作者：陆望龙 等编著
出版社：化学工业出版社
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图解液压缸和液压马达维修试读：
前言
作者应邀编写这套丛书的目的是想为从事液压维修工作的初、中级技术人员和技术工人提供一套图文并茂、实用性强和可操作性强的液压维修读物——《液压维修技能图解速成系列》。本系列图书共五个分册：第一分册为《图解液压维修基础》；第二分册为《图解液压泵维修》；第三分册为《图解液压阀维修》；第四分册为《图解液压缸和液压马达维修》；第五分册为《图解液压辅件维修》。
读者通过对本系列图书的系统阅读，可以掌握基本的液压原理，看懂液压系统图，熟悉液压元件的基本结构，会拆装、检修各种常见的液压元件，会进行故障分析与排除，并且会修理液压元件。
本书是第四分册《图解液压缸和液压马达维修》，内容包括：1.液压缸的分类及安装连接方式；2.齿轮马达的维修；3.叶片马达的维修；4.轴向柱塞马达的维修；5.径向柱塞马达的维修；6.内曲线多作用柱塞油马达的维修六个部分的内容。
本书中介绍了各种液压缸和液压马达的工作原理、结构特点与拆装维修方法，查找和排除故障的方法等。学习这些内容，是维修液压缸和液压马达的基础。只有对每一种液压（液压马达）的工作原理搞透，弄清楚各种缸（马达）的结构，才能去拆装它，并准确找到出故障的零件位置，找出故障原因所在，最后排除故障。
本丛书由陆望龙等编著，参编人员有：刘钰锋、陈黎明、张汉珍、朱声正、陶云堂、汪桂兰、陆桦、马文科、朱皖英、江祖专、但莉、陈旭明、朱兰英、李刚、陆泓宇等。
由于编者水平有限，加之时间仓促，疏漏之处，在所难免，望读者与行内专家批评指正！编著者第1章 液压缸的维修
液压缸是实现直线往复运动和旋转摆动的执行元件，它将液体的压力能转换成机械能，以力的形式输出。和液压马达一起构成两大类向外做功的执行元件。
液压缸是标准化的称呼，航天部门称之为“作动筒”，人们还常称为“油缸”、“动力缸”、千斤顶等。1.1 液压缸的分类与安装连接方式1.1.1 液压缸的分类
液压缸的分类如图1-1和表1-1所示。表1-1 液压缸的分类续表图1-1 液压缸的分类1.1.2 液压缸的安装连接方式
液压缸的安装连接方式分类如图1-2所示。图1-2 液压缸的安装连接方式分类1.2 液压缸的工作原理与结构1.2.1 单作用液压缸的工作原理与结构
只有一个油口的液压缸叫做单作用液压缸。（1）活塞式单作用液压缸的工作原理与结构
活塞式液压缸可分为无弹簧式和弹簧复位式两种结构形式，按安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。
活塞式单作用液压缸的工作原理如图1-3（a）、（b）所示，当压力油从A口流入，缸向右输出单方向的力和速度（直线运动），反方向退回运动要依靠外力（如重力及外负载力）或弹簧力实现，返回力必须大于无杆腔背压力和液压缸各部位的摩擦力。
活塞式单作用液压缸的结构如图1-3（c）所示，注意放气孔的存在，否则缸不能换向。
活塞式单作用液压缸的图形符号如图1-3（d）所示。图1-3 活塞式单作用液压缸（2）柱塞式单作用液压缸的工作原理与结构
当活塞式液压缸行程较长时，缸体孔的加工难度大，特别是行程长缸径较小的液压缸，缸孔更难加工，使得制造成本增加，于是出现了柱塞式液压缸，缸孔无需加工，只需加工导向套很短的内孔，与柱2塞外径配合好便可以了。F＝P×πd/4。
柱塞式单作用液压缸的工作原理如图1-4（a）所示，压力油从油口进入缸筒时，柱塞受液压力作用向右运动，反方向（向左）的运动要依靠外力（如重力）来实现。如需双向运动，则应两个柱塞缸对装，各管一个方向的运动［图1-4（b）］。
