液压缸低速爬行的主要原因及解决方法

摘要：液压缸作为液压系统中重要的执行元件，其性能的好坏直接影响液压系统的稳定性，尤其是性能要求高的主机，液压缸的低速稳定性对液压系统至关重要，本文从液压缸低速爬行的现象、产生原因及解决方法作出相应阐述。

关键词：液压缸低速稳定性
一、液压缸低速爬行的现象
液压缸的活塞杆在油压的作用下伸出或缩回时，经常出现速度不均匀现象，并有时伴有振动和异响，从而引起整个液压系统的振动，并带动主机其它部件振动，在主机调试过程中经常出现，有时速度快了，这种现象会减轻。

除因液压系统管路引起这种现象以外，液压缸自身产生的振动也经常引发此类现象。

二、原因分析
液压缸附图：
液压缸低速爬行的主要原因可从以下方面分析（参考液压缸附图）：
１、液压缸有杆腔和无杆腔存有气体而产生的低速爬行，由于气体混在液压油中，在压力的作用下，体积变化，在高压作用下甚至发生气体瞬间爆炸，从而引起液压缸的速度不稳定。

２、液压缸设计间隙不当产生的低速爬行，液压缸内部活塞和缸体、活塞杆和导向套之间的滑动配合间隙太大，引起滑动面的受压不均匀，造成摩擦力不均匀，引起液压缸低速爬行；滑动配合间隙若太小，加上零部件制造存在公差，也会引起滑动面的受压不均匀，造成摩擦力不均匀，引起液压缸低速爬行。

３、液压缸内导向元件摩擦力不均匀产生的低速爬行，液压缸常用的导向材料有ＱＴ５００．７、ＺＱＡＬ９—４、非金属支撑环等，特别是非金属支撑环尺寸不均匀，一些非金属支撑环随油温变化尺寸增大或减小，即在油液中尺寸稳定性差直接造成配合间隙的变化，很容易造成液压缸的速度不稳定。

４、密封件材质问题引起的液压缸低速爬行，液压缸常用的密封材料有丁晴橡胶、聚胺酯橡胶、聚四氟乙烯等，由于材质硬度、强度、跟随性问题，直接影响其和滑动表面的摩擦力，另外对于唇口密封，油压的波动造成密封区与接触面的接触压力产生变化，从而引起液压缸速度的变化。

５、零部件加工精度的影响，液压缸缸体内壁和活塞杆表面加工精度的高低，对液压缸的低速稳定性影响很大。

特别是几何精度影响更大，其中直线度是关键，在加工过程中直线度的保证最难做到，对行程较长的液压缸来说，液压缸缸体内壁和活塞杆表面的直线度是影响液压缸低速稳定性的主要因素。

三、解决办法
１、液压缸有杆腔和无杆腔存有气体而产生的低速爬行，可通过反复运行液压缸达到排气的目的，必要时在管路或液压缸的两腔设置排气装置，在液压系统工作时进行排气。

２、液压缸设计间隙不当产生的低速爬行，可正确设计液压缸内部活塞和缸体、活塞杆和导向套之间的滑动配合间隙，理论上的配合间隙为Ｈ９／Ｎ或Ｈ９／ｆ８，也有Ｈ８／ｆ８的；根据本作者的经验，液压缸的缸径和杆径由小到大，如都按此来设计配合间隙，对于较大缸径（≥２００ｍｍ）和杆径（≥１４０ｍｍ）的配合间隙就显得间隙过大，实际应过程中，这类液压缸的低速爬行现象较小缸径的液压缸出现的多，国外此类液压缸滑动面的配合间隙一般设计为０．０５ｍｍ∽０．１５ｍｍ，从实际比较的结果来看，液压缸的低速爬行问题明显改善。

因此对大缸径的液压缸建议选用这种方法。

３、液压缸内导向元件摩擦力不均匀产生的低速爬行，建议优先采用金属作为导向支撑，如ＱＴ５００－７、ＺＱＡＬ９－４等，如采用非金属支撑环，建议选用在油液中尺寸稳定性好的非金属支撑环，特别是热膨胀系数应小，另外对支撑环的厚度，必须严格控制尺寸公差和厚度的均匀性。

４、对于密封件材质问题引起的液压缸低速爬行，建议在工况允许的条件下，优先采用以聚四氟乙烯作为密封的组合密封圈，如常用的格莱圈、斯特封等等；如选唇口密封，建议材料优选丁晴橡胶或类似材料的密封件，其跟随性较好。

