提高机械液压缸寿命的方法分析

夏正国,田继强

摘要：液压缸是工程机械液压系统的主要组成部分之一，使用液压缸后一段时间内发生内部泄漏，会导致液压油温度过高、工作效率降低、能耗过高等不良结果，严重时甚至不能移动。这时需要修理液压缸。掌握液压缸维修要点是提高维修质量和效率的有效手段。本文基于影响机械液压缸使用寿命的因素及增加其寿命的方法展开论述。

关键词：工程机械；液压缸；故障诊断；寿命

引言

工程机械是我国装备工业的重要组成部分，主要用于工程建设、交通运输、矿山作业、建筑施工、环境保护等多种领域。液压缸作为工程机械工作装置的执行元件，其故障必将影响工程机械主机工作效率，严重的导致主机停机。活塞杆拉伤作为一种典型的故障，对液压缸的性能影响较大，对其故障进行分析，找到故障修复方法，从而减少损失。

1 影响机械液压缸使用寿命的因素分析

1.1 压力密封选择不合理

液压缸的运行原理是利用液体压强以提供动力，因此，压力密封质量优劣直接影响机械液压缸的使用效果。压力密封不仅能够提高液压缸的质量稳定性，大大降低液压缸发生泄漏的概率，还能有效阻挡外部污染介质，防止发生污染，提高液压缸使用性能。一旦液压缸压力密封产生问题，将直接导致其使用性能下降，液压缸负荷能力会大大降低。但是，在实际设计过程中，不同的压力密封在使用过程中都有一些局限性。例如，采用活塞密封的液压缸非常灵活，能够满足不同压力系数的要求，但是密封效果较差，容易出现内泄漏，影响液压缸使用寿命。

1.2 制造毛刺未处理干净

机械产品在生产制造过程中通常会有一些毛刺残留在设备上，进行总成装配或者零部件清洗入库前，都要将这些毛刺清理干净。部分生产制造商毛刺清理时处理不干净，使得设备上仍然存在一些过度尖角，然后直接进行设备组装。这样组装的液压缸在使用过程中会严重损害密封件，还有可能划伤一些配合工作面，影响其性能。例如，若未清理干净液压缸中的活塞或者导向套上的毛刺，工作时就会损伤缸筒内壁，刮落的物质就成了污染杂质，还会加剧外界物质渗透进入缸内，产生污染。

1.3 装配前未清洗干净

机械液压缸对内部环境的清洁度要求非常高，然而部分厂家装配液压缸前未严格清洗缸筒内孔，或者使用的清洗液存在一定污染，导致液压缸内部会有很多残留杂质，远远超出液压缸的生产设计标准，严重影响液压缸的质量。另外，液压缸外部链接的金属油管通常采用轧制35钢无缝钢管制作而成，这种钢材长期存放容易导致内孔生锈，一些厂家制造液压缸时没有对其进行仔细检查，对生锈钢材未进行除锈处理或者除锈不彻底，直接对其进行焊接，这也会造成液压缸内部污染。

2 液压缸寿命预测研究进展

寿命预测一般包括两大类，一类是基于有限元分析的产品研发时寿命预测，一类是基于产品使用数据的产品使用寿命预测。产品研发时寿命预测主要是利用产品实际工况载荷谱数据，通过有限元分析得出产品寿命数据，可与加速寿命试验相结合进行验证优化。产品使用寿命预测一般是经过大量液压缸全生命周期数据分析并提取相应失效、疲劳等特征数据形成的寿命特征库，以此来进行寿命预测。国内针对液压缸的寿命预测较少，其他机械件相关的寿命预测则相对比较多。

2.1 产品研发时寿命预测

有限元分析是机械类部件常用的分析方法，一般用疲劳分析预测机械件的寿命，基础是静力分析和产品的载荷谱。液压挖掘机工作装置的有限元分析及疲劳寿命预测。利用有限元分析方法预测液压挖掘机工作装置的疲劳寿命。利用ANSYS软件采用流固耦合的方法进行仿真，结合线性累积损伤理论和工作装置的S－N曲线，从而得出工作装置的疲劳寿命。进行了基于载荷谱的挖掘机斗杆疲劳寿命预测研究，介绍了新型载荷谱测试方案、载荷信号预处理方法、载荷谱编谱方法和有限元分析疲劳分析方法，并结合疲劳试验进行修正。为其他机械件疲劳设计提供了参考。