柱塞式单作用液压缸的结构与图形符号如图1-4（c）、（d）所示。图1-4 柱塞式单作用液压缸1—缸体；2—柱塞；3—导向套；4—V形密封圈；5—压盖1.2.2 双作用液压缸的工作原理与结构
有两个主油口的液压缸叫做双作用液压缸。（1）单杆活塞式双作用液压缸的工作原理与结构
单杆活塞式双作用液压缸的工作原理如图1-5（a）所示，有两个主油口A与B，当A口进压力油B口回油时，活塞杆往右运动；当B口进压力油A口回油箱时，活塞杆往左运动。缸的一端为无杆腔，一端为有杆腔，这样由于两端受力面积不相同，输出力不相同，活塞往复运动速度不相等。
单杆活塞式双作用液压缸的结构如图1-5（b）、（c）所示。（2）双杆活塞式液压缸的工作原理与结构图1-5 单杆活塞式双作用液压缸
如图1-6所示，双杆活塞式液压缸的工作原理与上述单杆活塞式双作用液压缸的工作原理基本相同。双杆活塞式液压缸如果两端活塞杆直径相同，则在输入同样流量下活塞往复运动速度相等。图1-6 双杆活塞式液压缸（3）缓冲不可调节液压缸的工作原理与结构
缸缓冲不可调节，叫做固定缓冲式液压缸。其工作原理与结构如图1-7（a）所示，当从A口进压力油，B口回油时，活塞开始向右快速运动，当接近右端时，缓冲柱塞进入后缸盖孔c内，回油只能经固定小孔b从B口回油，开口小，回油速度降低而产生缓冲作用；反向运动时，则利用带锥面的缓冲锥使活塞的运动逐渐减慢，达到缓冲效果。（4）可调节缓冲液压缸的工作原理与结构
可调节缓冲速度的液压缸叫做可调缓冲式液压缸。其工作原理如图1-8（a）所示，与上述固定缓冲式液压缸不同的是：在缓冲柱塞进入缸盖孔后，回油只能由缸两端的节流阀开口→经小孔a或b→油口A或B回油，实现缓冲。而且两端的缓冲节流阀可调节开口大小，叫可调缓冲。图1-7 缓冲不可调节液压缸1—活塞杆；2—端盖；3—导向套；4—缸头；5—缸筒；6—缓冲套；7—活塞；8—缸底；9—缓冲环；10—螺母；11—拉杆；12—成套密封
两端均设有单向阀，一个作用用来放气，另一个作用保证缸在反向运动启动时，在缓冲行程内油液可不经缓冲节流阀的小开口a或b，而通过单向阀正向导通从较大通道c或d进入缸内，避免缓冲行程内启动运行速度太慢。（5）伸缩式液压缸的工作原理与结构
①单作用伸缩式液压缸 伸缩式液压缸又叫多级缸，它有单作用和双作用两种形式。
单作用伸缩式液压缸的工作原理如图1-9（a）所示，当压力油从A口进入柱塞缸，先推动柱塞1右行，再推动柱塞2右行。柱塞右端的大台肩外圆柱面仅起导向作用，柱塞1右行时，A腔的油液经a孔返回1A腔。柱塞2左行时，B腔的油液经b孔返回B（A）腔。回程时靠外2122力或者垂直安装时缸本身的重力返回（左行）。图1-8 可调节缓冲液压缸图1-9 单作用伸缩式液压缸
作用面积大的活塞最早伸出；缩回时与伸出的顺序相反，即面积小的先收回。
②双作用伸缩式液压缸 双作用伸缩式液压缸由两个或多个活塞套装而成，图1-10（a）为二级活塞缸，前级活塞缸的活塞2是后级活塞缸4的缸筒。这种液压缸用在各级活塞依次伸出时可得到很大行程，但缩入后轴向尺寸很小的场合。
A进油B回油伸出时，作用面积大的活塞最早伸出；B进油A回油缩回时环型作用面积大的先收回［图1-10（b）］。
图1-10（c）所示为双作用伸缩式液压缸的结构与图形符号。（6）增速缸的工作原理与结构
增速缸的工作原理与结构如图1-11所示，它是由一个双作用活塞式油缸和一个单作用柱塞式油缸组成。活塞缸的活塞是柱塞缸的缸体，柱塞固定于大缸的缸体（缸底）上不动，带密封的活塞在缸体中滑动，因而结构紧凑。
