摘要：市场上挖掘机液压缸在使用过程中常出现活塞杆杆体发黑或者发蓝现象，该文对根据液压缸使用工况条件，对液压缸杆体发黑故障进行了详细跟踪研究，分析了变色的原因，提出了改进建议。
关键词：液压缸；活塞杆；发黑；发蓝
引言
液压技术是实现机械自动化的技术基础，液压油缸作为液压部件的执行元件，将液压能转变为机械能，做直线往复运动，作为设备的执行机构实现主机动作需求，在各种机械的液压系统中广泛应用。
作为工程机械技术人员，我们时常会遇到问活塞杆变色的解决办法。一般情况下，活塞杆会先变成蓝色，之后颜色加深，变为紫色，最后变为黑色。特别是在夏季，很多挖掘机用户都会遇到过活塞杆变色的问题，以为是油缸本身的问题。本文将对该现象进行跟踪分析，分析影响杆体变色的原因。
液压缸种类繁多，但发黑现象往往发生在挖掘机油缸。挖掘机作为工程机械的主要设备之一，应用广泛，根据挖掘机使用环境和工况条件，挖掘机液压缸具有以下特点：持续工作时间长、工作压力高、往复速度快、冲击强度大、换向频率高等。
1.变色现象描述
遇到活塞杆变色后，客户往往吐槽国产油缸质量问题，活塞杆变色不仅仅是出现在国产油缸，其他大牌国际品牌也出现（见图1）。挖掘机液压缸活塞杆常采用镍铬复合镀工艺，正常的液压缸活塞杆电镀后表面呈银白色。
图1 某国际品牌活塞杆发黑实例
图2 发黑活塞杆实地跟踪
图3 发黑活塞杆尺寸测量
杆体发蓝或发黑，一般在活塞杆外圆不均匀分布，大多数在靠近耳环侧颜色较深，靠近活塞端颜色浅一些。油缸换向的时候导向套会在前端停留时间要长，换向频繁，油液温度高造成发黑现象要严重，发黑现象经常发生在活塞杆的耳环端。经实地跟踪分析，采用湿纸巾用力擦拭不变色，采用细砂纸打磨能将黑色磨掉（见图2）。
2.变色原因分析
图4 活塞杆结构示意图
活塞杆由耳环和杆体焊接而成，杆体基体为调质的圆钢，杆体表面进行电镀处理。要使活塞杆变色有两种办法，一是高温使钢铁本身退火变色，二是活塞杆镀层发生化学反应，三是活塞杆镀层表面有色物质附着。
图5 45#材质高温空气中的变色
图6 电镀活塞杆在高温空气中的变色
对此我们进行了实验研究，把45#材质钢铁放置在高温空气的实验装置中，分别在175℃（图5左）和200℃（图5右）高温空气中72小时。175℃变为浅黄色，200℃的发蓝。我们把检验合格的镍铬复合镀的一根活塞杆截成6段，在高温空气（各两件样品分别在300℃、400℃、500℃）中进行实验，各10小时后的实验结果见图6，400℃的环境下10h开始出现变淡黄色，说明要实现变色至少需要300℃以上的高温。而油缸使用温度不超过120℃。
对多根油缸活塞杆发黑处进行尺寸测量（见图3），发现发黑处尺寸均满足设计图纸要求，在设计公差范围内。然后我们对发黑油缸进行了拆解，把拆解后油缸活塞杆进行表面抛光，黑色可去除，经仔细测量抛光前后尺寸，前后尺寸一致，说明黑色物质为活塞杆表面非常薄的几乎没有厚度的薄膜。
对发黑部分活塞杆和非发黑部位活塞杆进行X射线能谱仪进行分析，发现发黑处C原子重量比略高于非发黑处。
图7 X射线能谱仪对发黑部位分析
从活塞杆得发黑范围和往复运动中接触到的物质进行分析，含C元素物质只有可能来源于密封圈和液压油。液压油和PTFE材质密封组成元素均为C、O、H，在高温情况下有可能分解而析出C、H元素。
根据挖掘机现场实地跟踪和用户走访，油缸出现活塞杆变色现象的主机很多都出现过油箱温度升高的报警。挖掘机液压系统散热效果不好，液压系统存在液压油油温高的现象，或者在保养周期时更换了不同品牌的液压油或者劣质液压油，不同液压油中添加剂的品质和性能各不相同，特别是部分油液中的杂质及碳、硫、磷、铅，在高温下很容易造成杆体发黑的现象。
3.建议及解决措施
1）建议主机合理设计油箱体积大小，合理设计温度报警系统。
2）建议选适用于主机工况的液压油缸密封或者选择合适的材质；
3）合理设计液压缸密封间隙，间隙过紧或过小易造成油液温度升高。控制镀层的厚度、硬度及表面粗糙度，粗糙度精度影响活塞杆运动过程中表面油膜；
4）采用主机购买时指定的液压油品牌和牌号；
5）用户需按照操作手册进行挖掘机维护保养。对散热器部分经常清洗，并检查油箱冷却系统，是否存在堵塞、失控等情况，保证散热效果；
经过测量发黑活塞杆表面镀层厚度、硬度、粗糙度、活塞杆直径尺寸，均在正常范围内，完全可以正常使用。如果活塞杆表面出现磕碰凹坑，锈蚀，电击伤等缺陷，则需进行活塞杆修复。
4.小结
本文对挖掘机活塞杆变色现象进行了实地跟踪和客户走访，同时对变色的活塞杆进行了研究分析，研究发现发黑的黑色物质为碳和碳氧化合物，嵌入活塞杆镀层的微裂纹里，不会对系统造成额外的伤害。活塞杆变色发黑不影响液压油缸的正常使用，也出现过很多通过更换液压油活塞杆重新变光亮的案例。本文对于其他类主机产品出现的类似故障有一定的指导作用，也对主机液压系统和液压油缸的设计提供一些建议和参考。
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论文作者:唐闪,樊耀华,江华,王艳丽,火霏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/18
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