解决设计缺陷引起液压系统油温过高故障的分析

1 解决设计缺陷引起液压系统油温过高故障的分析解决设计缺陷引起液压系统油温过高故障的分析 何祥金 摘要摘要 对液压系统油温过高进行多方面分析 并进一步通过 对液压系统终端执行元件的负载受力分析计算和引入热膨胀关系式 分析计算由温度变化引起的终端执行元件配合变化 找出液压系统 油温过高的原因 成功解决了机床液压系统的设计缺陷所引发的故 障 关键词关键词 液压系统 故障 线膨胀系数 1 故障现象介绍 故障现象介绍 机床 OP70 是我公司新投入使用 粗加工柴油机机体 4112 及 4110 机型的后油封和凸轮轴孔的卧式镗床 自从大 批量投入生产以来 每逢炎热天气环境温度高温时 就发 生工件输送系统无动作 卡死现象 但是 每次停机间隔 半小时之后 重新启动又可恢复正常工作 维修人员根据 液压系统油温偏高的特点经多次查找原因 仍未解决问题 加装油温冷却器也未能凑效 2 故障检查 故障检查 2 1 工件输送系统的终端执行元件是液压油缸 工件输送系统的终端执行元件是液压油缸 此液 压系统支路由电磁控制换向阀 单向节流阀等组成 那么 故障检查就从工件输送机构和支路系统液压元件及液压系 统工作参数等方面进行一一排查 1 检查工件输送机构无卡住 阻滞现象 2 2 检查系统压力 6Mpa 正常 油温 70 偏高 3 检查油缸没内外泄漏 系统管路无泄漏 阀组无 泄漏迹象 4 检查电磁控制换向阀 单向节流阀等均无异常现 象 阀芯转换灵活 反应灵敏 迅速 5 手捅换向阀 工件输送油缸无动作 但液压有瞬 时冲击现象 2 2 根据以上检查分析 油缸无动作卡死的可能性最 根据以上检查分析 油缸无动作卡死的可能性最 大 故对输送油缸拆卸进一步检查分析 大 故对输送油缸拆卸进一步检查分析 1 油缸活塞用尼龙制造 测量直径为 79 9mm 用 双 O 型密封圈密封 油缸缸筒内径 80mm 用壁厚 10mm 的无缝钢管加工制造 活塞与缸筒采用间隙配合 配合间 隙为 0 10mm 活塞杆直径 50mm 表面镀铬 这些参数都 是在当时车间环境温度 35 时测量 2 检查活塞杆与端盖导向孔的配合 手可拉动且轻 松灵活 无阻滞现象 缸筒内孔与端盖装配后导向孔的同 轴度为 0 05mm 不致于引起活塞卡死 活塞与活塞杆装配 后的同轴度误差为 0 035mm 活塞杆无弯曲现象 3 组装后用软管连接液压站空载试运行 性能良好 换向迅速灵活 3 3 故障原因分析 故障原因分析 针对以上检查的结果分析 除了液压系统油温偏高之 外 一切都显得很正常 给故障原因分析造成很大错觉 我们就以液压系统油温偏高的特点为突破口 对工件输送 机构液压支路的终端执行元件油缸无动作的可能性原因进 行分析 可能性原因有 3 1 支路液压缸过载运行引起温升 油液的粘度变低 支路液压缸过载运行引起温升 油液的粘度变低 无法拉动负载 无法拉动负载 引入流体力学计算公式核算液压缸是否过载运行引起 系统温升 由于液压缸在拉动负载时 液压缸活塞的有效 作用面积最小 故验算液压缸在额定工作压力下活塞杆最 小拉力为 F AP PdD 22 4 4 80mm 2 50mm 2 6Mpa 18369N 式中 F 活塞杆最小拉力 N A 有效工作面积 mm2 D 液压缸内径 mm d 活塞杆直径 mm P 额定工作压力 Mpa 4 已知 四缸机机体的重量为 153 4kg 