液压缸活塞杆失效原因及防止措施
1. 液压缸组成及工作原理简介
 如图W所示为液压缸的结构图。液压缸的两端都带有活塞杆，它主要由耳座、缸体、接管、活塞杆、导向套、活塞等组成，缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸筒内壁之间采用间隙密封。工作原理是：当A口进液时，压力油进入活塞腔，活塞杆腔的回油经B口回油池，因活塞杆是铰接在牵引部上的，所以缸体前伸，完成前进的动作；当B口进油时，压力油进入活塞杆腔，活塞腔的回油经A口回油池，缸体回缩，完成后退的动作。
2．活塞杆失效的形式和特点
液压缸的结构是否合理、密封是否良好，对于液压机械的参数及性能均有重大影响。导致密封失效有以下几种。
(1)产生背压失效。
在活塞往复运动的情况下，密封依靠活塞杆和密封件的接触表面之间的流体膜中的弹性流体动压作用。此时，由于弹性流体动力润滑的存在，密封件或多或少会带一些油膜出去，黏附在活塞杆表面。从密封效果（泄漏）来看，一定厚度的油膜润滑，能降低摩擦力和减少磨损，提高密封件的使用寿命。所以，活塞杆密封问题，实际上是密封和摩擦磨损及润滑的矛盾，仅使用一个密封元件，很难同时达到零泄漏和低摩擦的要求。将2个密封件背对背串联起来使用是解决这一矛盾的最常用方法。
当两个密封件前后串联安装时，被活塞杆从油腔中拉出的微油膜会在两道密封之间的密封区内汇集形成油环，随着活塞往复运动的进行，中间的空间逐渐地充满液体，并且一旦被充满，根据滑动速度，中间空间压力可变得很高，迫使密封分开。同时，密封件摩擦力显著增加，晟后，活塞可能被卡住，密封件被从密封安装槽里挤出，或是密封圈滑动侧的唇部夹人活塞与气缸壁之间的游隙中，造成破损、永久变形。因此把这种压力称之为背压。如图X所示。
(2)流体动压中拖拽压力。
特定类型的密封的性能由密封界面间隙的流阻支配，界面间隙按一般工程标准很小。例如，定制浮动衬套密封形成约10μm的间隙；液压橡胶密封和机械密封可能在小于1μm厚的自生液膜上滑动。当密封槽开在箱体上时，密封件和活塞杆之间存在着动态间隙。此外，在密封件周围还存在着可能引起流体动压作用的其他功能性间隙。流体通过间隙被运动的活塞杆拖曳到密封处，导致压力升高远远超过液压系统的工作压力，随着活塞杆往复运动的进行，最终会导致密封件严重挤压损坏。密封流体动压结构示意图如图Y所示。
(3)化学物质的侵蚀。面对密封件性能要求的不断提高，各种复合材料密封件可以满足不同的要求。另一方面，密封件的物理性质也经常由于耐化学性和耐温性的提高而劣化。
(4)迪塞尔效应。液压系统在正常排气后，仍有大量空气溶解在油液中。在大气压下，液压流体能够溶解相同空气体积的将近10%。只要空气溶解，就不会出现问题，但是当压力降到空气的溶解压力以下时，液压流体就会释放出大量的微小气泡，小气泡立即聚合形成较大气泡。如果系统的压力在极短的时间间隔内急剧升高，气泡就被加热到能使气泡中的气体混合物产生自燃的程度，同时伴有压力冲击和极高的局部温度，这就是迪塞尔效应。如果这种效应发生在密封件或支承环附近，密封件和支承环将被烧焦。除了元件产生直接失效外，支承环或密封件烧焦产生的坚硬碎颗粒也将引起系统故障。
(5)表面粗糙度。活塞杆或缸筒的粗糙表面也会导致密封件的磨损。
(6)液压系统中的污染物。碎屑、尘土颗粒、铸砂以及液压系统内产生耐磨颗粒都可能导致密封件的严重损坏。
3．解决此类密封失效的措施
(1)防止背压措施。
1)压板外周突起能防止背压。如图Z所示，压板的外周边缘部朝密封件方向有数毫米的凸部，密封件受到背压压紧压板时，由于压板外周具有凸起部分，致使密封件倾斜，使密封件外周背部和缸体内壁之间经常保持一定间隙，这是防止背压的方法，能避免相当多油液集聚而引起的背压，由于密封件压板直径比缸体直径小数毫米，还能防止密封件从活塞的密封安装槽中挤出。
2)非对称型附沟槽Y型密封圈防止背压。这是一种新型的密封圈，密封的方式与前者不同，前者是借助于压板来起到防止背压的作用，这种非对称型附沟槽U型密封圈以其自身的特点防止背压。该密封圈机构特点如图A所示。
其性能特点：①该密封圈正是为了防止背压，而加工了“沟槽”，特别适用于活塞，当活塞密封圈在往复运动的情况下，集聚在两密封圈之间的油液就会通过沟槽流出。②选用这种非对称型，不仅能够提高密封性能，而且还能够降低工作压力及改良滞塞性能。③不易发生因温度而导致密封圈尺寸变化等问题。④由于非滑动侧的密封圈高度比滑动侧高，所以固定性较好。
 (2)防止拖曳压力措施。拖曳压力仅在被拖向密封的流体只能通过同一窄小间隙返回时发生。由于密封件与活塞杆之间的密封，大部分间隙中的流体不可能透过密封件随活塞杆流回。因此，避免这种升压的方法是给流体提供一低流阻返回的途径。在实际应用中，采用如下方法，在活塞杆和支撑环上分别切进螺旋槽和凹槽，且使螺旋槽的横截面积至少为活塞杆和支撑套之间间隙的3倍。当间隙流体的压力达到一定程度时，间隙流体能通过螺旋槽流回。其结构原理如图B所示。
(3)防止化学物质的侵蚀措施。一般情况下，将密封件装配进其腔体时，摩擦可能引起装配困难，所以常将润滑剂用于密封和配合的表面。但是，必须记住密封件不相容的可能性。例如，对于天然橡胶，丁基橡胶或乙烯丙烯，不要使用矿物油或矿物脂；对于聚硅酮胶橡胶，不要使用聚硅酮油或脂。
此外，有些高氟化密封件，如氟弹性体(FPM)在宽的温度范围上耐很强的侵蚀性化学品，但可能被明显无害的极性流体如热水、甲醇、稀酸或稀碱退化。另一方面，乙烯丙烯共聚体(WPDM)对付这些介质却很好，而对矿物油却不行。显然在选择复合材料密封件时，很有必要向密封件制造商详细咨询。
(4)防止迪塞尔效应措施。为了避免这种效应的发生，有必要抑制脱气现象，但这非常困难。通常情况下，以减少失效为目的，用耐高温性能的密封件可以缓解迪塞尔效应的问题，如PTFE同轴密封件。但在应用中，辅助弹性密封的耐热性也必须加以考虑。
(5)防止表面粗糙度措施。它必须足够光滑，才不会磨损封唇。另一方面，经验表明表面不必太光滑，否则密封不能磨合。所以活塞杆或缸筒的粗糙度最佳值通常在0.2～0.6mm之间。
(6)防止液压系统中的污染物措施。需要在装配或维修时对所有部件仔细清洗并对液压流体连续过滤。密封失效的故障原因有多种多样，但是这种故障的发生，与压力、温度、介质、材料及速度等众多因素有着复杂的关系，是无法完全避免的。活塞杆密封件失效只是其中的一种。选择适合的密封件、改善液压缸的工作环境以及完善的设计、加工都能很好地解决密封失效的问题，从而改善钻机性能。
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