液压爬行现象的产生原因和解决措施.doc

液压爬行现象的产生原因和解决措施科学论士云I液压爬行现象的产生原因和解决措施邢承斌(神华黄骅港务公司河北沧州061113)摘要本文针对工程机械,机床等液压设备产生的爬行现象,综合分析了爬行现象产生的原因,并提出了具体的解决措施.关键词液压系统液压缸密封爬行中图分类号:TH137.7文献标识码:A文章编号:1009914X(2011)36007202爬行现象是液压系统中经常出现的非正常运动状态,轻微时出现不易察觉的振动,严重时会出现大距离跳动.液压系统中的爬行现象非常有害,尤其是在磨床液压传动中,执行中若出现爬行,就不能加工出合格工件.例如,磨床作台发生爬行时,则加工件的表面粗糙度增加:另外,像坐标镗床对工位要求极高的机床若产生爬行,很难做到精确定位.因此,消除爬行现象对于改善液压传动稳定性以及提高机床加工精度是十分必要的.爬行现象通常发生在低速运动中.出现爬行一般与载荷大小,滑动表面压力,较劲或供油状况等问题有关.出现爬行现象后,除了要查明液压油本身的问题外,还必须对其外部条件加以研究,以便进行总体分析.1液压缸运行阻力过大l较劲l它是出现爬行现象重要原因之.下面就其原因进行分析.由于装配不当引起的较劲现象.这种情况极易发生,因此液压缸在装配过程中,必须严格执行装配工艺.缸体在装配后,活塞杆及活塞运动时,不应受弯力,扭力的作用,密封件阻力大小适宜,润滑良好等.因负载反作用力使缸体歪斜.此种情况是在液压缸:L作时产生的,无载倚情况下,一般无法检查.安装在地脚上的缸体,因地脚刚的性不够,产生的挠性变形就是属1:这种情况.检查方法是:在缸体与载荷之问,连接牵引力测试仪,或在活塞杆滑动部分的顶部贴上应变仪传感器进行测试.求出缸体实际运动时产生的拉力与实际载荷的差值,即可确定.大行程缸体的较劲情况.卧式大行程液压缸,当活塞从液压缸最里位置或最外位置开始动作时活塞杆的工作条件处在最不利的情况,特别是第一种情况.因为活塞杆的自重产生一个倾斜力矩,引起活塞滑动部分两端的接触压力急剧升高.在活塞杆的衬套上同样存在这种情况,活塞杆的扭矩作用在衬套滑动部分两端的局部圆面上,形成了很高的表面接触力.因而产生滑动面断油,产生爬行现象.活塞进入缸体最里位置时,产生的活塞面压力急剧增高,从外部结构上看,没有解决办法.因此为防止或减少面压增高,应尽量减轻活塞杆的自重,增加活塞的截面积.缸体内壁与衬套的烧结现象.上述情况进一步发展就可能发生烧结现象.如果缸体内有异物,会加快烧结的发生.烧结位置的工作阻力增大,此时的缸体将不能平滑动作.2密封件对雇行故障的影响缸体产生爬行故障很大程度上手的密封件的影响.通常情况下.当缸体速度速度在5mm/s以下时,必须防止爬行故障的产生.假如通常解决办法无效的话,必须考虑密封圈的选型问题.必要时应采取特殊的密封形式.为了应对爬行现象的产生,密封件需具备以下基本条件:a.密封材料的静摩擦力与动摩擦力差值越小越好,同时具有负阻力特征,即当随着滑动速度的增大阻力也增大:b.合理的密封结构,滑动阻力要小:c.密封件有足够的刚性,拉伸时伸长量要小:0型密封圈0型密封圈是利用强制的挤压作用引起的体积变形而增大接触面压力来实现密封效果的.在低压系统中使用时,因其静摩擦和动摩擦阻力相差较大,很容易出现爬行现象.U型密封圈U型密封圈是在无压力情况下依靠唇缘变形的反作用力产生的面压而达到密封效果的.然而,随着缸内压力的增高,密封圈滑动摩擦部分的面积也随之增大,因而接触面压力也增大,密封效果得以提高,但动静摩擦阻力之差也随之变大了另一方面,由于缸内压力增大也会影响橡胶的弹性,使密封唇缘的摩擦力增大,导致密封圈倾倒使唇缘伸长发生爬行.