1、收稿日期:2010-07-05作者简介:陈 谦(1959-)，男，高级工程师，具体从事船舶轮机方面工作。技术篇 2010 年第五期 47一种罕见的液压油缸损坏故障陈谦(中国人民解放军海军驻上海沪东中华造船(集团) 有限公司军事代表室，上海 200129)摘要:主要探讨液压油缸发生“爆炸”损坏的现象、原因及处理方法.关键词:液压油缸;故障中图分类号:TH137.51 文献标识码:A 文章编号:1005-8354(2010)05-0047-02A Rare Failure of Hydraulic Cylinder DamageCHEN Qain(Representative Office at
2、Shanghai Hudong-Zhonghua Shipbuilding(Group)Co.，Ltd.，Shanghai 200129，China)Abstract:This paper discusses the occurrence， causes and treatment of the damage of hydraulic cylinder causedby exploration.Key words:hydraulic cylinder;failure液压油缸存在各种各样的故障和损坏方式，但液压油缸发生“爆炸”的现象较为少见，本文主要探讨液压油缸发生“爆炸”损坏的现象、原因及处理
3、方法，以便在设计和施工时避免相同损坏事故的发生.1. 损坏现象受损坏油缸安装在船舶的尾部，油缸的作用是由液压泵站驱动其开启和关闭该船的艉门，在艉门的左右侧各安装一根油缸，艉门的开启是靠其自重，开启的速度靠液压油缸有杆腔内的压力控制，正常开启的过程中艉门带动油缸有杆腔侧的活塞杆缓慢的伸出.故障发生在液压系统调试结束后，进行艉门的开启试验时，当将固定艉门的左右液压插销拔出后，在还没有进行艉门开启操作时，艉门自动快速开启(数倍于正常开门速度向江面运动)，艉门左侧油缸首先与艉门脱开，随后艉门右侧油缸与艉门脱开，并伴随巨大的金属断裂声，失去油缸约束的艉门快速坠落江中.经检查发现两根油缸的耳环与活塞杆脱离
4、(它们是螺纹连接)耳环上的连接螺纹基本拉平，活塞杆伸出缸体约 10mm，耳环内的球形复合轴承碎裂，部分被压入下球座.2. 损坏油缸的拆检损坏油缸送油缸制造厂进行拆检，检查结果如下:1) 油缸的缸盖与油缸筒体连接螺纹受损，因无法拆卸，使用切割方法将其分离.2) 油缸内部剩余的油品发黑.3) 测量油缸筒体的内径发现，位置约在油缸筒体(有杆腔)的 1/3 处，油缸筒体内径比图纸规定的尺寸增大约 7.60mm.4) 油缸筒体内壁扩大部分、活塞杆局部有黄褐色斑痕，活塞密封圈颜色由大红色变浅白色及黑色.5) 解剖油缸活塞杆与耳环的螺纹连接处发现耳环螺纹以丝状保留在活塞杆阴螺纹内.3. 损坏油缸材料分析1)
5、 油缸缸体、活塞杆和耳环的化学成分及力学性能与制造厂提供的资料相符.2) 耳环螺纹与活塞杆贴合程度偏低，收稿日期:2010-07-05作者简介:陈 谦(1959-)，男，高级工程师，具体从事船舶轮机方面工作。技术篇 2010 年第五期 47耳环螺纹(阳螺纹)在失效过程中被拉平，被剪断的螺纹齿高度为原螺纹齿高的 55%，这意味着真正的螺纹贴合面积仅为原齿面的一半左右，经计算此时推应力超过了材料的屈服应力.3) 耳环螺纹截面扫描电镜分析为典型的粘贴断裂4) 橡胶密封圈已经出现气泡，这是由于橡胶在高温时表面发生变化，受热碳化的典型形貌.油缸的内径发生变化，油缸的内径由 360mm 扩大到 368mm
6、，扩大部分材料的屈服强度比没有扩大部分提高了 2MPa5MPa，说明油缸这部分发生过膨胀，在发生膨胀的区域缸体表面有黄褐色斑点，不锈钢材料由金属颜色变化到黄褐色，一般是在温度达到 450550之间发生氧化所致，同侧的活塞杆密封圈橡胶圈经电子探针波谱碳的线扫描对碳的分布进行观测，发现局部碳化，这些现象都表明在油缸体内发生过高温和高压，而对油缸内残留油检测结果表明油样中沉淀物颗粒达到 90%，最高体积百分比达 99.54%，颗粒物是油经高温后产生碳化的结果，也进一步证明液压油发生过不完全燃烧.4. 损坏机理分析油缸的内径发生变化，油缸的内径由360mm 扩大到 368mm，扩大部分材料的屈服强度比
