混凝土泵車液壓缸導向套結(jié)構(gòu)分析改進說明

隨著國家2010年底前投資4萬億元拉動內(nèi)需項目的展開，大批建設(shè)工程如鐵路、公路和機場等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的增多， 國內(nèi)混凝土泵車行業(yè)得到了突飛猛進的發(fā)展， 與之相配套液壓缸的市場前景也越來越廣闊。混凝土泵車在工作狀態(tài)時，臂架伸出，液壓缸鎖緊，整個臂架系統(tǒng)是一個懸梁結(jié)構(gòu)，而且要求長時間連續(xù)工作， 其惡劣的工作環(huán)境要求與其配套的液壓缸必須具有較高的安全性、可靠性，液壓缸的質(zhì)量優(yōu)劣直接影響到主機的工作， 而其關(guān)鍵零件之一導向套的結(jié)構(gòu)形式對液壓缸的使用性能起著很重要的作用。
下面，以目前國內(nèi)混凝土泵車液壓缸導向套常用的三種結(jié)構(gòu)形式為例進行對比分析，并提出改進和建議。
1、導向套的三種結(jié)構(gòu)形式對比分析
1.1 整體螺紋式導向套
如圖1 所示。

圖1 整體螺紋式導向套結(jié)構(gòu)示意圖
此種導向套是液壓缸中最常用的一種結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)點為：
(1) 結(jié)構(gòu)簡單緊湊、受空間尺寸影響小。由于對液壓缸速比不同要求的因素，缸徑和桿徑相差不大，此時整體螺紋式導向套便是最好的選擇， 它對空間尺寸沒有特殊要求。
(2) 加工簡便。這種導向套加工主要是車削為主，在最后需要銑出四個槽， 使用扳手擰緊時用。易于加工。
(3) 受力狀態(tài)較好，極細微的軸向及徑向的竄動，不會對主機工作產(chǎn)生大的影響。
(4) 成本低。用料一般是圓鋼或無縫管。其市場價格比鍛件要低很多。
雖然其應用比較廣， 但仍不可避免的存在如下缺點：
(1) 容易導致O 型圈旋合劃傷。液壓缸缸筒加工好后，由于受材料殘余內(nèi)應力及焊接應力的影響，內(nèi)孔圓度公差不好保證，會造成失圓。再加上缸筒端部的內(nèi)螺紋加工時， 二次裝夾需要用百分表校正， 由于內(nèi)孔變形，即便是完全校正了，表仍會不停的跳動，致使操作者無法準確判斷是否已經(jīng)校正在允許的公差范圍，故內(nèi)螺紋與內(nèi)孔的同軸度也不好保證。由于這兩個原因，導向套在旋合時，其外圓極易劃傷缸筒內(nèi)壁，劃傷的內(nèi)壁又會劃傷O 型圈，最終導致液壓缸泄漏。
(2) 由于導向套內(nèi)的密封對桿的摩擦原因，使旋合力矩較大。
1.2 分體壓蓋式導向套
如圖2 所示。

圖2 分體壓蓋式導向套結(jié)構(gòu)示意圖
此種結(jié)構(gòu)形式為導向套外壓一個壓蓋，其優(yōu)點為：
(1) 裝配時導向套不需要旋轉(zhuǎn)，只需旋轉(zhuǎn)壓蓋，最后將導向套頂緊，裝配方便。
(2) 不會產(chǎn)生O 型圈的旋合劃傷。這種結(jié)構(gòu)雖然避免了整體螺紋式的兩個缺點，但在工作時可能會出現(xiàn)如下問題：
(1) 活塞桿極易產(chǎn)生“翹頭”現(xiàn)象。導向套外圓和缸筒內(nèi)孔之間存在配合間隙，再加上支撐環(huán)與導向套、支撐環(huán)與桿之間的間隙，疊加在一起，會有較大的間隙，比整體螺紋式導向套更容易竄動，所以液壓缸工作時，活塞桿可能會產(chǎn)生“翹頭”現(xiàn)象，如圖3、圖4 所示。