５、零部件加工精度的影响问题，在液压缸的制造过程中应严格控制缸体内壁和活塞杆表面加工精度，特别是几何精度，尤其直线度是关键，在国内加工工艺中，活塞杆表面的加工基本上是车后磨削，保证直线度问题不大，但对于缸体内壁的加工，其加工方法很多，有镗削—滚压、镗削—珩磨、直接珩磨等，但由于国内材料的基础水平较国外有差距，管材坯料直线度差，壁厚不均匀、硬度不均匀等因素，往往直接影响缸体内壁加工后的直线度，因此建议采用镗削—滚压、镗削—珩磨工艺，如直接珩磨，则必须首先提高管材坯料的直线度。

除上述方法外，液压缸的缸体壁厚在允许的情况下，安全系数尽量选大一些，使缸体厚壁增加，特别是高压工况下使用的油缸，以减小油压下的缸体变形，变形后的缸体也会引起液压缸低速爬行。

引言
爬行现象是液压传动中经常出现的不正常运动状态，轻微的爬行使运动件产生目光不易觉察的振动，显著的爬行使运动件产生大距离的跳动。

爬行现象是很有害的，特别是在机床液压系统中，若出现了爬行现象,将严重影响工件表面的加工质量(尺寸精度、定位精度和表面粗糙度)，降低刀具的使用寿命，加速导轨的磨损甚至使机床不能正常工作，特别是不需要人工操作的数控机床，爬行现象还对轮廓精度有更大的影响。

因此,消除爬行现象对于改善机床液压系统稳定性和提高机床加工精度是非常重要的。

1、爬行产生的机理：爬行的机理可用简化的弹簧—物体模型来解释。

见图1，在物体的右侧作用一个恒力F=mgf,，通过一弹性绳索匀低速拖拽物体，弹簧的弹力为kx，当弹簧的弹力kx小于物体的最大静摩擦力m gf时，物体不动；当弹力kx大于物体的最大静摩擦力时，物体开始运动，这时动摩擦系数小于静摩擦系数，摩擦力降低,kx>m gf。

物体快速运动(向前冲)，致使kx又小于m gf，物体停止运动；当弹力kx大于物体的最大静摩擦力时，物体又快速运动。

如此循环，使物体产生跳跃式运动，这就是爬行现象。

图1弹簧—物体模型简化，图2产生爬行的原因及消除措施。

对于机床的爬行，其故障现象各有不同：有有规律的爬行，也有无规律的爬行；有的爬行无规律且振幅大，有的爬行在极低的速度下才产生。

产生这些不同爬行现象的原因各不相同，有些是机械方面的原因，有些是液压方面的原因，有些主要是因油中进入了空气，有些是因润滑不良。

因此，机床设备的维修和操作人员必须不断地总结归纳，及时查明产生爬行的原因才能予以排除。

2.1驱动刚性差的原因及消除措施：当空气进入油液中后，一部分溶于压力油液中，而其余部分就形成气泡浮游在压力油中。

因为空气有压缩性,致使液压油产生明显的弹性,造成驱动刚性差而引起爬行。

空气混入液压系统中的主要原因是：
①在往复运动的零件之间，需要有一定的配合间隙，空气易从这些间隙混入；
②液压管接头松动或密封不严，空气由此进入系统中；
③液压元件的精度差，密封件性能不良而造成各种泄漏；
④吸油管设置不当而吸入空气等。

为消除上述现象，应采取以下措施：
①在制造和修配零件时，严格控制几何形状偏差、尺寸公差和配合间隙；
②紧固各管道连接处，防止泄漏；
③均匀紧固各结合面处的连接螺栓，密封垫应均匀，不允许用多层纸垫；
④油箱中进出油管应保持一定的距离，也可增加隔板使之隔开；
⑤清除附着于滤油器上的脏物，应采用容量足够的滤油器；
⑥油箱要保证足够油液，使之不低于油标指示线；
⑦为了保证系统中各部分能经常充满油液，应在泵出口处安装单向阀，在回油路上设置背压阀；
⑧改进液压系统，设法防止系统中出现局部真空，并设置必要的排气塞或放气阀等。

