高空作业车伸缩臂缸自动伸出原因解析

1.故障现象

1台高空作业车伸缩臂液压缸（以下简称伸缩缸）活塞杆缩回到位后，操纵手柄回到中位时其自动伸出约35 mm，即使此时将发动机熄火，也不能阻止其自动伸出。伸缩缸伸缩过程中，只要在任一位置停下来，其活塞杆都会伸出2～35 mm。

2.工作原理

图1 该高空作业车伸缩臂液压回路

该高空作业车伸缩臂液压回路如图1所示。该回路由液压泵1、液压油箱2、比例换向阀3、伸缩缸4、伸缩平衡阀5组成。液压泵1工作时，压力油通过比例换向阀3和伸缩平衡阀5进入伸缩缸4，推动伸缩缸4伸出或缩回。比例换向阀3回到中位后，伸缩平衡阀5将伸缩缸4锁定，伸缩缸4的无杆腔和有杆腔便形成2个密闭的压力腔。

正常情况下，伸缩缸无杆腔和有杆腔被活塞密封件隔离。伸缩缸停止动作后，无杆腔压力油产生的推力、有杆腔压力油产生的推力、臂架自身质量和负载产生的外力平衡。由于液压油可压缩量非常小，伸缩缸位移很小，可以忽略不计。

3.故障排除

经过现场检测，发现伸缩缸存在比较严重的内泄，其他方面未见异常。将伸缩缸返厂拆检，更换损坏的密封件，再将其装复试机，伸缩缸活塞杆自动伸出现象消失。由此得出结论：伸缩缸活塞杆自动伸出是其内泄引起的。

4.计算解析

为了弄清伸缩缸内泄引起其活塞杆自动伸出这一问题，特通过计算进行深入解析。

(1) 伸缩缸受力分析

图2 伸缩缸受力图

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伸缩缸受力情况如图2所示，其受力平衡的关系式为：

   F1=F2＋F3           （1）

式中：F1——无杆腔压力油产生的推力；

   F2——有杆腔压力油产生的推力；

   F3——臂架自身质量和负载产生的外力。

伸缩缸活塞杆伸出过程中，要克服臂架之间的动摩擦力，这使得F3有所增大；在静态时，臂架之间的静摩擦力对受力有利，F3有所减小。伸缩缸活塞杆缩回过程中，动摩擦力与静摩擦力同向，但由于静摩擦力大于动摩擦力，所以伸缩缸伸缩动作停止瞬间，F3会有所减小，此时F1＞F2＋F3，因而伸缩缸活塞杆产生伸出趋势。

当伸缩缸无内泄时，在伸缩缸活塞杆伸出过程中，无杆腔压力减小，有杆腔压力增大，从而达到新平衡。由于液压油可压缩量很小，操纵比例换向阀停止活塞杆伸出动作后，活塞杆继续伸出的距离应在0.5 mm以内。

(2) 伸缩缸自动伸出距离计算方法

在伸缩缸停止伸缩动作后，其无杆腔和有杆腔推力的计算公式分别为：

   F1=πD2 P/ 4                    （2）

   F2=π(D2－ d 2) P/4            （3）

式中：D——伸缩缸内径

   d——活塞杆直径

   P——伸缩缸有杆腔与无杆腔平衡时压力值

若伸缩缸存在内泄，在伸缩缸伸缩动作停止的瞬间，由于无杆腔和有杆腔压力不同，两腔中压力油会从压力高的一腔流往压力低的一腔，最终两腔压力趋于相同。

将公式（2）和（3）代入公式（1），则可得出：

P= 4F3/πd 2                   （4）

液压缸容积增加值△V计算如下：

△V=( P1－P) ξV1＋( P2－P) ξP2        （5）

式中：P1——无杆腔压力；

   P2——有杆腔压力；

   V1——动作停止瞬间伸缩缸无杆腔容积；

   V2——动作停止瞬间伸缩缸有杆腔容积；

  ξ——液压油压缩膨胀系数，取0.076% /MPa。伸缩缸自动伸出距离δ的计算公式如下：

  δ=4△V/πd 2                                   （6）

    =4[( P1－P) ξV1+( P2－P) ξV2]/ πd 2

文中出现的伸缩缸活塞杆自动伸出现象，必须有以下2个前提条件：一是伸缩缸是双作用液压缸，且存在内泄现象；二是伸缩缸有杆腔与无杆腔用双向平衡阀或双向液压锁锁定，能形成两个密闭的容腔。

若伸缩缸无杆腔锁定而有杆腔无锁定，在伸缩缸活塞杆伸、缩动作停止的瞬间，在不平衡力的作用下，活塞杆的伸出趋势会因无杆腔油液向有杆腔泄漏很快消失。此时伸缩缸活塞杆不会出现自动伸出，而会因无杆腔液压油泄漏而产生回缩。

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