多级油缸故障分析与排除.pdf

2 0 1 7 年第3 期煤矿机电 5 9 马艳卫 多级油缸故障分析与排除 J 煤矿机电 2 0 1 7 3 5 9 6 1 d o i 1 0 1 6 5 4 5 j e n k i e m e t 2 0 1 7 0 3 0 1 8 多级油缸故障分析与排除木 马艳卫 山西天地煤机装备有限公司 山西太原0 3 0 0 0 6 摘要 针对多级油缸损坏的现象 结合实际拆解情况 判断出故障点为液控单向阀 通过理论 计算 分析 得出液控单向阀的开启比与多级油缸的有杆腔和无杆腔的面积比不匹配 并提出了解 决问题的方法 关键词 多级油缸 液控单向阀 液压系统 特性分析 中图分类号 T H l 3 7 5 1文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 7 0 3 0 0 5 9 0 3 F a u l tA n a l y s isa n dE l im in a t io no fM u l t is t a g eC y l in d e r M ay o n w e i S h a n x i T ia n d iC o a lM a ch in e r yC o L t d T a iy u a n0 3 0 0 0 6 C h in a A b s t r a ct A im in ga tt h ed a m a g eo ft h em u l t is t a g ecy l in d e r co m b in e dw it ht h ea ct u a ls t r ipa n dch e ck f o u n do u t t h a tt h ef a u l tp o in tw a sint h eh y d r a ch e ck v a l v e T h r o u g ht h et h e o r e t ica lca l cu l a t io na n da n a l y s is ith a sb e e n co n cl u d e dt h a tt h eo p e n in gr a t ioo ft h eh y d r a ch e ck v a l v ea n dt h ea r e ar a t ioo ft h er o da n dr o d l e s sch a m b e r so ft h e m u l t is t a g ecy l in d e rw e r eu n m a t ch e d T h es o l u t io no ft h ep r o b l e mh a sb e e np u tf o r w a r d K e y w o r d s m u l t is t a g ecy l in d e r h y d r a ch e ck v a l v e h y d r a u l ics y s t e m ch a r a ct e r is t icsa n a l y s is 0 引言 某型支架搬运车使用双作用多级液压油缸 这 种油缸结构非常紧凑 可实现比传统油缸更长的行 程 但结构比较复杂 成本与加工难度很高 使用液 控单向阀作为液压锁可以保证多级油缸的定位 1 使用中的问题 设备在调试时 一根油缸推出一段距离后不能 伸缩 另一根油缸推出时出现漏油现象 油缸无动 作 经过认真排查管路 确定管路连接正确 机械连 接部分动作灵活 无卡滞现象 通过拆解观察到多 级油缸损坏部位都是一级缸的过油腔存在超压的情 况 导致油缸过油腔憋涨变形损坏 1 1 多级油缸的结构 多级油缸的结构如图1 所示 t 山西省煤基重点科技攻关项目 M J 2 0 1 4 1 4 1 一缸底 2 一一级缸活塞 3 一二级缸活塞 4 一一级缸活塞杆内筒 5 一一级缸活塞杆外筒 6 一缸体 7 一一级缸缸盖 8 一二级缸缸盖 9 一二级缸活塞杆 图1多级油缸的结构示意图 多级油缸伸出时 压力油从A 口进入 一级缸 活塞2 向左运动 油缸腔内的油液由B 口回到油 箱 一级缸活塞2 运动到位后 从A 口进入的油液 经过E 口推动二级缸活塞3 向左运动 有杆腔内的 油液通过C D 口 一级缸活塞杆分内外两层 中间 有过油通道 C D 口通过此通道相互连通 与曰口 相通 回油箱 多级油缸收回时 压力油从曰口进 入 经D C 口到二级缸活塞杆腔的环形面积 使二 级缸活塞杆9 收到位后 曰口的油液进入一级缸活 6 0 煤矿机电2 0 1 7 年第3 期 塞杆腔的环形面积 一级缸活塞杆缩回 多级油缸整 体收回 1J 将多级油缸拆解后看到 油缸都是一级缸活塞 杆外壁损坏 说明压力油液聚集在一级缸活塞杆的 过油腔内 c D 口相互连通流道 从油缸的整体 结构看 此处壁厚最薄 是油缸的薄弱点心1 1 2 液压系统工作原理 通过仔细检查 确定油路连接正确 油缸内比较 干净 尤其是一级缸的过油腔内无切削的铁屑和生 锈的铁皮 排除了多级油缸加工 装配的问题 需要 分析与多级油缸有关的液压系统 查找油缸过油腔 憋涨损坏的原因 多级油缸在液压系统中的工作原理如图2 所 示 液压泵2 提供的压力油液经过手动换向阀3 的 控制 进人多级油缸的A 日口 当多级油缸伸出 时 