混凝土泵车液压缸导向套结构分析改进说明

随着国家2010年底前投资4万亿元拉动内需项目的展开，大批建设工程如铁路、公路和机场等重大基础设施建设的增多， 国内混凝土泵车行业得到了突飞猛进的发展， 与之相配套液压缸的市场前景也越来越广阔。混凝土泵车在工作状态时，臂架伸出，液压缸锁紧，整个臂架系统是一个悬梁结构，而且要求长时间连续工作， 其恶劣的工作环境要求与其配套的液压缸必须具有较高的安全性、可靠性，液压缸的质量优劣直接影响到主机的工作， 而其关键零件之一导向套的结构形式对液压缸的使用性能起着很重要的作用。
下面，以目前国内混凝土泵车液压缸导向套常用的三种结构形式为例进行对比分析，并提出改进和建议。
1、导向套的三种结构形式对比分析
1.1 整体螺纹式导向套
如图1 所示。

图1 整体螺纹式导向套结构示意图
此种导向套是液压缸中最常用的一种结构形式，其优点为：
(1) 结构简单紧凑、受空间尺寸影响小。由于对液压缸速比不同要求的因素，缸径和杆径相差不大，此时整体螺纹式导向套便是最好的选择， 它对空间尺寸没有特殊要求。
(2) 加工简便。这种导向套加工主要是车削为主，在最后需要铣出四个槽， 使用扳手拧紧时用。易于加工。
(3) 受力状态较好，极细微的轴向及径向的窜动，不会对主机工作产生大的影响。
(4) 成本低。用料一般是圆钢或无缝管。其市场价格比锻件要低很多。
虽然其应用比较广， 但仍不可避免的存在如下缺点：
(1) 容易导致O 型圈旋合划伤。液压缸缸筒加工好后，由于受材料残余内应力及焊接应力的影响，内孔圆度公差不好保证，会造成失圆。再加上缸筒端部的内螺纹加工时， 二次装夹需要用百分表校正， 由于内孔变形，即便是完全校正了，表仍会不停的跳动，致使操作者无法准确判断是否已经校正在允许的公差范围，故内螺纹与内孔的同轴度也不好保证。由于这两个原因，导向套在旋合时，其外圆极易划伤缸筒内壁，划伤的内壁又会划伤O 型圈，最终导致液压缸泄漏。
(2) 由于导向套内的密封对杆的摩擦原因，使旋合力矩较大。
1.2 分体压盖式导向套
如图2 所示。

图2 分体压盖式导向套结构示意图
此种结构形式为导向套外压一个压盖，其优点为：
(1) 装配时导向套不需要旋转，只需旋转压盖，最后将导向套顶紧，装配方便。
(2) 不会产生O 型圈的旋合划伤。这种结构虽然避免了整体螺纹式的两个缺点，但在工作时可能会出现如下问题：
(1) 活塞杆极易产生“翘头”现象。导向套外圆和缸筒内孔之间存在配合间隙，再加上支撑环与导向套、支撑环与杆之间的间隙，叠加在一起，会有较大的间隙，比整体螺纹式导向套更容易窜动，所以液压缸工作时，活塞杆可能会产生“翘头”现象，如图3、图4 所示。

图3 活塞杆倾斜示意图

图4 活塞杆瞬间复位示意图
活塞杆伸出时，由于配合间隙的存在，会倾斜一个角度（见图3），但到行程即将终了时，活塞触及导向套，会和导向套完全贴紧， 活塞杆瞬间复位至正常（见图4），产生翘头现象，这会给主机的工作带来不利的影响(2)另一个缺点是必须有足够的空间尺寸，否则无
法留出压盖的空间。
1.3 整体法兰式导向套
如图5 所示。

图5 整体法兰式导向套结构示意图
此种结构为导向套端面钻孔， 并在缸筒端面对应的位置攻一圈螺孔， 最后用螺钉将导向套拧紧固定在缸筒上。优点为：
(1) 装配时导向套相对缸筒没有旋合，不会造成O型圈的划伤。
(2) 紧固螺钉可使用气动扳手，这种结构装配时，拧紧力矩准确，工作效率较高。
(3) 由于其整体式固定在缸筒上，受力均匀状况良好。
可以说，这种结构综合了1.1 整体螺纹式和1.2 分体压盖式的优点，是值得推荐的一种结构，但其成本偏高，缸筒需要用成本较高的护套焊接式；并且筒上钻十多个螺孔，其中只要有一个发生烂牙或其他问题，就需返工修复，严重的甚至导致报废。而且导向套一般采用锻件，材料成本较高。
2、导向套结构改进的建议
2.1 整体螺纹式导向套
(1) 旋合划伤的问题，可参考下面几种方案改进：
1) 在缸筒与接头油口焊接后进行整体退火处理，改善钢材的性能后， 再加工内孔。笔者曾做过试验，200mm 缸径的缸体两件，材料选27SiMn 调质钢，上各焊接2 个直径65mm 的接头油口， 焊接后直接加工内孔。测量的内孔圆度，跳动公差达到0.1~0.3mm，缸筒跟本无法使用，直接报废。后改进了工艺，在焊完接头后增加了退火处理， 最终测量与导向套配合处的内孔圆度，公差值在0.02~0.05mm 之间，效果比较满意。
2) 可以根据压力值，选择适合的配合公差带，适当放大导向套外圆与缸筒内壁之间的配合间隙。
3) 采用台阶配合结构。
如图6 所示。

图6 整体螺纹式导向套改进示意图
图6 中与导向套外圆配合的是缸筒内增加的一台阶孔。因为该孔与缸筒内螺纹是一次装夹车成，故其同轴度可以得到很好的保证，同时也消除了失圆的缺陷。
(2) 旋合力矩较大的问题，只需在装配前，导向套密封内涂润滑油，可以得到较好的改善。
2.2 分体压盖式导向套
对于“翘头”现象，必须得到有效的改善。在保证液压缸的正常使用及装配条件下， 相关的尺寸公差必须仔细考虑，选取合适的公差带，尽量缩小配合间隙，使活塞杆的倾斜角度减小，抑制翘头现象的产生。
3、结论
综上所述， 在进行混凝土泵车液压缸导向套设计时，要综合考虑诸多因素，比如主机实际工况、液压缸安装尺寸、同主机连接空间、用户特殊要求、成本等，最终在保证产品质量的前提下采用既合理又经济的结构。 


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