勃勿 葑in 刀、 心j 七彳 ir 寸 i i l e 一叫 l j l 一底盖2 一下套筒轴销3 一卡簧4 一下套筒 5 一上套筒轴销6 一上套筒7 一各级缸筒 8 一活塞筒9 一密封圈1 0 - 锁紧螺母 图2 1 自卸车用单作用伸缩套筒液压缸结构示意图 在单作用伸缩套筒液压缸中各级缸筒和活塞筒起举升作用，基筒和套筒对各 级缸筒起保护和防尘作用，各级缸筒尾部的卡簧其限位作用，基筒和套筒上的轴 销分别安装在自卸车的底盘和车厢上，在油缸的各级缸筒和活塞筒伸出时，将车 厢举起，实现自卸车卸货功能。 2 2 举升油缸常见的质量问题分析 在液压工程机械中，液压缸作为常用的一类执行元件，是将液压能转化成机 械能的能量转化装置。其运行故障的发生，往往和整个液压系统有关，在分析液 6 武汉理工大学硕士学位论文 压系统故障时应从整个系统中找问题，但在液压缸试验台中时假设液压系统完全 正常的情况下对油缸进行测试，因此本文仅分析液压缸自身的故障进行分析。液 压缸常见的故障现象有油缸不举升、速度达不到规定值、液压缸产生爬行、缓冲 装置故障、液压缸有外泄漏等，下面对各种情况进行分析。 2 2 1 油缸不举升 对于油缸不举升问题，在排除液压缸的结构问题和液压系统的故障后，油缸 不举升表现为： ( 1 ) 密封件的失效。密封件失去密封效果，导致泄漏量增大，不能提供足够 的举升压力，造成油缸的不举升。 ( 2 ) 油缸活塞筒和各级缸筒损坏。油缸在加工过程中未能很好的保护各级缸 筒和活塞筒，缸筒上有划伤，或在油缸工作时，各级缸筒的配合不好造成缸筒的 划伤，导致泄漏量大。 ( 3 ) 活塞筒和各级缸筒移动的“别劲”。液压缸装配不良，或装配误差过大， 造成活塞筒和各级缸筒与缸盖之间的同轴度差。 2 2 2 速度达不到规定值 油缸速度达不到规定值，是由于在液压系统提供的压力不足【2 们，使油缸的 举升力达不到要求，或者是供油量不足造成。除去液压系统的故障，油缸速度达 不到规定值的原因为： ( 1 ) 内泄漏严重。密封件破损严重，这种现象在负载大的油缸中比较常见； 油的粘度太低，油温过高，使内泄漏量增大。 ( 2 ) 外载荷过大。油缸的设计和选用错误，多级油缸每级油缸的有效活塞工 作面积不同，在油缸工作时油缸的每一级的最大举升力不同，在设计和选用时应 考虑到每级油缸的最大举升力。 ( 3 ) 油缸内部“别劲 使动作阻力增大。这种现象指的是，油缸的速度随着 行程的位置不同而有所下降。这主要是因为加工精度差和装配质量差。装配过程 中不能大力其敲打缸筒，不能用铁锤敲打，防止在油缸装配时对油缸产生损伤。 ( 4 ) 滑动部位有赃物或油粘度系数太大。油缸装配前必须对油缸进行清洗， 油缸表面不能有杂物。油缸的液压系统用油，需要按规定的要求注入相应的油液， 不可混用和换错油液。 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 3 油缸产生爬行 油缸的爬行是指液压缸在低速运动中，出现一快一慢或一跳一停、停止和 滑动相交替的现象。油缸产生爬行的原因包括： ( 1 ) 油缸转配不良或油缸活塞杆运动“别劲”。装配时装配间隙过小，在装 配过程中同轴度，平行度达不到要求，都有可能使油缸产生爬行现象。 ( 2 ) 油缸承受横向载荷过大或缸筒弯曲变形。在使用过程中使用不当和材料 不合格造成这种现象的发生。 ( 3 ) 油缸内有空气进入。在新油缸和修理后的油缸装配好后未排净油缸内的 空气就开始供油，在这种情况下，油缸的压力升高就会变慢。当供油压力能够克 服活塞的静摩擦阻力后，活塞会运动一小段距离，这时活塞的阻力由静摩擦阻力 变为动摩擦阻力，阻力减小使，油缸内的压力再次下降。这种情况下液压缸内积 存的空气相当于储能器作用推动活塞运动。当液压缸的压力降低到无法克服活塞 运动的动摩擦阻力时，活塞就停止运动。