内卡键式液压缸的结构改进

常见内卡键式液压缸的典型结构如图1所示。内卡键安装在缸筒内壁的卡键槽内，其作用是固定导向套，一般在加工成圆环形后，以120°剖切成3等份。内卡键连接的液压缸由于具有强度好、结构紧凑、外形尺寸小、质量轻等特点，得到了广泛应用。但这种液压缸也存在一些严重缺点：一是拆装困难。拆装这种液压缸时，导向套要进入缸筒内一定的深度，直至露出卡键槽或内卡键，才能取出或装入内卡键。缸径较大时拆装更困难，常造成零件破损，有时甚至危及操作者的安全。二是密封件易损坏。装配时活塞密封件要通过卡环槽才能进入缸筒内，活塞密封件常因卡环槽棱角的刮蹭而损坏。

一. 导向套拆装困难的原因及改进措施

1.原因

(1)液压缸挠曲大

大直径的液压缸一般采用卧式拆装，由于活塞、活塞杆、导向套质量大、体积大，在重力的作用下易产生挠曲，导致导向套拉出或推入比较困难。

图1 双作用单活塞杆内卡键式液压缸结构图

(2)零件间的摩擦阻力较大

零件间的摩擦阻力为活塞杆外径与导向套内径、导向套外径与缸筒内径、缸筒内径与活塞外径之间摩擦力的总和。上述零件之间均有密封件预压紧力形成的正压力，且密封件与金属之间的摩擦系数较大，所以摩擦阻力较大。

(3)缸体内容腔密闭

现以拆卸为例说明（见图1）。一般设计制造的内卡键式液压缸L1﹥L3 , L3≈d1。

拆卸时，应将导向套向缸体内推进，导向套向左轴向进入缸筒，只要左移进入L3 ，导向套L2的一部分已将d1油道堵塞，此时导向套的C端面轴向左移还没有露出内卡键，但导向套的E端面与活塞的D端面及缸筒内壁之间已形成密闭容腔。由于腔内有剩余的液压油和气体，若将导向套再向左推进，容腔内的液压油和气体将受到压缩，产生较大阻力。有时导向套推进一点，又会在容腔内压力的作用下反弹回来，使导向套推入相当困难。

由于上述3个原因，拆卸时导向套向内推进相当费力，即使已将内卡键取出，要想全部移出导向套，还需要用外力使活塞外移，同样由于上述3原因，致使导向套移出相当困难。

2009年我们曾承接一台QTZ63型塔机HSGK160/110E-1621型液压缸大修。当时采用卧式拆卸。先将该液压缸用枕木垫平校正，尽量减小杆件的挠曲；再用1台5 t手拉葫芦拉动活塞杆，但是未能将活塞杆拉动；后改用8t手拉葫芦拉动活塞杆，只见活塞杆稍有外移，导向套仍然没有丝毫移出。

分析可能是密闭容腔内气体受到压缩所致。迫不得已，采用大锤振击导向套位置的缸筒的外圆周，由于敲击时挠曲瞬间消除，在手拉葫芦预紧力及容腔压缩气体的推动下，导向套突然飞出，险些伤人，取出的活塞也被拉坏报废。

该液压缸的挠曲变形大、摩擦阻力较大显而易见。但因d1油道堵塞形成密闭空腔（原设计L1>L3，L3≈d1），才是导致导向套拆装更加困难的主要原因。

2.改进措施

为避免拆装困难，在重新设计内卡键式液压缸时，使L3≥L1。新设计的液压缸拆装时，导向套推入直至露出卡键槽或内卡键过程中，L2部分不堵塞d1油道，工作腔通过d1油道始终与大气相通，液压缸内形不成密闭腔体。经检验，新设计的卡键式液压缸拆装顺利。

二. 卡键槽刮伤活塞密封件的原因及改进措施

1. 原因

(1)活塞密封件一般采用唇形、山形、鼓形及格萊封等，都属于预压紧型，安装前在自由状态下，唇口外径都大于缸筒内径几毫米。

(2)卡键槽A侧面与缸筒内壁母线形成90°直角，且倒角（或圆弧）很小。如图2所示。安装活塞时，活塞的密封件通过卡环槽时极易破损，尽管采取一些措施也在所难免，因此装配相当困难。

2.改进措施

首先分析内卡键式液压缸的轴向受力情况（见图1）。

若d1油道进压力油，d2油道回油，活塞杆受拉力作用向左移动。导向套在压力油的作用下，有向外（右）推移的趋势，卡键槽受到向外（右）的剪切和挤压力，缸筒内卡键槽B侧面受到挤压力，卡键槽A侧面则不受力。

若d2油道进压力油，d1油道回油，活塞向右移动，活塞杆受推力作用，导向套也受压力作用，仍有向外（右）推移的趋势，直至行程的终端。在活塞与导向套接触后，导向套受到向外（右）的最大推力，内卡键仍然只受到向外（右）的剪切和挤压力，卡键槽B侧面受到挤压力，A侧面仍然不受力。

根据以上分析，双作用卡键式液压缸无论是伸出或收缩时，导向套始终都有向外（右）推移的趋势，卡键槽B侧面始终受到挤压力的作用，卡键槽A侧面始终不受力。既然如此，完全可以将卡键槽的A侧面设计成如图3的结构。图3中，导入角α=15°~20°，a的尺寸依密封件设计手册的给定值选取。a值一般小于卡键槽的深度，即使a值等于卡键槽的深度，内卡键和导向套也不会向内（左）侧移动，因此这种设计不会影响缸筒强度。

笔者近年来设计制造的各种汽车举升机液压缸就是按照上述方案，并将全部维修过的汽车起重机的液压缸、液压自升塔式起重机的液压缸卡键槽也改为如图3的结构。

实践证明，这种改进结构的液压缸可保证活塞密封件在安装时不受损伤，且安装方便，使用安全。为此建议新设计的卡键式液压缸中尺寸L3≥L1，卡键槽改为如图3的结构，使卡键式液压缸在保证质量的前提下使用安全、拆装方便。

(作者地址：陕西省澄城县城关镇西六路富康新村东6栋3号  陕西省澄城县汽车改装厂  715200)