图1-11（b）中，当换向阀4处于右位时，活塞空程向左开始快速运动，负载小，单向顺序阀3未能打开，泵来油仅从a输往d腔，由于增速缸的直径d小，d腔容积小，所以泵来油进入d腔后便能使活塞缸3的活塞向左快速推出，b腔便因活塞运动得很快产生负压，在充液油箱5大气压力的作用下通过充液阀2从充液油箱5补油，c腔回油；当活塞前进转入工作进给时负载阻力增大，d腔油压升高，与d腔相通的单向顺序阀3的进口压力也升高，阀3开启，压力油也进入主油缸b腔，充液阀自动关闭，这时转入低速工作行程；工作完毕后，换向阀4切换到“退回”（左位）位置压力油进入活塞杆腔，压力控制油顶开充液阀，活塞退回。（7）增压缸的工作原理与结构
增压缸将输入的较低压力的油变换为较高压力的油，供液压系统中的高压支路使用。
如图1-12（a）所示，活塞1与柱塞2连成一体，当从A口通入压力为P的压力油时，活塞1向左移动，在缸体内静止或移动时，总有1F＝F，即A×P＝A×P。于是P＝P×A/A。这样，压力P传递到1211212112122了P，且放大了A/A＝D/d＞1倍。212图1-10 双作用伸缩式液压缸图1-11 增速缸1—增速缸；2—充液阀；3—单向顺序阀；4—换向阀；5—充液油箱图1-12 增压缸
有一种增压液压缸就是利用这个原理制成的。（8）增力缸的工作原理与结构
增力缸的工作原理如图1-13（a）所示，如果压力油同时进入A1与A腔，B与B回油，可以获得比单个缸更大的推力，适用在安装空212间径向尺寸受限而轴向尺寸不受限制的场合。其结构如图1-13（b）所示。
增力缸各活塞与活塞杆如果分体不连成一体［图1-13（c）］，还可利用改变各油口通入压力油的不同组合，有多个不同位置，构成数字缸。图1-13 增力缸（9）摆动缸的工作原理与结构
摆动缸又叫摆动液压马达，本书将其归入液压缸之类。
①叶片式摆动缸的工作原理与结构。
图1-14（a）中左图所示为单叶片式摆动缸的工作原理图。当压力油从A孔进入壳体3的A腔内，作用在叶片1的左面上产生液压力，1推动与叶片1连接在一起的输出轴（转子）2逆时针方向回转，缸内B1腔的回油经B口排出；反之当压力油从B口进入缸内，则输出轴（转子）2顺时针方向回转并输出扭矩。
图1-14（a）中右图为双叶片式摆动液压缸的工作原理图，情况与上述单叶片式类似，不同之处是压力油从A口进入A腔后，再经过1孔a进入A腔，使两叶片的上面或下面作用有液压力，共同使输出轴22逆时针方向旋转并输出扭矩，输出的扭矩比单叶片式大。
图1-14（b）为叶片式摆动液压缸的图形符号。图1-14 叶片式摆动缸
②齿轮齿条式的工作原理与结构。
图1-15（a）所示为活塞齿轮齿条式摆动液压缸的工作原理图，两活塞通过齿条杆连在一起，压力油从A口（或B口）进油，从B口（或A口）回油，产生活塞的往复直线运动，经齿轮齿条机构变为输出轴（与齿轮同轴）的摆转运动。
图1-15（b）所示为齿轮齿条式摆动液压缸的结构。图中液压缸两端的调节螺钉可调节活塞行程，从而在一定范围内调节摆角的大小。活塞上的密封防止a腔或b腔的压力油外漏。图1-15 齿轮齿条式摆动液压缸1.3 液压缸的结构说明1.3.1 液压缸的相应位置上均设置有密封结构（1）需要密封的部位及各密封部位的密封件
①需要密封的部位。
液压缸中需要密封的部位有（图1-16）活塞、活塞杆和端盖等处。
a.双作用液压缸工作时，A、B口交替通入压力油或通油箱，这样缸一边为高压腔（从泵来的压力油），一边为低压腔（通油箱）。为防止液压缸活塞与缸体配合处两腔之间的相互窜漏（内漏），需在活塞上安装活塞密封（动密封）。
b.液压缸中的油液也可能向外部泄漏，为防止液压缸油液外漏（外泄漏）和外界污物及空气进入缸内，污染环境，在活塞杆与缸盖（或导向套）配合处需设置密封（动密封与静密封），叫缸盖密封。
c.防止外界灰尘等进入缸内，在活塞杆伸出与缩回的位置处需设置防尘密封。图1-16 液压缸中需要密封的部位注：少数液压缸活塞杆与导向套配合处设置了单独泄油口，此处也需要密封［图（b）］。
②各密封部位的密封件。
