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本文發(fā)表在《工程機(jī)械》2001No5
1 \3 n2 i8 [" W2 T工程機(jī)械液壓缸泄漏故障的診斷及維修
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王福山
. R. Z* V( y1 D* i5 e' K" f$ O5 l* H在對(duì)履帶式挖掘機(jī)故障調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析中,我們發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)泄漏故障占20~30%,而液壓缸的泄漏又占其中的33%。因此液壓缸的泄漏已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主要故障。
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液壓缸的泄漏一般為內(nèi)泄漏和外漏兩種情況。內(nèi)泄漏主要影響液壓缸的技術(shù)性能,使之出現(xiàn)出力不足、運(yùn)動(dòng)速度緩慢和工作不平穩(wěn)等現(xiàn)象。外漏將導(dǎo)致環(huán)境的污染和能源的浪費(fèi)。
2 u: w( i' }' ^( w. u5 A, t4 D' j+ y一.液壓缸泄漏原因
- ~. Y) c0 t' o B. N! `造成液壓缸泄漏的因素主要有:密封件的結(jié)構(gòu)形式與材質(zhì)、密封槽與密封接觸表面的質(zhì)量、密封件磨損與安裝、密封件工作環(huán)境、緩沖閥磨損、液壓系統(tǒng)的污染及液壓缸焊接缺陷等。
4 } s& D4 S6 \- \1 m0 t+ {/ a! `⒈密封件的結(jié)構(gòu)形式與材質(zhì)
8 f# q$ E g( y/ m9 D密封件的結(jié)構(gòu)形式與材質(zhì)的差異將直接影響液壓缸的泄漏。如果密封材質(zhì)太軟,那么液壓缸工作時(shí),密封件極易擠入密封間隙而損傷,造成液壓油的泄漏。如果密封材質(zhì)太硬,即使在較大的外力作用下,密封件變形也較困難,顯然它對(duì)密封面產(chǎn)生的初始接觸應(yīng)力和附加接觸應(yīng)力勢(shì)必較低,從而加劇了液壓缸的泄漏。如果密封材料與液壓油不相容,密封件將產(chǎn)生溶漲、軟化、溶解等現(xiàn)象,使密封件彈性降低喪失密封能力,造成液壓油的泄漏。
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⒉密封槽與密封接觸表面的質(zhì)量
/ ] ^; o- H$ ^2 e密封件安裝在尺寸精度較低,表面粗糙度及形位公差較低的密封副內(nèi),將導(dǎo)致密封件的損傷,產(chǎn)生液壓油的泄漏。
9 _3 |9 v0 s# J2 {0 m& l. o⒊密封件磨損與安裝
. C8 W: [$ o- x/ ]$ [0 W' J; {密封件具有較高的尺寸精度和形狀位置精度。密封件的磨損和在密封件裝配過程中造成的損傷,是液壓缸泄漏的主要原因。
4 R! u5 L# p- \. [⒋密封件工作環(huán)境
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如果密封件工作在高溫環(huán)境下,將加速密封件的老化,導(dǎo)致密封件的失效而泄漏。
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⒌液壓緩沖閥磨損
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對(duì)于閥緩沖液壓缸,液壓緩沖閥閥芯與閥座磨損是液壓缸泄漏的主要原因。
6 N m! {% V8 }, d3 R, p3 b$ p⒍液壓系統(tǒng)的污染
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如果液壓系統(tǒng)受到污染,含有顆粒物的液壓油作用在密封件運(yùn)動(dòng)表面上,產(chǎn)生研磨作用,導(dǎo)致密封件的失效產(chǎn)生泄漏。
. J6 {9 ~2 i2 P) _4 b
⒎因焊接不良產(chǎn)生的外漏
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焊接連接在液壓缸中采用較多,裂紋使焊接中經(jīng)常出現(xiàn)的問題,也是液壓缸產(chǎn)生外漏的原因之一。裂紋的產(chǎn)生主要是焊接工藝不當(dāng)和承受變載荷疲勞所至。
! h* r) J; |, s' \2 P二.液壓缸泄漏故障診斷方法
^, S0 F$ C; b1 P+ f$ A5 I
