【摘 要】 随着生产技术和科学理论的进步，液压传动已被广泛地运用到经济建设的各个领域。在机械制造业中，液压传动已成为一门必不可少的技术而广泛地应用于各种机械、机床和设备中，发挥其独特的极为重要的作用。本文主要对液压元件中的液压缸进行相关可靠性的研究和分析。
【关键词】 液压元件；液压缸；可靠性
一、机械可靠性灵敏度分析的研究状况
在进行机械结构和系统的可靠性设计与分析时，因为各种因素影响结构系统可靠性（或失效）的程度不同，所以研究机械结构系统的可靠性灵敏度极具价值。机械结构系统的可靠性灵敏度分析，是在可靠性设计和分析基础上进行灵敏度分析，可以反映每个设计参数影响机械结构系统可靠性（或失效）的程度，即敏感性。通过在可靠性设计与分析的基础上的可靠性灵敏度分析获取结构系统的基本随机变量的分布参数（如：物理、尺寸、载荷等参数的数字特征量）影响可靠性（或失效）的动态量化关系。若机械结构系统可靠性（或失效）受一些因素的影响显著，那么在设计和制造过程中严格控制它们的变化，使其变化较小以保证机械结构系统具有足够的可靠性；反之，若机械结构和系统的可靠性（或失效）受一些因素的影响不显著，那么将它们视为确定量值进行可靠性分析与设计，以降低分析和设计的复杂程度。因此对这种机械结构系统的随机参数影响可靠性程度进行分析和研究时，提出用以计算设计参数变化的可靠性灵敏度分析方法是必要和有效的，为实际工程设计、制造、使用和评估提供合理的理论和技术支撑。
二、液压元件和系统的可靠性研究现状
液压技术和装置自19世纪诞生以来，得到了不断的发展和完善，已经成为世界各国多种工业领域的关键技术之一，液压元件和系统的可靠性也成为保障机械产品质量的关键核心因素之一。由于液压元件与系统的失效模式多样与失效机理复杂，因此液压元件与系统的特殊性和复杂性在液压可靠性的理论技术研究中要予以充分体现，液压元件与系统的特点主要体现在：①在现有的机械设备之中，液压装置的故障（或失效）率通常很高；②液压装置有参数可测量性差、动力传递封闭、故障（或失效）机理多样和复杂等许多问题；③比例伺服阀、优良效能液压泵等高性能的液压元件和系统的技术还需发展和完善。因此关于液压元件与系统的可靠性研究就显得更为重要。
目前液压元件和系统的可靠性研究基本上可以分为三大类：
①建立液压元件和系统的可靠性模型并进行可靠性分析和设计，将液压产品的研发与可靠性设计有机地结合起来，估计或预测液压元件和系统的安全与失效状态，预估和评价液压产品的可靠性水平，发现和排除设计的薄弱环节，从根本上提高液压元件和系统的固有可靠性；
②探索和分析液压元件和系统的故障/失效机理，寻找液压元件和系统的可靠性低的原因，并采取有效手段对设计和制造的缺陷进行修改，改进和消除产品的薄弱环节，使液压元件和系统的固有可靠性得以增长；
③对既有的液压元件和系统进行可靠性试验，并应用概率统计理论对试验结果进行统计分析，对液压元件和系统的可靠性进行估计和预测。通过反复分析和试验使液压产品的设计和制造之中的薄弱环节频频暴露，经过修正与排除产品的缺陷，使液压产品的可靠性持续提升。
机械可靠性灵敏度分析可以避免可靠性设计的盲目性，使修改设计和再设计可以做到有的放矢。尽管机械可靠性设计和可靠性灵敏度分析已经取得了可观的成果，但是由于液压元件和系统的运行工况复杂和失效模式多样，导致目前液压元件和系统的可靠性设计的研究还处于初级探索阶段和可靠性灵敏度分析的研究处于空白状态，可见液压元件和系统的可靠性设计和可靠性灵敏度分析的研究将面临更加艰巨的挑战，所以应该大力加强液压元件和系统的可靠性设计和可靠性灵敏度分析的研究力度与投入。
三、液压元件的可靠性以及灵敏度分析
液压缸是液压系统的一种执行元件，在液压系统中占有重要地位。液压缸性能的好坏，是工程机械工作性能的直接影响因素，同时也间接地影响了施工作业的成本和效率。随着工程机械需求量的增加，液压缸的应用量也与日增加，其可靠性也越来越受到人们的关注，如何提高液压缸的可靠性成为一个重要且紧迫的课题。
（一）液压缸可靠性主要工作内容
液压缸作为工程机械的主要部件，其需求量正在逐年增加，随着液压缸应用领域的越加广泛，关于液压缸的可靠性理论的发展与应用也越来越受到各行业的关注与重视。液压缸可靠性研究的主要任务就是提高液压缸的可靠性，延长使用寿命，降低维修费用，缩短维修周期。其内容包括设计研究、生产制造、检验及使用全过程的可靠性研究。
（二）焊接工艺优化试验
焊接技术就是两块或两块以上的待焊工件在高温或高压条件下被焊接材料连接成一个整体的操作方法，不只是金属材料可以用焊接技术进行连接，非金属材料同样可以使用焊接结构，而且焊接技术的另一突出优势是可以综合各种材料的特性。焊接件比铆接件、铸锻件重量轻，而且焊接的密封性能好，可以减小液压缸的结构尺寸、减轻其重量，相应的工程机械也可以减轻自动，节约能耗。