密封件的品种繁多，密封结构的选择和油膜形成、压力、温度、材料的相容性，动密封所接触工作表面的材质、硬度、几何形状、表面光洁度等有关。液压缸各密封部位的密封件截面形状和代号如图1-17所示。（2）液压缸常见的几种密封形式
①间隙密封（图1-18）。图1-17 各密封部位的密封件图1-18 间隙密封
间隙密封是利用相对运动零件配合面之间的微小间隙来防止泄漏。活塞采用间隙密封时，常在活塞上切若干条环形均压槽（平衡槽），其作用是：①开槽后，由于环形槽内的液压力能径向均匀分布，这就保证了活塞和缸体的同心，自动对中心，减小摩擦力；②增大了泄漏阻力，减小了偏心量，提高了密封性能；③储存油液，自动润滑。
间隙密封的特点应用：结构简单，摩擦阻力小，耐高温，但泄漏较大，并且随着时间增加而增加，加工要求高。主要用于尺寸小、压力低、速度高的液压缸或各种阀。
间隙密封方法的摩擦阻力小，但密封性能差，加工精度要求高，因此，只适用于尺寸较小、压力较低、运动速度较高的场合。活塞与液压缸缸体孔之间的间隙通常取0.02～0.05mm。
②密封圈密封。
几种密封圈密封分别如图1-19（a）～（d）所示。液压缸密封圈类型有O形、Y形、Yx形、V形和组合式密封圈等。目前国内外液压缸目前已多采用格来圈、斯特封以及西姆柯密封等组合密封圈对油缸各部位进行密封。
西姆柯型密封依靠两唇部的压缩量进行双向密封。存油凹槽内存有油液润滑，摩擦阻力小，无间隙挤出现象，密封效果好，用一个西姆柯密封圈比其他要使用两个单向唇形密封（如两个Yx密封）相比较，其轴向尺寸大为缩短，最大密封压力可达40MPa以上。图1-19 密封圈密封1.3.2 液压缸的缓冲装置（1）缓冲装置的工作原理
当运动件的质量较大，运动速度较高时，惯性力较大，动量大，特别是在大型、高压或高精度的液压设备中，在活塞运动到缸筒的终端时，会因惯性产生活塞与端盖的机械碰撞，形成很大的冲击和噪声，影响加工精度，严重者还会引起破坏性事故，所以高压大流量缸结构上常常要设置缓冲装置，使活塞在接近终端时，增加回油阻力，从而减缓运动部件的运动速度，避免撞击液压缸端盖。故一般应在液压内设置缓冲装置，或在液压系统中设置缓冲回路。
液压缸活塞运动速度在0.1m/s以下时，不必采用缓冲装置；在0.2m/s以上时，必须设置缓冲装置。
缓冲装置的工作原理是使缸筒低压腔（回油腔）内的全部或部分油液，通过节流把动能转换为热能，热能则由回油油液带到液压缸外。如图1-20所示，质量为m的活塞和活塞杆以速度v运动，当缓冲柱塞1进入缓冲腔2时，畅通的回油通道A被遮断，只能通过节流阀3的节流通道b回油，于是在腔2内产生背压p，阻止活塞不能再快速运动而减c速，同时运动部分的动能也被腔2内的液体吸收，从而达到缓冲的目的。如图1-20所示。图1-20 缓冲装置的工作原理（2）缓冲装置部位结构
如图1-21所示为液压缸端部缓冲装置具体结构，活塞1通过缓冲套安装在活塞杆上。当锥形缓冲套2进入缸底3的孔时，随着其开口逐步减小，离开活塞腔4的液流最后为零。活塞腔4的流体只能由孔5和可调节流阀6流出。缓冲的效果要通过节流阀来设置。流动截面积越小，末端缓冲的效果就越好。图1-21 液压缸端部缓冲装置结构1—活塞；2—缓冲套；3—缸底；4—活塞腔；5—孔；6—可调节流阀；7—节流螺钉；8—锁紧螺母；9—单向阀；10—放气阀螺钉
设定缓冲位置时，采用节流阀可防节流螺钉7松脱，通过锁紧螺母8可对缓冲设定进行保护。使用单向阀9有助于液压缸启动时外伸动作的完成。因此，液压缸外伸时液流绕过节流口。而液压缸中的气体可通过放气阀螺钉10排出。无末端缓冲的液压缸，可以只安装放气阀螺钉。节流阀和单向阀基本上用同样的元件制造而成，因此可以互换。1.3.3 液压缸的排气装置