液壓缸的外漏現(xiàn)象非常直觀,而液壓缸的內(nèi)泄漏既看不見,也摸不到。尤其在工程機(jī)械上,液壓缸的內(nèi)泄漏與液壓閥間有著相互牽連的關(guān)系,沒有一定的經(jīng)驗(yàn)和診斷技術(shù)是很難判斷的。對(duì)于工程機(jī)械而言,液壓系統(tǒng)的泄漏量一般采用液壓缸或工作裝置位移量指標(biāo)。有關(guān)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)典型工程機(jī)械液壓缸或工作裝置因液壓系統(tǒng)內(nèi)泄漏引起的位移量作了具體規(guī)定如表1所示。
) |( B1 p! X6 d1 E6 O- X& s3 P表1工程機(jī)械液壓缸或工作裝置因液壓系統(tǒng)內(nèi)泄漏引起的位移量
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8 V3 W; ^0 c/ U0 _7 J7 m5 V, w) G N$ K/ \$ G- z8 q% S( p
6 Z0 S1 v$ W. I' H) ~ 序號(hào) | + W! M; J: \3 A8 {& R, s
% c* {0 R3 Z: U! z# e4 U
標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)及名稱 |
" j& [5 s. ^3 Y! C$ {
" K0 _! F0 F1 L- ? 試驗(yàn)方法 |
9 ], V% t% J z- Q- Z. W
0 {; O9 g8 h; Q/ p* y4 X 工作裝置(液壓缸)位移量 |
5 u. i6 L% o1 A
$ q0 n O; [. L5 X& v- h
! C$ Q7 u D& T8 @- I& m5 S' y' _) t 1 |
1 X" }1 A1 k- i5 |7 H2 l" |, |, [9 S9 p8 B' C
JB/T1666-1997《履帶式推土機(jī) 型式試驗(yàn)方法》 1 W7 h) A8 c' l& R/ u4 N
JB/SQ9.1-87《履帶式推土機(jī) 產(chǎn)品質(zhì)量分等》 | 9 w+ e* h$ X, J7 l
4 ]0 v; n. V0 b, M! ]
1初始油溫50±ffice:smarttags" />3℃
+ R! I! H8 T+ k3 E: ~5 F4 O2將推土鏟提升到最大位置,發(fā)動(dòng)機(jī)熄火5分鐘后,測(cè)量推土鏟鏟尖初始離地高度h1,在經(jīng)過15分鐘后,測(cè)量土鏟鏟尖初始離地高度h2。
/ Z, l% @% P, o: a3計(jì)算沉降量:h1-h2 | - X S3 n) p) g( ^+ p# p2 H$ b
: j9 r" l5 C0 n
推土鏟沉降量≤120 mm/15min ( ?! r q& _1 {; X
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" X$ \+ j0 j! T3 z
, H& |* g* ^7 g p5 l
% a% r$ H" K/ {6 a% j 2 |
6 L. ]4 t$ h- d& G7 ]" ^) j6 P' O. O+ b$ `; }
JB/T3698.2-1998《輪胎式裝載機(jī)技術(shù)條件》
( G p) |; o3 u: K) y, s |
0 G7 s: ^4 R+ ^; W7 X) N( \6 R( ]4 N7 q7 C; L+ O
1初始油溫50±3℃ : [* ~' D1 r* `1 V. C
2鏟斗后翻承額定載荷 0 o" {$ g4 C4 }3 E+ [
3提升液壓缸使鏟斗至最高位置 ; z6 T1 D" A3 M9 d# a3 {
4發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后測(cè)量液壓缸的位移量 |
1 s& U. j# w" V5 A* `4 [! x) [5 M0 w$ y: s0 A& M+ R9 }
鏟斗液壓缸≤20 mm/h
, ?$ w! A( `( t T動(dòng)臂液壓缸≤50 mm/h |
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0 G) s$ P6 w$ K2 A. O9 ~
. D9 A, r2 F4 d- D( r 3 | 1 f$ |/ c6 v3 q4 g/ g
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GB/T9139.2-1996《液壓挖掘機(jī)技術(shù)條件》 |
6 Z% @+ i1 L, Y+ V/ N, Z( Q9 I) N
x& b! u. t$ t# Y6 [ 1初始油溫50±3℃ % q" z* e6 m! @) t2 V' P8 t