2.2液压元件间隙大
2.2.1运动件低速运动引起的爬行：运动件低速运动时，一旦发生干摩擦，阻力将增加，这时要求液压泵提高压力，但如果液压泵间隙大而严重漏油，不能适应执行元件因阻力的变化而形成的压力变化就会导致爬行产生。

消除措施是修复或更换液压泵内的零件，保证装配要求的间隙，以减少液压泵的泄漏。

2.2.2控制阀失灵引起的爬行：各种控制阀的阻尼孔及节流口被污物堵塞、阀芯移动不灵活等会使压力波动大，造成推力或流量时大时小而产生爬行。

消除措施是经常保持油液清洁，定期更换，加强元件的维护保养，以防液压油被污染。

2.2.3元件磨损引起的爬行：由于阀类零件磨损使配合间隙增大，部分高压油与低压油互通，引起压力不足。

另外，液压缸活塞与缸体内孔配合间隙因磨损而增大，发生内泄漏，使液压缸两腔压差减小，以致推力减小，致使在低速时因摩擦力的变化而产生爬行。

消除措施是认真检验配合间隙，研配或重做元件，保证配合间隙，并更换已损坏的密封件。

2.3摩擦阻力变化
2.3.1导轨精度低引起的爬行：机床导轨精度差导致局部金属直接接触，油膜被破坏出现干摩擦或半干摩擦，新机床或刮研导轨的机床由于修刮或配磨使金属面接触不良，导轨面上有锈斑，或多段导轨出现接头不平，导轨油槽结构形式不合
理等，都易产生“爬行”。

此外，当导轨间隙的楔铁或压板调得太紧或弯曲也易造成爬行。

消除措施是重新修复导轨，在修刮导轨前，应校正机床安装水平，若两导轨面接触不良，可在导轨接触面上均匀地涂上一层薄薄的氧化铬，手动对研,以减少刮研点所引起的阻力，对研后必须清洗干净，并加上一层润滑油。

安装前要清除锈斑，重新调整导轨间隙的楔铁或压板、配刮，使运动件无阻滞现象。

2.3.2液压缸出现故障引起的爬行：液压缸轴心线与导轨不平行，油缸缸体孔内局部段锈蚀和拉伤,活塞杆局部或全长弯曲,缸筒内圆被拉毛刮伤,活塞与活塞杆不同轴,油缸装配及安装精度差,活塞、活塞杆、缸体孔及缸盖孔的同轴度差,缸筒精度达不到技术要求,活塞杆两端油封调整过紧等因素都会引起爬行。

消除措施是逐项检验液压缸的精度及损伤情况,并进行修复或更新。

液压缸安装精度应符合技术要求。

2.3.3润滑油不良引起的爬行：润滑不充分或润滑油选用不当，油温变化、黏度有较大变化或黏度太小或太大等，都会引起爬行。

应调节润滑油的压力与流量，润滑油的流量应适当，否则会使运动件上浮而影响加工精度，润滑油压力一般控制在2MPa~4M Pa范围内。

对润滑油应当有所选择，一般在中、低压往复运动的液压系统中，采用E50=2~3 的润滑油；在旋转运动中，因速度高而温升快，故采用E50=3~3.5的润滑油，在精密机床传动中，宜采用10号液压油；如果移动部件很重或速度很低，则可采用抗压强度高的5号~7号导轨油，因为导轨油中含有极性添加剂，增加了油性，使油分子能紧紧吸附在导轨面上，运动停止后油膜不会被挤破而保证流体润滑状态，使动、静摩擦系数之差极小，有利于消除爬行。

2.4密封件故障密封件故障是引起液压缸或液压马达爬行的重要因素之一。

如受密封材质和油温等因素的影响，密封的动、静摩擦系数之差大，金属零件的密封表面粗糙度过大，接触表面上不能充分形成润滑油膜，密封沟槽尺寸不对，安装与运行方向不同心，密封在槽内扭曲翻转等都可能产生爬行。

消除措施是改善密封件的质量并合理地控制油温，提高金属零件的加工精度，减少安装与运行的同轴度，重新设计油封，减少油封的破损和漏油。

3结束语总之，引起机床液压系统爬行的因素有多种，原因也很复杂，有设计不合理的，也有使用不当的。

因此，在实际应用中，应充分分析爬行故障产生的具体原因，采用不同的措施来消除爬行，从而改善机床液压系统的稳定性和提高机床的加工精度。