液壓系統主要故障分析與消除方法
1 前 言
液壓系統發生的故障一般分為兩類: 一類是整個液壓系統發生故障, 整個液壓系統的執行機構動作失靈或速度緩慢無力, 此時可考慮是否因泵和溢流閥的突然損壞或零件的磨損以及濾油器被堵塞所引起的流量、壓力不足; 另一類是個別機構動作失靈或發生故障, 一般可從發生故障的執行機構或控制機構入手分析。對液壓系統故障來說, 診斷、 尋找故障的原因和所在部位較難, 而找到后排除較為容易。
2 振動與噪聲的來源和消除辦法
液壓沖擊、 轉動時的不平衡力、 摩擦阻力以及慣性力的變化等都是產生不同振動形式的根源。在液壓傳動的設備中, 往往在產生振動后隨之而產生噪聲。液壓系統中的振動與噪聲常出現在液壓泵、 液壓馬達、 液壓缸及各種控制閥上, 有時也表現在泵、 閥與管路的共振上。
2.1 振動與噪聲產生的原因
2.1.1 由泵和馬達引起
( 1) 泵與馬達或系統密封不嚴而進入空氣或泵的吸沒管路浸入油面太淺而進入空氣。 ( 2) 泵吸油位置太高( 超過 500 mm) , 油的粘度太大或吸油管過細, 以及濾油器被油污阻塞造成泵的吸油口真空度過大而使原來溶解在液壓油中的空氣分離出來。這樣, 當啟動泵與馬達后,帶有大量氣泡的液壓油由低壓區流到高壓區后受到壓縮, 體積突然縮小或破裂; 反之, 在高壓區體積較小的氣泡, 流到低壓區體積突然增大, 油液中氣泡體積急速改變, 產生 “ 爆炸” 現象而引起振動和噪聲。 ( 3) 泵與馬達在一轉中各工作油腔內流量和壓力與扭矩的周期變化, 特別當泵與馬達的軸向、 徑間隙由于磨損而增大后, 高壓腔周期地向低壓腔泄漏, 引起壓力脈動, 流量不足, 噪聲加劇。 ( 4) 容積式泵是依靠密封工作容積的變化來實現吸、壓油的, 為了不使吸、 壓油腔互通, 在吸、 壓油腔之間存在一個封油區, 當密封工作容積經過封油區, 既不通壓油腔也不與吸油腔相通, 引成閉死的密封容積, 容積有微小變化就會產生高壓和負壓, 引起振動和噪聲, 一般稱它為 困油” 現象。在設計、 制造或維修時, 如 “ 困油” 未得到合理解決, 則必然會產生振動和噪聲。 ( 5) 液壓泵與馬達的零件加工及裝配精度不高或零件損壞。例如, 齒輪泵的嚙
合齒輪的齒形精度不高, 齒面粗糙度差, 相鄰周節及周節累積誤差大, 兩軸間的平行度差, 滾針軸承損壞, 裝配前未經嚴格的去毛刺和清洗等; 葉片泵的葉片在轉子槽中移動不靈活甚至卡死, 個別葉片斷裂或轉子有缺陷裂紋,定子內表面曲線拉毛、 刮傷, 配油盤端面與內孔垂直度不良等; 柱塞泵的柱塞移動不靈活或卡死等, 均能引起壓力脈動, 流量不足, 噪聲加劇。
2.1.2 由控制閥失靈引起溢流閥、 電磁換向閥、 單向閥等的閥芯系支承在彈簧上, 對振動很敏感。例如, 當換向閥換向, 而泵不能卸荷時, 由于泵的全部流量要通過溢流閥溢回油箱, 就會引起系統壓力升高; 當反向起動后, 系統壓力又恢復原定壓力。這種使系統壓力升高與降低及恢復原壓的過程是在瞬間發生的, 溢流閥的調壓彈簧在這瞬間被壓縮或伸長。若調壓彈簧疲勞或端面與軸心線垂直度不良, 閥芯上的
小孔堵塞, 閥芯外圓拉毛或變形, 就會使閥芯在閥體孔內移動不靈活而發生振動和噪聲。當換向閥的開口過小或通道突變, 流速高, 產生渦流, 流速高而背壓低時, 會形成局部真空, 使原來溶解在油液中的氣體被析出, 產生 “ 氣穴” 現象而發出噪聲。
2.1.3 由機械碰擊引起
如管道布置不合理發生相互撞擊; 液壓缸的活塞到行程終端位置無緩沖裝置或緩沖裝置失控, 活塞與端蓋的碰撞引起噪聲。
2.2 消除辦法