2鏟斗裝滿物料(標(biāo)準(zhǔn)載荷) 3 q- z- X$ i+ Z: b5 y" v
3反鏟挖掘機(jī)動(dòng)臂液壓缸、鏟斗液壓缸全伸 # ]! g/ r$ w! H5 m0 \8 u" i1 M
4正鏟挖掘機(jī)鏟斗放平,工作裝置提升至最高位置 . M' W' s& V4 u* b
5發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后測(cè)量液壓缸的位移量 |
1 I5 Z8 _- [& l( f% b, o+ Z+ F- s6 A6 U" L i/ a: A! |
動(dòng)臂液壓缸≤200 mm/h |
8 T' G& S. b* k; O" |
9 ]' ], D1 u5 S
在工程機(jī)械使用過程中,一旦發(fā)現(xiàn)工程機(jī)械液壓缸或工作裝置位移量超過規(guī)定值時(shí),可斷定是由于液壓系統(tǒng)泄漏引起的故障。通過采用經(jīng)驗(yàn)診斷法、相關(guān)分析法和試驗(yàn)方法,在不拆卸液壓缸的前提下,對(duì)液壓系統(tǒng)的泄漏故障進(jìn)行診斷,進(jìn)一步判斷液壓缸泄漏的可能性。
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⒈經(jīng)驗(yàn)診斷法
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診斷液壓缸泄漏的經(jīng)驗(yàn)方法可用“問、檢”二字概括。具體來講:
/ R& o9 _, |! L) X. \0 ~+ d7 F) ]! [“問”就是維修人員向操作人員詢問故障機(jī)械的基本情況。主機(jī)有哪些異,F(xiàn)象;故障是突發(fā)的,還是漸發(fā)的;使用中是否有違章操作,液壓系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)情況;液壓油是否更換過,等等。在獲得這些信息后,可基本確定液壓缸內(nèi)泄漏可能性的大小。一般來講,突發(fā)性故障,大多是因液壓系統(tǒng)受到污染或意外載荷造成液壓閥或密封件失效引起的;漸發(fā)性故障,則多數(shù)是因密封件磨損嚴(yán)重而出現(xiàn)的。
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“檢”主要是維修人員親自檢查液壓系統(tǒng)的工作情況。首先排除非泄漏性故障,然后檢查液壓油的變質(zhì)和污染程度。最后維修人員操作液壓換向閥,使液壓缸運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí),可觀測(cè)液壓系統(tǒng)工作壓力,一旦工作壓力達(dá)不到規(guī)定值,而通過調(diào)節(jié)安全閥壓力仍不發(fā)生變化時(shí),則是液壓缸內(nèi)泄造成的。
# U* h9 h9 o" j/ K4 S3 @3 M+ U3 t⒉相關(guān)分析法
* K0 l' m0 [4 u; a% W5 }2 K: k0 y液壓系統(tǒng)的內(nèi)泄漏與液壓元件有著相互牽連的關(guān)系,根據(jù)它們之間的相互關(guān)系可縮小故障診斷的范圍。如ZL60裝載機(jī)出現(xiàn)鏟掘無力、動(dòng)作緩慢的故障現(xiàn)象時(shí),其液壓系統(tǒng)工作過程為:
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$ B8 v5 i) e7 Z$ a
; S! Y) l, i8 ~- H C2 }
液壓油箱 液壓齒輪泵 多路換向閥 鏟斗液壓缸 工作裝置
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% A4 f; T/ h' {: G% m2 r m液壓缸過載閥
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主安全閥
- c- I7 @( U8 h
圖2 液壓系統(tǒng)關(guān)聯(lián)示意圖
5 W- { i- T! ]) U* Z2 h液壓系統(tǒng)中每一個(gè)液壓元件的內(nèi)泄漏都可能是故障的原因。但是從工作裝置液壓系統(tǒng)中可知,動(dòng)臂液壓缸與鏟斗液壓缸有相互聯(lián)系。那么我們可以操作一下動(dòng)臂液壓缸,如果也出現(xiàn)鏟斗液壓缸工作情況,則可以肯定內(nèi)泄漏就是液壓齒輪泵或多路換向閥;如果動(dòng)臂液壓缸工作正常,則可以說明內(nèi)泄漏發(fā)生在鏟斗液壓缸和過載閥中。通過這種相關(guān)分析法,至少可以確定故障的大致范圍,為下一步準(zhǔn)確診斷提高了條件,節(jié)省故障診斷時(shí)間。