7、没有扩大部分提高了 2MPa5MPa，说明油缸这部分发生过膨胀，在发生膨胀的区域缸体表面有黄褐色斑点，不锈钢材料由金属颜色变化到黄褐色，一般是在温度达到 450550之间发生氧化所致，同侧的活塞杆密封圈橡胶圈经电子探针波谱碳的线扫描，对碳的分布进行观测，发现局部碳化，这些现象都表明在油缸体内发生过高温和高压，而对油缸内残留油检测结果表明油样中沉淀物颗粒达到 90%，最高体积百分比达 99.54%，颗粒物是油经高温后产生碳化的结果，也进一步证明液压油发生过不完全燃烧. 油缸内怎么会发生燃烧，经分析它必须具有以下条件1) 缸体内要有一定的空气存在.2) 缸体内要有快速压缩产生高温的过程在正常的开门
8、过程中，当液压插销拔出后，艉门依靠自重开启，其开启的速度由油缸有杆腔内的油压控制，当此压力满足设计要求时艉门缓慢而平稳的下放，但从油缸损坏的过程分析，插销拔出后艉门快速坠落江面，此时油缸有杆腔内的油压显然是没有达到正常工作时的压力，由于艉门没有受到油缸的约束力，在自重的影响下快速运动，带动油缸的活塞以很快的速度压缩油缸有杆腔(油缸有杆腔的出口装有防止油管破裂的缓冲阀，油缸破裂时，油缸有杆腔与大气直接相通，若油缸有杆腔腔内充满油，活塞是不会快速移动的)，使腔内的容积快速减少，若油缸有杆腔内存在一定量的空气，则空气和液压油的混合物被压缩到一定的体积就会发生“燃烧”.“燃烧”发生后在油缸有杆腔内产生
9、高温和高压气体，高温和高压气体膨胀将油缸活塞以极快地速度反相推动，其产生的力与艉门下坠的方向相反，造成活塞杆与耳环的连接螺纹强度无法承受而损坏，当活塞杆与耳环脱离后，活塞迅速向内收缩撞击到油缸的顶部，造成与缸体铰接的球形复合轴承碎裂.5. 预防与改进措施由油缸损坏机理分析，液压系统和液压油缸中空气的存在和开门时油缸有杆腔缺油(或有一定的空腔现象)是主要因素，如何在设计上避免系统中空气的积聚、在调试过程中将系统中的空气排尽是防止油缸损坏的主要方法，以下是一些必要的措施：1) 缸和液压系统的放气在液压系统调试过程中对液压油缸和液压系统进行放气是十分重要的过程，一般的做法是打开油缸上的放气旋塞或液压
10、系统高点放气旋塞，让油缸来回做收稿日期:2010-07-05作者简介:陈 谦(1959-)，男，高级工程师，具体从事船舶轮机方面工作。技术篇 2010 年第五期 47往复运动将缸体内两腔中的空气排除.但有时调试中为了方便只是反复操作换向阀，活塞并不运动，当管路油压达到一定值时既认为气已放光.这样做的缺点是，液压油缸没有来回做往复运动，缸体内两腔中的空气无法通过放气旋塞排放到油缸外面，根本无法排尽油缸内的气体.2) 液压系统布置的优化由于液压泵站布置的位置较大部份的液压管路、阀件、液压油缸低，当设备长期不运行后，由于管路中的液压油有向油箱运动的趋势，液压控制阀也有渗漏的可能，油箱里的气泡有向高处
11、运动的倾向，综合因素会造成液压管路中的油气增加，管路中的存油减少，从而使设备在第一次运行时发生故障因此在液压系统的设计中要尽可能的考虑系统管路的排气和油气积聚问题，必要时应设置液压系统的自动放气装置.3) 压油缸部件的局部改进从此次事故中油缸的损坏部件油缸耳环来看，它是油缸选型中的薄弱环节(虽然是不正常损坏)，油缸耳环使用螺纹连接的优点是耳环损坏后易于更换，但本油缸螺纹连接的强度储备明显不足，新换的油缸提高了耳环材料强度和改进了螺纹连接.4) 油缸有杆腔内设计压力的保持为了防止开门时油缸有杆腔压力未达到规定油压开门引起损坏油缸故障的发生，在油缸有杆腔回油管路上设置了压力传感器，压力传感器的压力与控制系统进行连锁只有在油缸有杆腔内压力达到要求时，插销和拔销的动作才能进行，当有杆腔内压力未达到规定值时，操作系统不会执行操作人员的指令，从而排除了系统故障和人为误操作可能造成的事故.综上所述，虽然液压油缸发生“爆炸”的现象少见，究其原因却较常见液压系统和液压油缸中的空气没有排尽.液压系统中存在空气的危害性是显而易见的，轻则造成系统效率下降，重则造成设备的损坏，因此在设计和调试中一定要有针对性的措施来排除其危害.参考文献:【1】. 郑文龙，施伟力，魏兰珍.艉跳板油缸失效原因分析M.上海材料研究所，2007(5).【2】. 分析报告.上海润凯油液监测有限公司，2007.
