解决设计缺陷引起液压系统油温过高故障的分析

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1、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】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】液压系统故障线膨胀系数1、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

2、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2.1、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）检查系统压力6Mpa正常，油温70℃偏高。6（3）检查油缸没内外泄漏，系统管路无泄漏，阀组无泄漏迹象。

3、（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

4、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。63、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

5、引起温升，油液的粘度变低，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＝＝π/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）6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

6、＋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：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

7、℃时的膨胀内径为：＝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℃-1t，—液压系统的温升温度t，=70℃t—零件测量时的环境温度t=35℃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：6＝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

8、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℃-1t，—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