圖3 活塞桿傾斜示意圖

圖4 活塞桿瞬間復位示意圖
活塞桿伸出時，由于配合間隙的存在，會傾斜一個角度（見圖3），但到行程即將終了時，活塞觸及導向套，會和導向套完全貼緊， 活塞桿瞬間復位至正常（見圖4），產(chǎn)生翹頭現(xiàn)象，這會給主機的工作帶來不利的影響(2)另一個缺點是必須有足夠的空間尺寸，否則無
法留出壓蓋的空間。
1.3 整體法蘭式導向套
如圖5 所示。

圖5 整體法蘭式導向套結(jié)構(gòu)示意圖
此種結(jié)構(gòu)為導向套端面鉆孔， 并在缸筒端面對應的位置攻一圈螺孔， 最后用螺釘將導向套擰緊固定在缸筒上。優(yōu)點為：
(1) 裝配時導向套相對缸筒沒有旋合，不會造成O型圈的劃傷。
(2) 緊固螺釘可使用氣動扳手，這種結(jié)構(gòu)裝配時，擰緊力矩準確，工作效率較高。
(3) 由于其整體式固定在缸筒上，受力均勻狀況良好。
可以說，這種結(jié)構(gòu)綜合了1.1 整體螺紋式和1.2 分體壓蓋式的優(yōu)點，是值得推薦的一種結(jié)構(gòu)，但其成本偏高，缸筒需要用成本較高的護套焊接式；并且筒上鉆十多個螺孔，其中只要有一個發(fā)生爛牙或其他問題，就需返工修復，嚴重的甚至導致報廢。而且導向套一般采用鍛件，材料成本較高。
2、導向套結(jié)構(gòu)改進的建議
2.1 整體螺紋式導向套
(1) 旋合劃傷的問題，可參考下面幾種方案改進：
1) 在缸筒與接頭油口焊接后進行整體退火處理，改善鋼材的性能后， 再加工內(nèi)孔。筆者曾做過試驗，200mm 缸徑的缸體兩件，材料選27SiMn 調(diào)質(zhì)鋼，上各焊接2 個直徑65mm 的接頭油口， 焊接后直接加工內(nèi)孔。測量的內(nèi)孔圓度，跳動公差達到0.1~0.3mm，缸筒跟本無法使用，直接報廢。后改進了工藝，在焊完接頭后增加了退火處理， 最終測量與導向套配合處的內(nèi)孔圓度，公差值在0.02~0.05mm 之間，效果比較滿意。
2) 可以根據(jù)壓力值，選擇適合的配合公差帶，適當放大導向套外圓與缸筒內(nèi)壁之間的配合間隙。
3) 采用臺階配合結(jié)構(gòu)。
如圖6 所示。

圖6 整體螺紋式導向套改進示意圖
圖6 中與導向套外圓配合的是缸筒內(nèi)增加的一臺階孔。因為該孔與缸筒內(nèi)螺紋是一次裝夾車成，故其同軸度可以得到很好的保證，同時也消除了失圓的缺陷。
(2) 旋合力矩較大的問題，只需在裝配前，導向套密封內(nèi)涂潤滑油，可以得到較好的改善。
2.2 分體壓蓋式導向套
對于“翹頭”現(xiàn)象，必須得到有效的改善。在保證液壓缸的正常使用及裝配條件下， 相關(guān)的尺寸公差必須仔細考慮，選取合適的公差帶，盡量縮小配合間隙，使活塞桿的傾斜角度減小，抑制翹頭現(xiàn)象的產(chǎn)生。
3、結(jié)論
綜上所述， 在進行混凝土泵車液壓缸導向套設(shè)計時，要綜合考慮諸多因素，比如主機實際工況、液壓缸安裝尺寸、同主機連接空間、用戶特殊要求、成本等，最終在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下采用既合理又經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)。 


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