静摩擦系数比动摩擦系数高,是因为唇缘与滑动面之间的润滑油膜被破坏以及橡胶被指向滑动表面的作用力,压入微观上凹凸不平的表面造成的.防止密封圈倾倒,可采用加支撑环的方法,以保持密封圈的稳定.值得注意的是,一定要选用质量可靠的U型密封圈,如果质量不好的话,密封圈的底边容易滑动,一旦如此,即使在低压状况下也会发生倾倒.V型密封圈V型密封圈在允许少量泄漏的情况下,对密封圈加适当的压紧力,可以在72l科技博览低速运动中使用.但材料选择需要合适,只含丁腈橡胶的V型密封圈刚性差,不宜在低速运动中使用.材质为聚四氟乙烯或皮革的x形圈适用于低速运行.J形和L形密封圈这种密封圈通常采用聚四氟乙烯制作,这种材料的制品刚性好,滑动阻力小,静摩擦和动摩擦的阻力基本没有区别,因此通常用于低速运动的缸体.Y型与Yx型密封圈Y型密封与Yx型密封广泛用于液压设备的液压缸中,既作活塞密封用,又作活塞杆密封用.Y型密封圈和Yx型密封圈在使用过程中,因翻转造成摩擦阻力变化,或因磨损造成密封不好进空气时均有可能产生爬行织物密封填料就是在低压系统中,将浸有石墨和聚四氟乙烯的石棉线涂上以黄油缠在活塞杆的滑动处,活塞杆在低速进给时阻力小,动作平稳,不易产生爬行现象.格来圈格莱圈由一个橡胶0型圈及聚四氟乙烯圈组合而成.0型圈施力,格来圈为双作用活塞密封.摩擦力低,无爬行,启动力小,耐高压,可以不加润滑剂而操作,且化学性能稳定,不会因硫化产生黏合的趋势.格来圈通常是由合成橡胶质的0形密封圈与填充聚四氟乙烯质的方形密封圈的叠加使用构成的,它可分为孔用格来圈和轴用格来圈,但其密封作用是一样的,依其本身的变形对密封表面产生较高的初始接触应力,阻止无压力液体的泄漏.液压缸二l作时,压力液体通过0形密封圈的弹性变形始最大限度地挤压方形密封圈,使之紧贴密封表面而产生较高的随压力液体的压力增高而增高的附加接触应力,并与初始接触应力一起共同阻止压力液体的泄漏.为了防止活塞与缸简直接接触和密封件不受污染物的损害,工业上通常将格来圈与斯来圈(耐磨圈)一起使用,.斯特封斯特封一般由一个橡胶0型圈及聚四氟乙烯圈组合而成.0型圈为实力元件,并对聚四氟乙烯圈起补偿作用.适用于高压和低压系统中的液压缸活塞杆,斯特封为单作用密封,分为活塞用和活塞杆用,具有摩擦力小,无爬行,启动力小,耐高压,沟槽结构简单等优点.目前最新型号为2K型斯特封,材料构成为特康密封圈和O型圈(丁晴橡胶或氟胶),0型圈的工作压力为O-40MPa,使用温度一般在一40一+200(由0型圈的材质而定).斯特封包含一个由得而凯材料制成的圆环及一个弹性体,弹性体用来提供预紧力.得而凯是聚四氟乙烯化合物.其特殊的结构形式,保证它在低压时能有极好的密封效果.可用于往复运动(5m/s),振动和螺旋运动(3m/s)的装置中当两个斯特封串联使用时,可以得到零泄漏的密封效果.使用椽胶密封件,常常在低速时产生振动和爬行,斯特封的启动摩擦力等于或低于动摩擦力,使用斯特封可以消除爬行.由于斯特封有极好的滑动和耐磨特性,所以使用可靠,寿命极长.斯特封也可用在单向外径密封.3缸体内进入空气对穗行的影液压缸内若存在空气,则一开始系统供油时,由于空气的可压缩性强而起到了蓄能器的作用,压力升高速度变慢.当供油压力克服活塞的静摩擦阻力活塞开始启动时,活塞的阻力变为动摩擦阻力而变小一些,缸内聚积的空气压力能推动活塞向前一冲,此时缸内压力迅速降低如果缸内压力降至低于克服动摩擦阻力所需的压力时,活塞停止运动.