支腿是保证轮式挖掘机进行稳定挖掘作业的基本构件，支腿液压缸的好坏直接影响整机的正常工作。在某型号轮式挖掘机的使用过程中发现，支腿液压缸在承受额定载荷时，活塞杆出现自行收缩现象（闭锁不好）。

为确保该机型支腿的稳定工作，及不因油路系统的泄漏造成支腿的收缩，在支腿液压缸原进回油腔上安装了双向液压锁，控制油路如图1-114所示。

发生故障后，从外观检查并未发现液压缸外漏油现象。因液压缸拆卸比较困难，故按从易到难的方法，先分析液压锁可能存在密封故障，所以更换双向液压锁，但试机故障仍存在。再分析原因，可能是液压缸自身故障，对液压缸进行了拆检。拆检过程中发现：①从外观上，可见液压缸缸筒中部发生了外凸变形；②活塞密封圈损坏。

图1-114 支腿液压缸控制油路

液压缸缸筒中部为什么会发生外凸变形呢？该液压缸结构参数为：液压缸内径D=110mm，液压缸外径D₁=130mm，液压缸行程为455mm，活塞杆直径d=60mm，正常最大工作压力约为30MPa。根据计算并参照设计手册，缸筒的材料和壁厚均合理，安全系数满足要求，正常工作时缸筒中部不应发生外凸变形。结合活塞密封圈损坏，我们进行了分析。图1-115和图1-116是液压缸活塞密封圈未损坏与损坏的两种工作状态示意图。液压缸活塞密封圈未损坏时，液压缸承受外载荷的有效工作面积为活塞面积A₁（图1-115）。液压缸活塞密封圈损坏后，液压缸大小腔连通，承受外载荷的有效工作面积由原来的活塞面积A₁变为活塞杆面积A₂（图1-116）。在同样外载荷F的作用下，双向液压锁的封闭造成支腿液压缸内的压力急剧增加。

当活塞承受外载荷时，液压缸内的压力：

p₁=F/A₁

当活塞杆承受外载荷时，液压缸内的压力：

p₂=F/A₂

相同工况下且最大负载相同时，有：

p₁^A1=p₂A₂

根据液压缸的结构，有

p₂=p₁（A₁/A₂）=3.36p₁

可见，活塞密封失效后，液压缸支承相同负载时液压缸内工作压力将数倍增加。液压缸缸筒内径变形量：

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图1-115 活塞密封圈未损坏

图1-116 活塞密封圈损坏

式中，ΔD为缸筒内径伸长量（mm）；p为缸筒内工作压力（MPa）；D为缸筒内径（mm）；D₁为缸筒外径（mm）；E为材料的弹性模量，取E=2.1×10⁵MPa；μ为泊松比，取μ=0.3。

正常工作时，缸筒内工作压力p=p₁=30MPa时，缸筒内径变形量：

密封损坏后，缸筒内工作压力p=p₂=p₁（A₁/A₂）=3.36p₁=100.8MPa时，缸筒内径变形量：

从计算看，在原设计液压缸工作压30MPa，活塞密封失效后相同工况下，液压缸内工作压力100.8MPa，如此高的工作压力，造成液压缸缸筒产生弹性变形直至塑性变形，从而出现了支腿在外载荷作用下的收缩现象。

由此可认为：

1）对工作于类似这种闭锁工况的支腿液压缸，设计中应特别注意密封件的选取，增加必要的高压挡圈，同时合理考虑活塞与缸筒的配合间隙。

本例中，采用O形密封圈加装聚四氟乙烯挡圈，活塞与缸筒的配合间隙控制为0.04～0.09mm。半年实际使用中未发生活塞密封失效现象，工作可靠，实践证明分析和采取的措施正确。

2）双向液压锁将液压缸内容积封闭，油压无法通过控制阀上的过载阀卸压；建议在双向液压锁的结构上增加过载溢流阀，并设定合理的过载溢流压力（40MPa），同时，配装压力开关低于过载溢流压力（38MPa）时进行报警，提示操作者检测，以确保构件正常工作，防止高压油的突然外泄，保证人身安全。