1534N 输送机 构重量约 75kg 750N 可见 1534N 750N 2284N F 18369N 说明油缸负载工作正 常 3 2 由于液压缸缸筒与活塞选材不同 在工作中受热膨由于液压缸缸筒与活塞选材不同 在工作中受热膨 胀量不同导致缸筒与活塞随着环境与液压系统温升而配合胀量不同导致缸筒与活塞随着环境与液压系统温升而配合 间隙逐渐变小 加速液压系统的温升 直至最后卡死的现间隙逐渐变小 加速液压系统的温升 直至最后卡死的现 象 为进一步查找主要原因 引入受热变形公式进行计算象 为进一步查找主要原因 引入受热变形公式进行计算 分析 分析 根据液压缸缸筒与活塞选材不同 因运行中的液压系统 产生热量使零件尺寸随材料线膨胀系数不同而产生不同的 变化 引入零件受热尺寸变化公式验算在液压系统最高工 作温度下的热膨胀量 那么 用无缝钢管制造的液压缸缸 筒在环境温度 35 液压系统温升 70 时的膨胀内径为 1 111 ttadD 80mm 1 11 10 6 1 70 35 80 03mm 式中 D1 缸筒在系统 70 时膨胀的内径 mm d1 缸筒在环境 35 时测量的内径 mm a1 钢的线膨胀系数 a1 11 10 6 1 t 液压系统的温升温度 t 70 t 零件测量时的环境温度 t 35 5 同理 用尼龙材料制造的液压缸活塞 在环境温度 35 液压系统温升 70 时的膨胀外径为 1 222 ttadD 79 9mm 1 105 10 6 1 70 35 80 19mm 式中 D2 尼龙活塞在系统 70 时膨胀的外径 mm d2 尼龙活塞在环境 35 时测量的外径 mm a2 尼龙的线膨胀系数 a2 105 10 6 1 t 液压系统的温升温度 t 70 t 零件测量时的环境温度 t 35 那么 在液压系统温度 70 时 D2 D1 液压缸缸筒与 尼龙活塞的配合为过盈配合 其过盈量为 D2 D1 80 19mm 80 03mm 0 16mm 由以上计算分析可知 液压缸缸筒与活塞所用材料的不 同就是故障产生的直接原因 在同等条件温度下 由于线 膨胀系数的不同 引起缸筒与活塞配合间隙随温度的升高 而产生变化 特别是在炎热天气环镜温度变高时 因系统 的散热能力降低 而尼龙的线膨胀系数比钢的线膨胀系数 大 膨胀能力比钢高 所以 液压缸缸筒与尼龙活塞的配 合间隙就会变小 随着配合间隙的变小 运行的摩檫阻力 6 就变大 而运行的摩檫阻力变大就会导致液压系统的温度 进一步升高 这样一来就会形成恶性循环 直至液压缸缸 筒与尼龙活塞的配合间隙过盈到液压力不能再推动活塞运 动 卡死为止 4 故障处理方法 故障处理方法 通过以上的分析可知 用尼龙制造的活塞是造成系统温 升卡死的直接原因 针对液压系统故障有两种解决处理方 法 第一种是 把尼龙活塞改为用钢或铸铁 钢与铸铁的 膨胀系数很接近 制造 第二种是 继续延用原来的尼龙 活塞 但必须进行改造 使活塞能够兼容夏天高温和冬天 寒冷两种气候环境温度下的工作特点 为避免繁琐的计算 我们采用了第一种解决方法 并把原双 O 型圈密封改为内 置 O 型圈的双格来圈密封 且在活塞中部设有塑料导向环 导向 经过改制成带有导向环 用格来圈密封的钢制活塞投入 运行到现在为止 再没有发生过原来的类似现象 系统的 温度也稳定在 50 以下 5 结束语 结束语 液压系统油温过高可由很多原因造成 而由于选材不同 造成的油