由于系统继续工作,缸内空气又将被压缩而压力升高,如此反复,便产生了缸体的爬行.这是缸内空气的可压缩性对阻力变化的必然反应.特别是在缸体有负载的情况下,由于负载量的变化,所以只要液压缸内有超量的空气存在,必将产生爬行现象.缸内浸入气体的原因主要有以下几个方面:液压缸内空气未排尽低速运动的液压缸,特别是严格要求不能产生爬行现象设备上使用的液压缸,其工作运动之前必须充分排除空气.有些液压缸中活塞杆的导向套较长,空气不容易排尽.在这种情况下,排气阀设计在什么位置很重要.设计时应注意两个原则:一是设计在最高位置.如横向工作的液压缸;二是设计在易于积气的地方.液压缸内形成负压如果活塞杆采用带唇缘的密封圈,从唇缘里侧加压,则有密封作用.倘若缸内变成了负压,那么密封圈的外侧大气压大于内侧的压力.这时就要从外侧向内侧进人空气.唇型密封圈的密封作用是有方向性的,使用时应特别注意.这种工况下防止缸内出现负压的办法较多,如在回油路上设置背压阀,采用回油节流调速等措施.弯曲的管路中积存空气与液压缸连接的管路有弯曲时,特别是高处弯曲,空气向高处积聚,很难排尽.为了排尽管中的空气,应在管路的最高处安装排气阀.直通管路积存空气在有些液压系统中,液压缸到换向阀之间的管路较长,其容积大于液压缸的容积,如钢铁厂高炉液压系统就存在这种工况.当液压缸工作时,进人液压缸J:作腔的压力油是换向阀到液压缸进油口问管路中的油液,而从液压缸非工作腔排出的油液置换了回油管路中的油液,即回油管路中的油液回油箱,液压缸非工作腔的油液回到回油路中.这样液压缸中的油液只是在管路和缸之间来回运动,并没有参与整个系统的油液循环.这种工况下,油液中的空气很难排掉.为了排除这部分液压油中的空气,应在液压缸或管路的最高处安装排气阀,随时排去积存的空气.液压泵吸油侧进人空气由液压泵吸油工作原理可知,泵吸油侧有一定的真空度,真空度的高低与泵至油箱液面的距离以及吸油管和吸油滤油器的阻力有密切关系.如果泵吸油侧管接头密封不良,空气就会进人泵内.因此随时检查密封状况并适当增大吸油管径将有利于防止空气的进人.如果液压泵的吸人性能差,吸油阻力也降不下来时,应设置低压泵向主泵供低压油.管路中的油液回流现象在一些液压设备中,液压缸安装在比液压泵高得多的位置上,当液压泵停止工作时,管中的油液由于位能的作用向液压泵倒流,最后渗漏回油箱.此时,如果管路有密封不良的地方,空气就容易进人系统.在油流方向一定的油路中,如泵的出油管中,安装单向阖能防止这一现象的产生.此外,如果回油管高出油箱中的液面,排出的油柱冲击液面,使液面泛起波浪,容易使空气混人油液内.如果油箱中油液不足,滤油器局部露出液面时,工作油液和空气一起被吸人到液压系统中.空气进入液压系统,是执行机构出现爬行的主要原因.因此,弄清空气进人液压系统的种种渠道,采取相应的措施,就能减少或消除爬行现象的发生4油液压缩性对爬行的影畸液压油与空气相比,油的压缩性很小,但当液压缸内容积较大(如大型液压机的液压缸),压力又较高时,油液的可压缩性可明显地表现出来,在此种情况下,必须考虑油液的压缩性对液压缸爬行的影响.垂直位置工作的液压缸爬行现象立式液压机中,活塞式液压缸向上运动为工作行程.当液压缸下行回程时靠自重下降(比较大的液压缸),其运动能量(动量)由于工作油液的压缩性而被吸收,使液压缸内压上升.如果活塞的运动速度在某一时刻内大于液压缸的排油量所决定的活塞运动速度时,液压缸回油腔内压力上升,与活塞向下作用力相平衡时,活塞停止运动(此时由于油压作用,密封件的滑动阻力增大).