液压缸的排气口液压系统中的油液如果混有空气将会严重地影响工作部件的平稳性，为了便于排除积留在液压缸内的空气，油液最好从液压缸的最高点进入和排出。对运动平稳性要求较高的液压缸，在两侧的最高位置处往往是空气聚积的地方，必须设置专门的排气装置［图1-22（a）］。
如果排气阀设置不当或者没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存有空气。由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬行，影响液压缸的正常工作。例如，液压导轨磨床在加工过程中，如果工作台进给液压缸内存有空气，就会引起工作台进给时的颤振和爬行，这不仅会影响被加工表面的粗糙度和形位公差等级，而且会损坏砂轮和磨头等机构；如果这种现象发生在炼钢转炉的倾倒装置液压缸中，那将会引起钢水的动荡泼出，这是十分危险的。为了避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压系统外，必须在液压缸上安设排气阀。因为液压缸是液压系统的最后执行元件，会直接反映出残留空气的危害。
排气阀的位置要合理，水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方，垂直安装的液压缸，应设在端盖的上方，均应与压力腔相通，以便安装后调试前排除液压缸内之空气。由于空气比油轻，总是向上浮动，不会让空气有积存的残留死角［图1-22（b）］。图1-22 液压缸的排气装置1.4 故障分析与排除
故障1 液压缸不动作
①查是否是无压力油进入液压缸。
a.系统未供油：检查液压泵和主要液压阀的故障原因并排除。
b.液压缸前的换向阀未换向：例如图1-23所示的回路中回路设计不合理：采用M型电液换向阀控制油缸换向，由于是M型中位机能，中位时油泵卸荷，电液换向阀此时又是内供，这样与泵供油路相连的控制油压力上不去，便不能有足够压力的控制油推动电液阀中的主阀芯换向，主阀芯仍处于中位，从而液压缸也就无换向动作。可改成图中右边两种回路，即在回路加背压的方法，保证系统始终有一定的最低压力提供给电液阀作为控制油压力而能使其换向，从而保证油缸换向。图1-23 回路设计不合理
②查油缸是否因安装连接不良造成别劲使油缸不能动作。
如图1-24（a）中，因缸活塞杆中心线与负载中心线不重合，二者之间产生一力矩，加大了导轨摩擦阻力使油缸不能动作。安装时应按图（b）检查安装精度。图1-24 缸活塞杆中心线与负载中心线不重合
③如果有油液进入液压缸，则查进入的油液有沒有足够压力（图1-25）。
如果有油液进入液压缸，但进入的油液没有足够压力，缸也不运动。具体可查下述项目：
a.系统有故障，主要是泵或溢流阀有故障：检查泵或溢流阀的故障原因并排除；
b.内部泄漏严重，活塞与活塞杆松脱，密封件损坏严重：紧固活塞与活塞杆并更换密封件；
c.因压力调节阀有故障，系统调定压力过低时要排除压力阀故障，并重新调整压力，直至达到要求值；必要时重新核算工作压力，更换可调大一些的调压元件。
d.活塞上的密封圈（O形圈、格来圈、斯来圈等）漏装或严重损坏、缸体孔拉有很深沟槽及活塞杆上锁定活塞的螺母松脱时，造成液压缸进、回油腔严重导通串腔时，缸便不能运动。可采取更换活塞上的密封圈和其他修理措施。
e.在一些多缸并联回路中，例如注塑机、压铸机和挤压机等的一些液压系统中，要前一个液压缸（如合模缸）先动作，且要动作完成后，压力升高，使压力继电器发出信号，后续的液压缸（如喷嘴进退缸）方能动作。如果前一缸动作完成后压力不上升，或者压力继电器有毛病未能发信，则后一油缸不动作。
对于此类多缸并联回路要注意其动作的顺序性，以及动作与动作之间的发信方式和发信元件的动作可靠性。
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