劉建秋 何秀全 張旭良 劉欣 胡喆

摘 要：基于無桿氣缸密封原理，通過檢測某車型電控氣動(dòng)塞拉門使用的F品牌無桿氣缸泄露量、密封結(jié)構(gòu)，對(duì)比分析影響泄漏量的元器件，確認(rèn)無桿氣缸泄露問題原因，制定可行性優(yōu)化方案，并對(duì)新方案進(jìn)行了實(shí)物測試驗(yàn)證。無桿氣缸泄露問題的分析和改進(jìn)，有利于降低氣動(dòng)塞拉門故障率，提升車輛運(yùn)營可靠性，同時(shí)對(duì)無桿氣缸的設(shè)計(jì)具有參考意義。

關(guān)鍵詞：電控氣動(dòng)塞拉門;無桿氣缸;泄露量;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U270.386 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

車門是旅客上、下車通道，是列車重要組成部分。車門按照驅(qū)動(dòng)方式可分為電控氣動(dòng)和電控電動(dòng)兩種類型;電控氣動(dòng)塞拉門具有控制簡單、成本低、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于25T、青藏線等車型上。在某車型電控氣動(dòng)塞拉門運(yùn)營維護(hù)過程中，發(fā)生多起無桿氣缸泄露故障，降低了車門運(yùn)營可靠性。本文通過對(duì)泄露無桿氣缸檢測，確認(rèn)氣缸泄露機(jī)理，制定改進(jìn)方案，并對(duì)方案驗(yàn)證。

如圖1所示，無桿氣缸在兩端缸蓋內(nèi)側(cè)固定有聚氨脂密封帶和防塵不銹鋼帶用于密封和防塵?；钊艽┻^缸體上的槽口，將活塞與滑塊連成一體，活塞帶動(dòng)固定在滑塊上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)，活塞一端腔體充氣，密封帶在氣壓的作用下與缸筒內(nèi)壁緊密貼合，從而實(shí)現(xiàn)密封的功能。

2 故障件測試

2.1 檢測對(duì)象

檢測對(duì)象為7根F品牌無桿氣缸故障件，編號(hào)見表1。

2.2 檢測過程

（1）初始泄露量測試。用0.65 MPa氣壓檢測泄漏量，氣壓密閉實(shí)驗(yàn)1 min，要求壓降小于100 sccm標(biāo)準(zhǔn)，檢測結(jié)果見表2。

測試數(shù)據(jù)顯示泄漏量均超100 sccm;泄露點(diǎn)在密封帶、缸筒與活塞密封圈三點(diǎn)密封處。

（2）清理后泄露量復(fù)測。拆解故障件無桿氣缸，檢查和清理活塞，如圖2、表3所示。

由表3可知，無桿氣缸活塞普遍存在異物雜質(zhì)，經(jīng)清理后，在相同工況下測量缸體泄露量，測量結(jié)果見表4。

由表4可以看出，清理雜質(zhì)后有QL7397、QL957和QL5140氣缸的泄漏量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但QL7397、QL957泄漏量接近100 sccm標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)比表3和表4，可初步判定無桿氣缸活塞區(qū)域的微小異物對(duì)氣缸泄露量的影響較小。

（3）更換密封帶、密封圈后測量氣缸泄露量。對(duì)拆解清理后檢測仍不合格的 QKD19、QKN320氣缸做更換密封帶處理，對(duì)QKD11、QKD186氣缸做更換密封圈處理，在相同工況下檢測泄漏量，如表5所示。

如表4和表5所示，QKN320氣缸仍然漏氣嚴(yán)重;更換密封帶和密封圈可以有效降低泄漏量;更換密封圈的泄漏量明顯優(yōu)于更換密封帶。

再對(duì)QKN320氣缸做更換密封圈并進(jìn)行泄漏量檢測。為了檢驗(yàn)效果，對(duì)拆解清理后的QL957氣缸做更換密封帶及密封圈處理并泄漏量檢測，如表6所示。

檢測結(jié)果表明同步更換密封圈及密封帶的缸體氣密性狀態(tài)較好，特別是QKN320無桿氣缸泄漏量測試無限接近“0”sccm。

2.3 小結(jié)

綜上所述，微小異物對(duì)無桿氣缸泄漏量影響較小;更換密封帶、密封圈對(duì)無桿氣缸泄漏量影響較大，且更換密封圈的效果優(yōu)于更換密封帶。

3 氣缸泄漏問題原因分析

從現(xiàn)車故障件檢測數(shù)據(jù)可以看出，無桿氣缸泄露超標(biāo)與密封帶、密封圈有關(guān)，而無桿氣缸密封失效主要形式是O型密封圈與密封帶之間密封失效、活塞密封圈與密封帶之間密封失效，與現(xiàn)車問題原因吻合。

3.1 O型密封圈回彈力不足

F品牌的無桿氣缸的O型圈與密封帶之間采用軟密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到氣壓作用O型圈發(fā)生形變時(shí)，O型圈相對(duì)于密封帶的密封位置會(huì)有微小的變化;該品牌O型圈回彈力不足，在密封邊緣形成漏氣現(xiàn)象。

3.2 氣缸活塞密封圈、支撐柱位置分析

F品牌無桿氣缸的活塞密封圈唇口凸起小，支撐柱夾角為31.5°，在密封帶、缸筒與活塞圈的3點(diǎn)交匯處，若長時(shí)間沒有壓力，突遇瞬間加壓就會(huì)出現(xiàn)壓縮量不足，造成泄露量超標(biāo)問題。

4 氣缸泄漏故障改進(jìn)與驗(yàn)證

加大了弧形凸起，減少了接觸面積，如圖4所示。

支撐柱夾角由31.5°優(yōu)化改進(jìn)為34°，使得兩個(gè)中心點(diǎn)處于缸筒、密封帶、活塞密封圈的三點(diǎn)結(jié)合處，確保突遇瞬間加壓，此處壓縮量滿足密封要求。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證：

分別取F品牌該款無桿氣缸3根新件（F1、F2、F3）、更換優(yōu)化密封圈的故障件3根（FG1、FG2、FG3），靜置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，在氣壓0.6 MPa、工作周期9 s條件下，進(jìn)行50萬次壽命試驗(yàn)，觀察無桿氣缸動(dòng)作狀況、密封性能及各密封件狀態(tài)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，靜態(tài)工作的無桿氣缸在完成50萬次壽命試驗(yàn)后，裝有優(yōu)化密封圈的無桿氣缸FG1、FG2、FG3泄露量變化較小。

5 總結(jié)

通過無桿氣缸故障件泄漏量的測試，并對(duì)故障件進(jìn)行了拆解，分析了影響無桿氣缸氣密性能的因素，論證了無桿氣缸密封性能失效形式，解決了F品牌該款無桿氣缸故障件O型密封圈回彈力不足、氣缸活塞密封圈和支撐柱位置設(shè)計(jì)缺陷問題，提高了無桿氣缸可靠性，確保車門可靠有效運(yùn)營。