當系統出現振動和噪聲時, 應先察看是否有外界振動源和機械碰擊, 然后從泵、 馬達、 閥等方面去觀察和分析。有時伴隨振動和噪聲出現液壓油呈乳化現象, 這時應考慮到是空氣進入系統或溢流閥失靈和泵、馬達的 “ 困油” 未得到合理解決引起的。而液壓系統處于壓力工作狀態時, 空氣是不會進入系統的, 那么空氣只可能從液壓泵進油腔及濾油器處進入, 消除辦法是: 緊固各結合面及連接管道的螺、 接頭及接口螺母; 清洗濾油器; 補充油箱內油液至油標位置, 使濾油器浸沒在油液里。必要時可清洗溢流閥、 泵等元件, 以及修理和更換已損壞的零件。
3 爬行的來源和消除辦法
爬行是液壓傳動中低速運動時常見的不正常運動狀態。 其現象在輕微程度時為目光不能覺察的振。 而顯著時, 可見時動、 時停的現象, 即運動部件作滑動- 停止相交替的運動, 也可說是在作跳躍運動, 這種現象俗稱爬行。
3.1 節流閥堵塞引起的爬行及消除辦法
當運動部件出現雙向全行程爬行時, 可能是節流閥引起的, 因為當工作臺低速時, 節流閥的通流面積很小,
油中雜質及污物極易聚在這里, 液流速度高, 引起發熱,將油析出的瀝青等雜質粘附于節流口處使通流面積小,致使通過節流閥的流量減小; 接著, 因節流口壓差增大,將雜質從節流口上沖走, 使通流面積恢復正常, 通過節流口的流量又增加。 如此反復,致使工作臺出現間歇性的跳躍。消除辦法: 用什錦銼仔細消除節流口粘附的雜質; 更換干凈的油液, 防止油液污染。
3.2 摩擦阻力不均引起的爬行及消除辦法當運動部件運動至液壓缸行程兩端, 出現局部爬行,
一般可能是因摩擦阻力發生變化而引起的。爬行現象常出現于低速輕載場合 ( 如磨床等) , 這時的慣性力變化很小, 切削力變化也不大, 因此主要是密封摩擦阻力和導軌摩擦阻力的變化而引起。 一般有如下幾種可能性: ( 1) “ O”型密封圈溝槽底徑與活塞外圓同軸度超差, 致使 “ O” 型密封圈在圓周上的壓縮量不等, Yx型密封圈壓得過緊。 ( 2)活塞與活塞桿同軸度超差。 ( 3) 由于使用年久, 液壓缸的
缸體中部磨損較多, 而兩端磨損較少, 所以整個液壓缸在全長方向上摩擦阻力不一樣。 ( 4) 活塞桿兩端局部彎曲,造成當運動到彎曲部位時,阻力增大。 ( 5) 裝配時沒有保證活塞、 缸體孔、 活塞桿支架三者的同軸度。 ( 6) 液壓缸的母線與導軌不平行。消除辦法: ( 1) 以活塞外圓為基準, 修整溝槽底徑對外圓的同軸度要求。 ( 2) 較正活塞與活塞桿的同軸度要求, 更換 “ O” 型密封圈。 ( 3) 鏜磨缸體孔至要。 ( 4) 重新調整活塞桿兩端支架使其同軸度至要求, 并適當放松活塞桿處密封圈的壓蓋螺釘。 ( 5) 以平導軌為基準重新修刮液壓缸的安裝基面, 以 “ V” 型導軌為基準, 重新調整液壓缸母線與導軌的平行度。
3.3 運動部件導軌接觸不良和潤滑油不清潔引起的爬行及消除辦法若以上兩方面的因素已排除, 而仍然有爬行現象出現, 可考慮到運動部件導軌之間的接觸不良, 或潤滑油品質不佳和污染嚴重而引起的。
消除辦法: ( 1) 修刮導軌, 使兩者接觸面≥75%, 且均勻。 ( 2) 過濾或更換潤滑油。 ( 3) 清洗潤滑油調節器。
4 油液的污染及控制油液污染導致液壓系統的故障主要表現在以下幾個方面:
( 1) 污染顆粒侵入配合間隙, 配合零件的相對運動不靈活、 靈敏度降低或動作循環錯亂。對于泵, 若污染顆粒進入葉片泵轉子槽與葉片之間,就會產生卡住現象; 若進入齒輪泵的輪齒間與端蓋間, 就會加速齒面和端面的磨損, 使容積效率隨之下降; 若進入柱賽泵的滑履與斜盤之間, 會使靜壓建立不起來。對于液壓馬達, 當污物侵入時, 也能產生類似泵的不良后果。對于方向閥, 當污染顆粒侵入滑閥之間隙時, 會使閥芯移動不靈活甚至卡住。對于流量閥, 當污染顆粒結集在節流口, 會使通流面積發生變化, 影響速度的穩定性。對于壓力閥, 當污染物粘附在閥座處, 會影響閥座的密封性。而這種污染物粘附在閥座上是經常處于變化狀態, 時而存在, 時而被油液沖走, 引起無規律的間斷故障。