此后由于液压缸仍继续回油,内压力减小,活塞又开始向下运动(密封件滑动阻力减小).如此反复动作,结果静,动摩擦阻力差增大,因此将明显地产生爬iJ:现象.此时可在回油路增设节流调速装置,并增大回油管内径来消除爬行有的立式液压机采用双出杆液压缸,当活塞向下运动时,如果活塞有工作负找,那么因动能变化而形成的背压变化与全部背压相比,所占比例很小,因此,爬行现象也将明显减少.进油节流调速系统中液压缸的爬行现象进油节流调速液压缸工作压力是由外载荷决定的.因为通过节流阀的流h1.-随外载荷阻力的变化而变化,特别是在轻载慢速的工况下,如果进油节流调述没有背压装置,就容易引起爬行.当运动件惯性较大时还会出现前冲现象,但增设背压阀可获得良好效果.5液压元件磨损与油液污染对爬行的影响液压泵内零件的磨损液压系统中液压泵内零件磨损严重,间隙过大,引起输出流量和压力不足或波动而使执行机构产生爬行.例如运动件低速运动时,一旦发生了干摩擦或半干摩擦,则阻力增大.这时要求液压泵提高压力,但由于磨损造成间隙过大,产生严重泄漏,因此系统压力不可能随负载阻力正比变化,使工作台的速度减慢或停止,造成压力不稳定.待压力升高时,达到能克服静摩擦力时,又使工作台向前一跳,此时压力又降低,工作台速度又减慢或停止,这样反复循环形成爬行.要消除爬行故障,应对泵内零件进行修复或更换新件,使零件配合间隙合理,减少泄漏,泵才能稳定工作.阀类元件控制孔堵塞控制阀的阻尼孔或节流口被污物堵塞,滑阀移动不灵活,造成系统压力波动大也会使执行机构产生爬行.例如,溢流阀被杂质污染,使调定压力不稳定,工作台运动波动就大.当节流阀的节流口较小时,油中杂质和污物很容易附着在节流口处,使通过节流阀的流量减小,压差增大.压力脉动又将污物从节流口处冲走,使通过节流口的流量又增加.如此反复,造成爬行故障.所以不难看出,油液污染也是造成爬行的一方面原因,因此减少液压油污染是消除爬行现象的重要措施.科学论坛I液压阀,液压缸内运动件的磨损阀类零件的磨损,使配合间隙增大,部分高压油与低压油互通,引起压力不稳定而形成爬行.液压缸活塞与缸筒内径磨损配合间隙过大,造成内漏,使两腔压差减小,以致推力减小,低速运行时,由于摩擦力的变化而产生爬行.消除间隙过大的办法:对不正常磨损要查明原因,采取相应措施:对正常磨损应及时修复(如电镀),不能修复的应更换新件.6摩擦阻力的变化摩擦阻力发生变化也容易引起执行机构产生爬行,例如,机床导轨精度达不到要求,局部金属表面直接接触,油膜被破坏,出现于摩擦或半干摩擦.使得摩擦阻力不均:或由于刮研,配磨不当,致使金属面接触不良,润滑油膜不易形成而引起爬行.此种情况多见于新机床或新修过的机床.另外,多段导轨由于接头不平整,使运动件在该处的摩擦阻力增加而产生跳动现象.导轨的油槽结构不合理,润滑效果差也产生爬行现象.相对运动件接触面问润滑油不充分或润滑油选用不当,摩擦发生变化,使执行机构产生爬行.近年来,在重型机床和高精度机床上,如大型龙门刨床,立式车床,磨床及镗床等普遍采用静压润滑,低速传动润滑性能稳定,但如果静压导轨的润滑油控制装置失灵,润滑油供给不稳定,也易产生爬行.因此必须保持静压润滑的润滑油压力和流量适当.一般的导轨表面有一层薄薄的润滑油即可,润滑油压力0.050.15Mpa范围内为宜.相对运动的两个物体,摩擦与润滑伴随而生,若两摩擦面问润滑油膜厚度为0,005O.008mm时,运动件问摩擦力将大大减小.提高润滑油的黠度能提高油膜的强度,并对爬行与振动均有阻尼吸收作用.所以对润滑油的选择是非常重要的.通常中,低压往复运动的液压润滑系统中,选用恩氏黏度.E50=23