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⒊試驗(yàn)方法
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首先,在未拆卸液壓系統(tǒng)元件時(shí),按試驗(yàn)操作規(guī)程將工程機(jī)械開機(jī)就位(如起重機(jī)打出支腿、墊平支腿);然后,操作換向閥使液壓缸的活塞運(yùn)行至試驗(yàn)位置,拆開液壓缸回油腔管路,通過觀察油口是否有液壓油流出,可判斷液壓缸的泄漏情況。
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/ r7 H& Z0 X. T5 u6 h; _! l. Z
5 H$ b# |- w# j+ X7 w) ]8 \⑴疊加有過載閥液壓缸 ⑵疊加有平衡閥液壓缸 ⑶疊加有雙向液壓鎖液壓缸
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圖2 液壓缸原理示意圖
D* n& h+ C9 P" X* T0 G5 F對(duì)于疊加有過載閥液壓缸,操作換向閥使被試液壓缸的活塞運(yùn)行至極限位置,當(dāng)液壓系統(tǒng)升壓后,拆開液壓缸回油腔管路a和aˊ油口,觀察油口a和aˊ有無液壓油流出,如果aˊ油口有液壓油流出,表明液壓缸內(nèi)泄。如果a油口有液壓油流出,則是過載閥泄漏。
( q# K+ p/ m) L$ T7 O# u! j對(duì)于疊加有平衡閥液壓缸,可操作換向閥使被試液壓缸的活塞適當(dāng)伸出,通過工作裝置承載,使液壓缸無桿腔產(chǎn)生壓力,然后,操作換向閥至中位,拆開液壓缸進(jìn)出油口c和d,觀察油口c和d的泄漏量。如果c油口有液壓油流出,表明液壓缸內(nèi)泄。如果d油口有液壓油流出,則平衡閥泄漏。
[" d# Y) k1 ^6 e: ~# ?! h對(duì)于疊加有雙向液壓鎖液壓缸,同樣操作換向閥使被試液壓缸的活塞適當(dāng)伸出,通過工作裝置承載,使液壓缸無桿腔產(chǎn)生壓力,然后,操作換向閥至中位,拆開液壓缸進(jìn)出油口e和f,觀察油口e和f的泄漏量。如果e油口有液壓油流出,說明液壓鎖在無桿腔方向不閉鎖;如果活塞桿受載回縮,油口e無液壓油流出,而油口f有液壓油流出,說明液壓缸內(nèi)泄,同時(shí)液壓鎖在有桿腔方向不閉鎖;如果兩油口均無液壓油流出,說明雙向液壓鎖工作正常,液壓缸內(nèi)泄。
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三.液壓缸拆檢與維修方法
; T, v' R P5 P1 V, o一旦液壓缸出現(xiàn)泄漏故障,就必須拆卸液壓缸,對(duì)液壓缸泄漏原因進(jìn)行檢查。針對(duì)故障產(chǎn)生的原因應(yīng)采取相應(yīng)的維修方法。
. P* u& U' y% b1 o" g⒈密封件的檢查與維修
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活塞密封是防止液壓缸內(nèi)泄的主要元件。對(duì)于唇形密封件應(yīng)重點(diǎn)檢查唇邊有無傷痕和磨損情況,對(duì)于組合密封應(yīng)重點(diǎn)檢查密封面的磨損量,然后判定密封件的是否可使用。另外還需檢查活塞與活塞桿間靜密封圈有無擠傷情況;钊麠U密封應(yīng)重點(diǎn)檢查密封件和支撐環(huán)的磨損情況。一旦發(fā)現(xiàn)密封件和導(dǎo)向支承環(huán)存在缺陷,應(yīng)根據(jù)被修液壓缸密封件的結(jié)構(gòu)形式,選用相同結(jié)構(gòu)形式和適宜材質(zhì)的密封件進(jìn)行更換,這樣能最大限度地降低密封件與密封表面之間的油膜厚度,減少密封件的泄漏量。
$ j$ Q0 ?$ G6 [5 M7 h9 s& M. `⒉缸筒檢查與維修
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液壓缸缸筒內(nèi)表面與活塞密封是引起液壓缸內(nèi)泄的主要因素,如果缸筒內(nèi)產(chǎn)生縱向拉痕,即使更換新的活塞密封,也不能有效地解決故障,缸筒內(nèi)表面主要檢查尺寸公差和形位公差是否滿足技術(shù)要求,有無縱向拉痕,并測(cè)量縱向拉痕地深度,以便采取相應(yīng)地解決方法。
5 L# J3 y8 f9 v& v( I6 E* q, {如果缸筒存在微量變形和淺狀拉痕時(shí),可采用強(qiáng)力珩磨工藝修復(fù)缸筒。強(qiáng)力珩磨工藝可修復(fù)比原公差超差2.5倍以內(nèi)的缸筒。它通過強(qiáng)力珩磨機(jī)對(duì)尺寸或形狀誤差超差的部位進(jìn)行珩磨,使缸筒整體尺寸、形狀公差和粗糙度滿足技術(shù)要求。