压力油液经阀的A 口进人多级油缸的A 口 同 时通过液控单向阀4 的控制P 口 压力油开启单向 阀 使B 口的油液经过液控单向阀P 口到P 口 流 经手动换向阀3 的B 口回油箱 当液控单向阀4 不 能及时打开时 油液不能回到油箱 多级油缸就变为 了增压油缸 有杆腔就会聚集超高压 极有可能导致 多级油缸损坏 气 1 一油箱 2 一液压泉 3 一手动换向阀 4 一液控单向蒯 5 一多级油缸 图2多级油缸液压系统工作原理图 1 3 液控单向阀的特性分析计算 液控单向阀原理示意图如图3 所示 当多级油 缸伸出时 手动换向阀的A 口的压力油在进入油缸 的同时进人到液控单向阀的P 口 将控制活塞顶 起 并将阀芯顶开 使P 口和P 口反向沟通 其 受力情况可用式 1 表示 图3 液控单向阀原理示意图 P 2 A 2 一F l P l A l 疋 M P 3 A 2 一A 1 F 1 式中 P 控制油压力 P a A 控制活塞面积 m 2 E 控制活塞的摩擦力 N P 油缸腔压力 P a A 阀芯面积 m 2 F 阀芯的摩擦力 N 肛一阀芯的重量 N P 回油背压 P a t 弹簧力 N 控制活塞和阀芯的摩擦阻力及阀芯的重量都较 小 选用大通径的手动换向阀 回油背压几乎为零 液控单向阀的弹簧刚度较小 与系统压力相比 上 述几项可以忽略不计 3 圳 式 1 可以简化为 4 P 2 P 1 A 2 设开启比n 鲁 则P 瓦P 1 2 多级缸的无杆腔压力与液控单向阀控制油压力 相等 有杆腔的压力为P 多级油缸的受力平衡方 程为 P 2 S 2 P l S l F 3 式中 I s 多级油缸的一级活塞杆腔的有效作用 面积 m 2 s 多级油缸的一级无杆腔的有效作用面 积 m 2 F 油缸载荷 N 当油缸空载时 有 n y 睾 4 0 1 可知当液控单向阀的开启比大于面积比时 才 能打开液控单向阀 油液才能反向流动 多级油缸 2 0 1 7 年第3 期煤矿机电 6 l 为了满足二级缸输出力的要求 常将一级缸活塞杆作面积比 一般情况下液压缸的面积比值范围为 直径设计得眠当 叫捕控单向 皂正1 的 7 毗5 1 0 匕嚣篆鬻鬣是巍黧姜省 常开启 一级缸活塞杆的有杆腔内压力增大 最终导比和油缸的面积比不匹配 就会出现液控单向阀锁 致多级缸一级缸的过油腔损坏 1 死的现象 导致油缸不能正常工作 2 改进设计 盖彳篆觉 液压工程手册 M E 京 机械工业出版社 1 9 9 选用开启比较大的液控单向阀 或者设计多级 2 路甬祥 液压气动技术手册 M 北京 机械工业出版社 缸时有意增加有杆腔的环形面积 从而减小多级油 3 荔 液控单向阀的应用特性分析与计算 J 工程机械 1 9 9 0 缸的面积比 带有预泄压功能的先导式单向阀开启 1 4 5 4 8 比比较大 可以满足使用要求 4 纪平 液控单向阀开启与锁紧压力控制特性分析与应用 J 3结论 5 李云 李荣 高兴利 液控单向阀锁死的原因分析与研究 J 堡兰孝暨嬲挑登登埋壁碧重尊壁竺作者嚣篙翟愚 2 9 4 6 3 6 觚5 电产 工作面积比 在条件允许时 尽量将多级油缸的活塞 品的开发与 矗作 一 杆直径设计得小些 从而减小有杆腔和无杆腔的工 收稿日期 2 0 1 6 0 8 一1 7 责任编辑 陶驰东 上接第5 8 页 6 2四层小波包结果分析 参考文献 小波包分析的层数设定为四层 算法化简结果 如表4 所示 表4四层小波包分析化简决策表 由表4 可见 在四层小波包算法化简的结果中 最多只需要两组特征值即可实现故障的判断 分别 是第1 组频段和第8 组频段 若频段1 0 频段8 1 断条数量为1 根 若频 段1 1 频段8 0 断条数量为3 根 若频段1 1 频段8 1 为电动机偏心故障 若频段1 0 频段8 0 为正常电动机情况 7 结论 利用小波包分析和遗传算法的电动机故障诊断 方法通过对决策表的化简表明 可以较快地明确电 动机存在的故障类型 提高对电动机故障诊断的效 率 但不足之处是 对于不同层小波包分析的诊断依 据不同 其诊断依据的适用范围窄 1 孙娓娓 王春生 姚云飞 基于自适应遗传算法的粗糙集属性 约简算法 J 计算机工程与应用 2 0 1 1 4 7 3 3 4 9 5 1 2 余汉华 何怡刚 刘春梅 基于云 遗传算法的电动机故障诊断 研究 J 电源技术 2 0 1 3 3 7 5 8 0 8 8 0 9 3 杨超 王志伟 遗传算法和B P 神经网络在电动机故障诊断中 的应用研究 J 噪声与振动控制 2 0 1 0 3 0 5 1 5 3 1 5 6 4 张亚楠 魏武 武林林 基于小波包S h a n n o n 熵S V M 和遗传算 法的电动机机械故障诊断 J 电力自动化设备 2 0 1 0 3 0 1 8 7 9 1 5 白洁 基于遗传算法异步电动机转子故障诊断研究 J 大电 机技术 2 0 1 1 1 3 l 3 3 6 杨超 王志伟 遗传算法和B P 神经网络在电动机故障诊断中 的应用研究 J 噪声与振动控制 2 0 1 0 3 0 5 1 5 4 1 5 6 7 吴利春 基于遗传神经网络的故障诊断算法研究 D 辽宁 辽宁大学 2 0 1 2 1 7 2 0 8 卢胜利 开关磁阻电动机系统的故障诊断方法研究 D 徐 州 中国矿业大学 2 0 1 0 5 5 5 6 9 张