液压缸采用铸造、锻造与焊接结构相结合的加工形式，其构造简单、尺寸小、质量轻，是一种被广泛采用的液压缸结构形式。针对该企业焊接工序存在的实际问题，本节对液压缸的焊接分类及焊接缺陷进行了分析，通过焊接工艺优化试验，制定了新的液压缸焊接工艺规范，经统计，焊接工艺优化试验后，液压缸的焊接质量提升明显。
1、焊接分类
针对当前的实际情况，液压缸的焊接可以从液压缸的结构尺寸、所焊接零部件以及焊接工序上进行分类。
（1）按液压缸的结构尺寸可以分为小缸的焊接和大缸的焊接；
（2）按所焊接零部件分为缸头焊接、法兰焊接、油口焊接、油管焊接以及堵头焊接；
（3）按焊接工序先后可分为液压缸毛坯焊接和液压缸成品焊接。
2、焊接缺陷分析
（1）在焊接过程中，如果高温的熔池直接与空气接触，熔池中的金属就会被氧气氧化，熔池在冷却过程中也会把空气中的氮气和水蒸气吸入其中，这一情况直接导致焊缝出现砂眼、夹渣和裂痕等，焊缝质量和性能无法保证。
（2）焊缝及其两侧由于受到焊接热影响，会发生脆化、软化等缺陷，性能和组织的变化形式会因焊接材料、焊件材料以及焊接电流而有所差异，但是最终都会降低焊缝质量。
（3）焊接区域在焊接过程中会经历一个快速的融化和冷却状态，在这个过程中，由于焊接区无法进行热胀冷缩，就会在焊接结束后产生焊接残余应力和变形，二者是焊件功能和使用性能的直接影响因素，必须采取方法加以预防控制，或者进行事后矫正。
（4）过快的焊接速度可能会把杂质和气体封存在熔池内，从而导致焊缝出现气孔和夹渣等缺陷，同时，焊接速度过快可能会使焊缝冷却时的收缩应力增大，导致焊缝开裂。
（5）焊接温度过高，易形成焊瘤，且接头塑性下降，易弯曲开裂，而焊接温度过低，则易产生未焊透、未熔合、夹渣等缺陷。
3、焊接工艺试验
（1）试验前准备
试验中所用的焊接设备有：手工焊接机、CO2气体保护焊、富氩保护焊以及焊接机器人。
（2）焊接工艺方案
①用T502焊条焊接ZL50E-ZX型和Z5G.7.1.3D型液压缸的油口和油管；
②用富氩保护焊焊接XGYG01-130型和XGYG01-050型液压缸的缸头、XGYG01-127型液压缸的油口架座、XGYG01-050型液压缸的法兰；
③用T506焊条焊接XGYG01-050型液压缸的油口和油管；
④用CO2气体保护焊焊接XGYG01-130型液压缸的缸头。
试验全程详细记录各种焊接参数。
（3）试验过程
以XGYG01-130型液压缸的缸头焊接和ZL50E-ZX型液压缸缸筒油管的焊接为例。对于XGYG01-130型液压缸，选取3组试验样品，每组3对缸头和缸筒，分别使用不同的焊接参数，测量缸头耳环孔焊接后的变形量，通过缸头耳环孔焊接前后的内圆尺寸表示；对于ZL50E-ZX型液压缸，同样选取3组试验样品，每组3对缸筒和油管，测量缸筒焊接油管后的变形量，以缸筒焊接前后的焊接部位内圆尺寸表示。
（4）试验结果
XGYG01-130型液压缸的缸头与缸筒焊接前后，缸头耳环孔的内圆尺寸见表1。
ZL50E-ZX型液压缸的缸筒与油管焊接前后，缸筒焊接部位的内圆尺寸记录于表2。
表1 XGYG01-130型液压缸缸头焊接前后耳环孔内圆尺寸
表2 ZL50E-ZX型液压缸缸筒焊接前后内圆尺寸
从表1和表2中明显看出，两组焊接试验样品均是第3组的焊接变形量最小。
4、焊接工艺优化方案
（1）毛坯焊油口全部用焊接机器人焊接，通过这次工艺性试验得知，用富氩保护焊使用焊接机器人焊接，能够充分发挥焊接机器人的优越性，焊接质量稳定，可成倍提高生产效率；
（2）转斗液压缸和动臂液压缸的法兰上下面均在焊接机器人上焊接，采用富氩保护焊，做专用工装，实现45°角摆动焊，不仅焊接质量有保证，而且焊缝也美观；
（3）液压缸缸体成品的焊接利用现有设备，采用CO2气体保护焊接，规定工艺参数，减小电流输入，减小焊接变形；
（4）液压缸油管和堵头的焊接均用手工焊接，用T506φ3.5和φ4.5焊条焊接，制定工艺规程，减小电流输入，从而减小焊接变形；
（5）改进液压缸焊接零部件位置尺寸，保证焊接空间。将XGYG01-050型液压缸的缸筒油口后移2mm，扩大焊接空间，有利于焊接机器人焊接，保证质量；
（6）在焊接工序中加入清理焊渣、焊瘤工步。通过焊接工艺优化试验，液压缸各焊缝成形美观，变形、气孔、裂纹等缺陷大幅度减少，液压缸的焊接质量有明显提升。
四、结语
经过几十年的发展，在液压产品和装置设计领域之中，对液压元件和系统的故障/失效成因有了相对清晰的认识，并且给出了相应的预防控制措施。液压缸作为液压系统的执行元件，直接影响着液压系统动力和速度的输出，如果液压缸的可靠性不高，那么整机的工作性能就会受到影响。作为工程机械主要部件，液压缸的需求量正在逐年增加，它的可靠性也越来越受到人们的关注。本文以此为出发点，分析生产过程的薄弱环节，能够实现视情维修，为液压缸的生产制造企业、工程机械主机厂等液压缸使用者带来更大的经济效益，具有很好的工程实际意义和理论指导意义。
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