支腿液压缸工作过程中回缩现象分析

　　支腿是保证轮式挖掘机进行稳定挖掘作业的基本构件，支腿液压缸的好坏直接影响整机的正常工作。在某型轮式挖掘机的使用过程中发现，支腿液压缸在承受额定载荷时，活塞杆出现自行收缩现象(闭锁不好)。

　　为确保该机型支腿的稳定工作，不因油路系统的泄漏造成支腿的收缩，在支腿液压缸原进回油腔上安装了双向液压锁，控制油路见图1。

　　发生故障后，从外观检查并未发现液压缸外漏油现象。因液压缸拆卸较困难。按从易到难的考虑，分析液压锁可能存在密封故障，所以更换双向液压锁，试机故障仍存在。再分析原因可能是液压缸自身故障，对液压缸进行了拆检。拆检中发现：

　　1) 从外观上可见液压缸缸筒中部发生了外凸变形;

　　2)活塞密封圈损坏。

　　液压缸缸筒中部为什么会发生外凸变形呢?该液压缸结构参数为：液压缸内径D=110mm，液压缸外径D1=130mm，液压缸行程为455mm，活塞杆直径d=60mm，正常最大工作压力约为30MPa。根据计算并参照设计手册，缸筒的材料和壁厚均合理。安全系数满足要求，正常工作缸筒中部不应发生外凸变形。结合活塞密封圈损坏我们进行了分析。

　　图2 和图3 是液压缸活塞密封圈未损坏与损坏的两种工作状态示意图。

　　液压缸活塞密封圈未损坏时，液压缸承受外载荷的有效工作面积为活塞面积A1(见图2)。液压缸活塞密封圈损坏后，液压缸大小腔连通，承受外载荷的有效工作面积由原来的活塞面积A1变为活塞杆面积A2(见图3)。在同样外载荷 F 的作用下，双向液压锁的封闭造成支腿液压缸内的压强急剧增加。

　　当活塞承受外载荷时，液压缸内的压强：

　　当活塞杆承受外载荷时，液压缸内的压强：

　　相同工况下且最大负载相同时，有：

　　根据液压缸的结构，有：

　　可见，活塞密封失效后，液压缸支承相同负载时液压缸内工作压强将数倍增加。液压缸缸筒内径变形量^[1]：

　　式中：△D ———缸筒内径伸长量，mm;

　　P ———缸筒内工作压力，MPa;

　　D ———缸筒内径，mm;

　　D₁———缸筒外径，mm;

　　E ———材料的弹性模量，取 E=2.1×10⁵MPa;

　　μ ———泊松系数，取μ=0.3。

　　正常工作时，缸筒内工作压力 P=P1=30MPa时，缸筒内径变形量：