这时就需要增加油缸内的油量以提高油 缸内的压力，这期间油缸会停止运动或减慢运动，即表现为油缸的爬行现象。 ( 4 ) 密封。液压缸产生爬行，也可能是密封未达到要求造成的。一般情况下， 液压缸速度在5 m m s 以下运动时，就可能产生爬行现象。所以应在密封的选择 和安装上加以注意，必要时，必须采用特殊的密封形式。 ( 5 ) 多级油缸的活塞筒或各级缸筒表面有拉伤、磨损或腐蚀等。当油缸的活 塞筒或各级缸筒破损严重时，油缸在举升过程中，通过破损处漏油而不能提供足 够的压力，就会出现爬行现象 2 1 1 。 2 2 4 缓冲装置故障 ( 1 ) 缓冲作用过度。缓冲作用过度包括两种情况，一是从活塞进入缓冲行程 开始到活塞停止运动的时间太长，二是进入缓冲行程的瞬间，活塞受到的冲击力 较大。造成这种现象的原因是：缓冲柱塞别劲或动作困难时，将引起烧结现象从 而使缓冲柱塞或者衬套与缸盖上的主通道向配合，它们之间的间隙太小，切断了 工作油液；在柱塞头与缓冲环之间有赃物，这些赃物妨碍活塞的运动，使滑动表 面划伤，出现“毛刺 ，造成缓冲柱塞或衬套运动的不平滑；固定式缓冲装置柱 塞头与衬套之间的间隙过小。 ( 2 ) 缓冲作用失灵。在多级缸中缓冲作用失灵是指在各级缸的行程终点，各 级缸不减速，给下级缸的限位块以很大的冲击力。造成这种现象的原因是：活塞 上的密封件破损导致缓冲腔内的压力升高，工作流体将从此腔向工作压力一侧倒 8 武汉理工大学硕士学位论文 流，活塞不减速，因而起不到缓冲效果；柱塞头或衬套内表面上有伤痕，缓冲腔 内工作液体的流出量增加，此时不能减速，而失去缓冲作用。 ( 3 ) 缓冲行程段“爬行 现象。在缓冲行程中出现爬行现象，首先应判明的 是：爬行现象是由缓冲机构造成的，还是由于外部原因造成的。如果是有缓冲机 构原因所产生的爬行现象，大部分是由“别劲”现象造成的。装配不当和加工不 良都可能出现这种现象 2 2 】。 2 2 5 油缸的漏油 油缸的漏油分为内泄漏和外泄漏。外泄漏主要是缸筒与缸盖、缸筒与缸筒 下盖与缸筒、尾级缸头处、缸底、油口处等外部的泄漏，它容易从外部直接观察 出来，是最常见的运行故障，是影响安全、污染环境的重要因素。内泄漏是液压 缸内油液从高压腔泄漏至低压腔以及各种缝隙的泄漏形式。内泄漏发生在油缸内 部，不容易被发现，只有在系统工作时通过其他的一些表现形式表现出来，如油 缸的速度下降、推力不足、油温升高或工作不稳定等形式。液压缸的内泄漏一般 出现在活塞与活塞杆的静密封部分，或缸套内壁与活塞之间的动密封部分。泄漏 具体表现为元件和密封件的结合面等处的油液泄漏，应引起足够的重视。 液压油缸的泄漏很多情况下是在使用一段时间后产生的。泄漏现象的出现 从表面上看，多为密封件的损坏、失效，密封件的挤出，或元件密封表面的拉伤 等造成的。主要原因有：油液污染、装配不良、密封件安装差错、密封压件未安 装好、密封表面粗糙度不当、密封沟槽不合格，配合件间隙增大、管接头松动、 密封圈变质、油温过高等。以下对几种主要情况产生的漏油现象进行分析田】。 ( 1 ) 装配不良。装配过程中活塞杆与缸筒、缸筒与缸筒之间的不同心都会是 活塞杆伸出时困难，加速密封件的磨损；装配工作台的平行度达不到要求，转配 质量差，加速密封件的磨损；安装时密封件有破损，密封件装错或漏装；装配过 程中清洗不彻底，清洁度超差等都可能导致油缸的漏油，或在使用一段时间后的 漏油现象。 ( 2 ) 密封件件的质量问题。常见的密封件质量问题有：密封件的管理不当； 密封件的胶料性能差，不耐油或胶料与油液相容性差。如果管理不当就会造成密 封件的质量问题。在保管、运输时受到高温，引起密封件材料变质；强阳光臭氧、 放射线引起密封材料的变质；缺乏适当的保存方法，使密封圈变形；长期存放引 起密封材料的老化等。制造密封件常用的材料是橡胶，它应具有耐油性、耐热性、 耐寒性、耐压性和耐水性，并具有适宜的耐磨性。