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如果缸筒內(nèi)表面磨損嚴(yán)重,存在較深縱向拉痕時(shí),最好是按照實(shí)物進(jìn)行測(cè)繪,由專業(yè)生產(chǎn)廠按缸筒制造工藝重新生產(chǎn)進(jìn)行更換。也可采用熱噴涂、流鍍和粘接等表面修復(fù)技術(shù)修復(fù)缸筒。
' D$ ^5 f1 I/ z- g熱噴涂缸筒內(nèi)表面修復(fù)是將熔融狀態(tài)下的噴涂材料,通過高速氣流使其霧化噴射在缸筒表面上,形成噴涂層的一種金屬表面處理方法。熱噴涂后,通過強(qiáng)力珩磨機(jī)對(duì)缸筒進(jìn)行珩磨,使其整體尺寸、形狀公差和粗糙度滿足技術(shù)要求。熱噴涂缸筒表面修復(fù)有火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂和粉末爆炸噴涂等方法。
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流鍍缸筒內(nèi)表面修復(fù)是通過電—化學(xué)沉積獲得規(guī)定厚度的鍍層。流鍍前通過強(qiáng)力珩磨機(jī)對(duì)缸筒進(jìn)行珩磨,獲得理想的整體尺寸和形狀公差。流鍍工藝是以液壓缸體為鍍槽,液壓缸腔置陽極,液壓缸內(nèi)壁與陰極相連,且和陽極保證一定的均勻的間隙,通過直流電的作用,使鍍液中金屬離子在液壓缸內(nèi)壁上得到電子,還原成為金屬原子,沉積在在液壓缸內(nèi)壁上,獲得所需整體尺寸、形狀公差和粗糙度滿足技術(shù)要求的鍍層。
8 x7 j* z$ B/ u. ?+ W: c' Y粘接缸筒內(nèi)表面修復(fù)是通過TS311減磨修補(bǔ)劑修復(fù)缸筒。TS311減磨修補(bǔ)劑是一種主要用于磨損、滑傷等金屬零件的修復(fù)。修復(fù)過程中,首先用工業(yè)純丙酮清洗缸筒內(nèi)表面,清除干凈表層油污。再用合金刮刀在滑傷表面剃出1mm以上深度的溝槽,然后用丙酮清洗溝槽表面,用缸筒內(nèi)徑仿形板將調(diào)好的TS311減磨修補(bǔ)劑敷涂于打磨好的表面上,用力刮平,確保壓實(shí),并高于缸筒內(nèi)表面,待固化后,進(jìn)行打磨留出精加工余量,最后通過研磨使缸筒整體尺寸、形狀公差和粗糙度達(dá)到要求。
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⒊活塞桿、導(dǎo)向套的檢查與維修
# e# |% a9 o% j) p# [活塞桿與導(dǎo)向套間相對(duì)運(yùn)動(dòng)副是引起外漏的主要因素,如果活塞桿表面鍍鉻層因磨損而剝落或產(chǎn)生縱向拉痕時(shí),將直接導(dǎo)致密封件的失效。因此,應(yīng)重點(diǎn)檢查活塞桿表面粗糙度和形位公差是否滿足技術(shù)要求,如果活塞桿彎曲應(yīng)按照實(shí)物進(jìn)行測(cè)繪,依據(jù)活塞桿加工工藝,由專業(yè)生產(chǎn)廠進(jìn)行制造。如果活塞桿表面鍍層磨損、滑傷、局部剝落可采取磨去鍍層,重新鍍鉻表面加工處理工藝。
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導(dǎo)向套應(yīng)重點(diǎn)檢查導(dǎo)向套內(nèi)表面與活塞桿相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面,如果產(chǎn)生不均勻的磨損,不圓度在0.3mm以上時(shí),應(yīng)按照實(shí)物進(jìn)行測(cè)繪,由專業(yè)生產(chǎn)廠按導(dǎo)向套制造工藝進(jìn)行生產(chǎn),然后更換。
9 i9 q6 T- J9 x: R6 M) Y⒋緩沖閥的檢查與維修
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對(duì)于閥緩沖液壓缸,應(yīng)重點(diǎn)檢查緩沖閥閥芯與閥座磨損情況。一旦發(fā)現(xiàn)磨損量加大、密封失效時(shí),最好是按照實(shí)物進(jìn)行測(cè)繪,由專業(yè)生產(chǎn)廠按液壓閥制造工藝重新生產(chǎn)進(jìn)行更換。也可運(yùn)用磨料進(jìn)行閥芯與閥座配磨方法進(jìn)行修復(fù)。
& K) r( b- Z; K2 ^& z7 p, [" W' `* O e1 N
" q8 \7 `" L2 x& ]. c* V P
, Q' m1 \: |% U0 u4 ]$ E! I2 K
( I( a$ H; i' r- Y
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