小负载液压缸活塞杆漂移故障分析

本文利用AMESim软件对不同的液压系统建立了小负载液压缸仿真模型，根据实际产品参数对液压缸模型进行配置。由于液压缸的内泄漏特性，当活塞杆完全回收、换向阀回到中位后，在一定的时间内出现活塞杆漂移现象，本文针对某型液压缸从内漏量、工作压力、系统背压、静摩擦力4个方面对内泄漏特性的影响开展了研究。结果表明：活塞杆自动伸出的行程取决于伸出时负载和密封圈静摩擦力的大小，完全伸出所需要的时间取决于内泄漏量的大小。最终提出了防止液压缸由于内泄漏特性导致活塞杆漂移故障的措施。

小负载液压缸多数为液压缸水平施力，推动某机构，其负载仅为机构的摩擦力。工程应用上会出现液压缸完全回收后，活塞杆在一段时间内自动伸出现象，即产生活塞杆漂移故障。本文针对活塞杆漂移故障，对液压系统及液压缸的内泄漏特性开展研究。液压缸活塞杆完全伸出后，其内泄漏特性对机构影响较小；液压缸活塞杆完全回收后，其内泄漏特性会导致活塞杆漂移故障，使得装备机构意外活动导致运动副干涉，甚至对设备或人员安全造成较大影响。液压缸的内泄漏特性是液压缸固有特性，其产生的主要原因有：活塞杆、活塞、缸筒之间的同轴度等加工精度差异[1] [2]；活塞表面的圆柱度不满足要求或磨损不均衡时产生偏磨问题[3]；密封圈实际接触应力大于设计应力[4]；密封损伤、油液污染、油温过高、元件老化、使用时间及次数等因素的影响[5]， 其内泄漏量因个体差异而存在差距。

液压缸的内泄漏特性， 可使得执行元件的动力变低、活塞的运行速度变小[6]，甚至在无任何指令控制下，意外动作，导致设备故障或损坏。本文利用AMESim 软件对不同的液压系统建立了小负载液压缸仿真模型，根据实际产品参数对液压缸模型进行配置。本文针对某型液压缸从内泄漏量、工作压力、系统背压、静摩擦力4 个方面对内泄漏特性的影响开展了研究，并提出了防止液压系统或者液压缸内泄漏导致液压缸活塞杆漂移的措施，为故障分析提供了理论指导。

2. 基本数学模型 小负载液压缸在完全回收后，油缸进回油管路完全截止，假设液压系统元件无泄漏，则液压缸活塞杆存在漂移的主要原因在于液压缸内部的内泄漏导致，液压缸内部泄漏示意图如图1 所示。

当活塞杆停止运动后， 由于液压缸有/无杆腔压差及内泄漏现象的存在， 液压缸两腔的压力最终相等， 其液压缸的受力达到平衡，其基本数学模型的受力计算如式(1)所示： ()PSPSSFf×=×−++无杆腔有杆腔负载活塞活塞活塞杆摩擦力 (1) P 有杆腔——液压缸有杆腔的压力； P 无杆腔——液压缸无杆腔的压力； S 活塞——活塞的面积；