选用的橡胶材料的密封件耐油 性能要强，一般采用标准试验油，按试验标准规定的温度条件和试验时间下浸泡， 通过对浸泡前后测试值，评价其性能。同时也应当注意油液的选用，若油液选用 9 武汉理工大学硕士学位论文 不当，会造成密封环与油液相容，加速密封件的老化和磨损，同时会对油液造成 污染。 ( 3 ) 活塞杆和沟槽加工质量差。活塞杆、各级缸筒表面粗糙，活塞杆头部倒 角不符合要求或未倒角，密封沟槽尺寸及精度不符合要求等都可能导致油缸的漏 油现象。 ( 4 ) 活塞杆拉伤或各级缸筒表面的拉伤。防尘圈老化、失效，浸入砂粒、切 屑等赃物，在油缸运动过程中造成油缸活塞杆和各级缸套的拉伤，另外活塞缸与 缸筒之间的配合太紧，使活动表面产生过热，造成活塞杆表面铬层脱落而拉伤等， 即可导致油缸的漏油现象【2 4 j 2 2 6 其它的油缸故障 除了以上的常见故障外，还有其他一些油缸故障表现为：油缸不能够完全 举升，油缸的拔缸现象，缸筒不按顺序举升，油缸不下降，油缸下降不到位，油 缸抖动等1 2 5 j 。 ( 1 ) 油缸不能够完全举升。油缸的严重超载和气压过低是造成这种现象的主 要原因。 ( 2 ) 油缸的拔缸现象。一级缸筒从外缸筒内脱出。造成这种现象的原因是： 材料不合格，强度差，易变性；外缸筒加工不合格，退刀槽位置个别存在倒角现 象；设计采用的精度等级较低，配合间隙大；整车限位阀失灵，造成举升到最高 位置时的瞬间高压；整车液压系统无过载保护装置，且用户严重超载，引起整车 液压系统压力剧增，外缸筒承受的压力最大，造成缸筒变形，内孔变大；用户高 档快速举升，造成各级缸筒与缸筒间的碰撞力增大，加速了缸筒的磨损。 ( 3 ) 油缸的不按顺序举升。油缸的弯曲变形是造成这种现象的主要原因。用 户使用不当；原材料材质不合格即原材料的抗弯曲强度差造成油缸的弯曲变形从 而导致油缸的乱缸现象。 ( 4 ) 油缸不下降。油缸的各级缸简之间，油缸与车厢之间产生“别劲 导致 车厢的自重不能使油缸下降。造成这种现象的原因是：使用不当和原材料不合格 造成的油缸缸筒变形；车厢或稳定架变形。另外油缸的排气不畅也可能造成油缸 不下降。 ( 5 ) 油缸下降不到位。外罩与外缸筒干涉，造成油缸落不到位。造成这种现 象的原因是：大螺母的松动，造成外罩偏斜；用户使用过程中，润滑不到位，造 成转动部位烧死；车辆使用后，油缸支架、大箱、车架等部件变形，使油缸不能 上下自由运动。 l o 武汉理工火学硕士学位论文 2 3 液压缸试验台的试验方法与项目 根据以上的油缸常见故障可以发现影响油缸质量问题的故障主要表现在：油 缸装配时的油缸卡滞、油缸的泄漏和油缸的耐压不足等。对油缸进行测试时可以 依据的试验标准包括国标中的g b t 1 5 6 2 2 2 0 0 5 液压缸试验方法1 1 7 1 标准以 及汽车行业标准中的q c t 4 6 0 2 0 1 0 自卸汽车液压缸技术条件【1 8 】。根据这 两个标准，单作用伸缩套筒液压缸进行的试验可以分为型式试验和出厂试验。根 据本课题的要求，试验台为液压缸的出厂试验，根据标准出厂试验的试验项目性 能要求和试验方法如下。 综合考虑两个标准，本实验台主要进行单作用伸缩套筒式液压缸的出厂试 验，出厂试验的检测项目包括：( 1 ) 试运转试验；( 2 ) 启动压力试验；( 3 ) 耐压试 验；( 4 ) 内泄漏试验；( 5 ) 外泄漏试验；( 6 ) 缓冲效果试验；( 7 ) 限位效果试验； ( 8 ) 全行程试验 其中前五项为必检项目，后三项为抽检项目。另外考虑到试验设备成本的影 响，本试验台考虑到自卸车油缸的型式试验项目比出厂试验项目多出两个试验项 目负载效率特性试验和可靠性试验，而可靠性试验的试验操作程序可用泄露试验 的试验操作程序即在额定压力情况下往复运行，只是运行次数不同。因此本课题 增加了液压缸的负载效率试验的试验项目的研制。使试验台既可以进行油缸的出 厂试验，又可进行油缸的型式试验，以减少企业的检测设备成本。 