( 2 ) 污染顆粒堵塞阻尼孔,使元件失靈,造成各種故障。
( 3) 油液污染后, 油的粘度發生變化, 防銹性、 抗乳化性、 消泡性、 潤滑性等物理化學性能降低, 從而引起液壓系統的各種故障。總之, 油液污染是液壓設備發生各種故障的禍根。有時只需要清洗系統中某些元件, 故障即可消除。
5 泄 漏
5.1 泄漏原因
液壓系統中許多元件廣泛采用間隙密封, 而間隙密封的密封性與間隙大小( 泄漏量與間隙的立方成正) 、壓力差 ( 泄漏量與壓力差成正比) 、 封油長度 ( 泄漏量與長度成反比) 、 加工質量及油的粘度等有關。由于運動副之間潤滑不良、 材質選配不當及加工、 裝配、 安裝精度較差,就會導致早期磨損, 使間隙增大、 泄漏增加。其次, 液壓元件中還廣泛采用密封件密封, 其密封件的密封效果與密封件材、 密封件的表面質量、 結構等有關。如密封件材料低劣、 物化性不穩定、 機械強度低、 彈性和耐磨性低等,則都因密封效果不良而泄漏; 安裝密封件的溝槽尺寸設計不合理, 尺寸精度及粗糙度差, 預壓縮量小而密封不好也會引起泄漏。另外, 接合面表面粗糙度差, 平面度不好,壓后變形以及緊固力不均; 元件泄油、 回油管路不暢;油溫過高, 油液粘度下降或選用的油液粘度過小; 系統壓力調得過高, 密封件預壓縮量過小; 液壓件鑄件殼體存在缺陷等都會引起泄漏增加。
5.2 減少內泄漏及消除外泄漏的措施
( 1) 采用間隙密封的運動副應嚴格控制其加工精度和配合間隙。 ( 2) 采用密封件密封是解決泄漏的有效手段,但如果密封過度, 雖解決了泄漏, 卻增加了摩擦阻力和功率損耗, 加速密封件磨損。 ( 3) 改進不合理的液壓系統, 盡可能簡化液壓回路, 減少泄漏環節; 改進密封裝置, 如將活塞桿處的 “ V” 型密封改用 “ Yx” 型密封圈, 不僅摩擦力小且密封可靠。 ( 4) 泄漏量與油的粘度成反比, 粘度小, 泄漏量大, 因此液壓用油應根據氣溫的不同及時更換, 可減少泄漏。 ( 5) 控制溫升是減少內外泄漏的有效措施。壓力和流量是液壓系統的兩個最基本參數, 這兩個不同的物理量, 在液壓系統中起著不同的作用, 但也存在著一定的內在聯系。掌握這一基本道理, 對于正確調試和排除系統中所出現的故障是必要的。
如何清洗液壓系統
液壓系統在制造、試驗、使用和儲存中都會受到污染，而清洗是清除污染，使液壓油、液壓元件和管道等保持清潔的重要手段。生產中，液壓系統的清洗通常有主系統清洗和全系統清洗。全系統清洗是指對液壓裝置的整個回路進行清洗，在清洗前應將系統恢復到實際運轉狀態。
清洗介質可用液壓油，清洗時間一般為2-4小時，特殊情況下也不超過10小時，清洗效果以回路濾網上無雜質為標準。
清洗時注意事項：
1、一般液壓系統清洗時，多采用工作用的液壓油或試車油。不能用煤油、汽油、酒精、蒸氣或其它液體，防止液壓元件、管路、油箱和密封件等受腐蝕；
2、清洗過程中，液壓泵運轉和清洗介質加熱同時進行。清洗油液的溫度為（50-80）℃時，系統內的橡膠渣是容易除掉的；
3、清洗過程中，可用非金屬錘棒敲擊油管，可連續地敲擊，也可不連續地敲擊，以利清除管路內的附著物；
4、液壓泵間歇運轉有利于提高清洗效果，間歇時間一般為（10-30）min;
5、在清洗油路的回路上，應裝過濾器或濾網。剛開始清洗時，因雜質較多，可采用80目濾網，清洗后期改用150目以上的濾網；
6、清洗時間一般為（48-60）小時，要根據系統的復雜程度、過濾精度要求和污染程度等因素決定；
7、為了防止外界濕氣引起銹蝕，清洗結束時，液壓泵還要連續運轉，直到溫度恢復正常為止；
8、清洗后要將回路內的清洗油排除干凈
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