2.2 产品使用过程中的寿命预测

研究基于腐蚀疲劳损伤理论和PSO算法的液压缸体寿命预测与优化，根据疲劳损伤理论，对腐蚀损伤下的液压缸寿命进行预测。并通过实验数据和粒子群算法，采用MATLAB软件对液压缸参数进行优化，提高了疲劳寿命且优化后的液压缸结构具有很好的适应性。

3 提高液压缸使用寿命的基本方法

3.1 提高液压缸的设计水平

液压缸使用寿命与生产商的设计水平有着密切关系，随着科学技术快速发展，液压缸工艺设计也在不断进步。但是，有些厂商为节约成本，不愿意对生产设计工艺进行升级，导致其使用寿命无法提高。从长远看，使用寿命更高的机械液压缸更受市场欢迎，能够为企业谋取更大的市场份额和经济效益。因此，相关企业要组织设计人员不断学习国内外先进的液压缸设计理念和工艺，再结合目前市场需求和企业技术能力进行产品设计。设计人员必须要对国家和行业相关标准非常熟悉，严格参照相关标准，设计活塞以及导向套的密封沟槽。选用质量合格的密封件，确保整个液压缸装置系统都能满足有关标准。另外，在设计液压缸密封方案时，设计人员要充分考虑液压缸的实际使用环境，可以采取先进的混合式密封的设计理念，来有效提高液压缸的密封性能，防止被外部杂质污染，有效提高机械液压缸使用寿命。

3.2 重视液压缸内部配件质量

机械液压缸运行必须依靠一些配件结构进行辅助，生产商选择相关配件时既要考虑适用性，又要考虑市场经济因素。因此，设计人员要对相关配件进行专业测试调研，选择质量过硬、效率高、成本较低的内部配件，从而提高液压缸的使用寿命。如果商家不重视液压缸内部配件质量，使用质量较差的配件，液压缸在使用过程中就会对内部配件造成损害，容易出现各种故障，导致机械设备无法正常使用。经常对设备进行维修，需要花费大量的人力、物力和财力，对生产进度和工作质量也会产生不良影响，严重的甚至威胁使用者的生命财产安全，不利于企业长期发展。因此，生产商在设计生产阶段重视内部配件质量，不仅能够提高液压缸使用寿命，降低顾客后期维护成本，还能够有效提高企业形象和口碑，为企业创造更多的社会效益和经济效益。

3.3 加大维修保养管理

现代工业生产中，很对单位对于工程机械都存在重使用、轻管理的问题。对此，在后期管理中，还应就工程机械维修保养过程进行有效规范，尤其是在液压缸漏油维修中，应注重其拆检核维修方法的有效管理。譬如，当缸筒内表面磨损严重，才有较深拉痕时，应更换液压缸或者采用粘结方式进行修复；同时，还应注重活塞杆、导向套的细致检查，观察其表面粗糙度、行为公差是否满足设计要求。此外，还应加强密封件的检查维修，确保密封件无伤痕，无磨损，尽可能地减少液压缸的泄漏量。

结束语

工业化背景下，机械设备在工程建设生产中的应用不断普遍，较多大型化、智能化设备的应用，有效地提升了工程建设效率，保证了工程建设质量。在工程机械使用过程中，机械故障会直接影响设备的性能和运作状态，就液压缸漏油而言，作为工程机械最常见的故障之一，其发生率占到了机械总故障类型的33%；当工程机械出现液压缸漏油时，不仅会出现爬行、处理不足的问题，而且设备整体保压性能较差，极大的降低了设备的平稳定、可靠性，并缩短了设备使用寿命。新时期，进行液压缸漏油处理已经成为提升工程机械设备运作性能的关键所在。

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