各试验项目的性能要求和试验方法： ( 1 ) 试运转 试运转试验的性能要求为：试验时，油缸必须平稳运行，不得有泄漏现象。 试运转试验的试验方法是：液压缸在空负载下，全行程往复运动五次以上。 ( 2 ) 启动压力试验 本试验的试验性能要求为：不同密封形式不同额定压力的液压缸启动压力小 于一定值。本试验的试验方法是：液压缸在空负载工况下，使液压系统逐步升压 至液压缸平稳运动为止，并记下液压缸启动时的压力值。 ( 3 ) 耐压试验 油缸的耐压性能要求为：油缸在进行耐压试验时，不得产生松动、永久变形、 零件损坏和外泄漏等异常现象；液压缸在耐压试验后，不得出现脱节、失效现象。 试验方法为：根据行业标准不同类型不同额定压力的油缸耐压试验的方法不同， 综合各方面考虑，本实验的试验方法为液压缸处于完全伸出位置时，施加额定压 力1 5 倍压力，保压1 0 s ，若进行型式试验，保压时间为2 m i n 。 ( 4 ) 外泄漏试验 武汉理工大学硕士学位论文 外泄漏试验的试验性能为：进行试运行试验、启动压力试验、内泄漏试验和 耐压试验时不得有外泄漏现象；进行外泄漏试验时，结合面处不得有外泄漏现象。 试验方法是：在进行试运行、启动压力、耐压和内泄漏试验时，检查外泄漏情况； 油缸在额定压力工况下，全行程往复运动2 0 次以上，检查外泄漏量。 ( 5 ) 内泄漏试验 内泄漏试验的性能要求是：在额定压力下，油缸的内泄漏量不得高于一定值。 试验方法是：在额定压力下，使油缸的活塞固定在靠近行程的起始端或末端位置， 保压3 0 秒，测量其内泄漏量。 ( 6 ) 全行程试验 试验性能要求为：测量的油缸的全行程长度值应在一定的误差范围内，本课 题油缸长度较长，油缸的全行程误差范围是3 5 m m 。试验方法是：油缸套筒分 别停留在始端和最大行程终端位置，测量油缸全行程长度。 ( 7 ) 缓冲效果试验 缓冲试验性能要求为：多级油缸必须有缓冲装置，油缸在运行至各节油缸连 接出和油缸自动停止时听不到撞击声。试验方法是：油缸在试运行和全伸时，活 塞筒以5 0 7 0 m m s 的速度运行，测试缓冲效果。 ( 8 ) 限位效果试验 限位效果试验性能要求：本课题所试验的油缸都有限位装置，测量油缸在全 伸时油缸的全行程是否达到全行程试验时的误差要求。试验方法：在额定压力运 行时，油缸以5 0 7 0 m m s 的速度运行，在其全伸时测量其行程长度。 ( 9 ) 负载效率试验 负载效率试验的试验性能要求为：在额定压力下，油缸的负载效率应大于或 等于9 0 。负载效率试验的试验方法是：用测力仪器测量油缸的输出端的力，并 用油压测量仪器测量油缸无杆腔的油压，根据负载效率公式算出各点的负载效 率，绘制负载效率曲线。负载效率公式如下： =二10017 = i p 万a 本课题所测试的油缸为多级油缸，油缸的各级缸的有效作用面积不同，设计 试验和计算时必须考虑到油缸各级的面积。 ( 1 0 ) 耐久性试验 耐久性试验( 可靠性试验) 的试验性能要求为：油缸全行程运行一定的次数和 一定的距离时不得有外泄漏，此后每运行一定次数泄漏量小于一定值。试验时油 缸各级不得产生松动、变形各部件不得出现异常磨损现象。试验方法：油缸往复 运动4 h 以上，试验中不得调整油缸的各部位，出现异常现象，停止试验。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 2 4 前顶式自卸车油缸检测系统面临的问题 本课题要检测的前顶式自卸车油缸的检测系统，因油缸的行程大，多级油缸 的缸径参数多等特点，另外由于本检测系统是对油缸进行出厂检测，因此，检测 系统设计面临着以下问题： ( 1 ) 油缸的行程大，加载方案的选择要合理。由于工业的发展，中重型自卸 车的需求量增大，中重型自卸车大多采用前顶式卸货方式，由于车厢较长一般在 5 m 以上，这就要求油缸有较大的行程，本课题设计的