液壓系統(tǒng)故障診斷.doc

第十一章 液壓系統(tǒng)故障診斷 第一節(jié) 概 述 液壓系統(tǒng)的故障診斷是指在不拆卸液壓設備的情況下，憑觀察和儀表測試判斷液壓設備的故障所在和原因。液壓設備的故障是指液壓設備的各項技術指標偏離了它的正常狀態(tài)，如管路和某些元件損壞、漏油、發(fā)熱、致使設備的工作能力喪失，功率下降，產(chǎn)生振動和噪聲增大等。 在使用液壓設備時，液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障是多種多樣的。即使是同一個故障現(xiàn)象，產(chǎn)生故障的原因也不一樣，它是許多因素綜合影響的結果。特別是新裝置的液壓設備，在試車時產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，其原因更是多方面的。液壓系統(tǒng)是一個密閉的系統(tǒng)，各元件的工作狀態(tài)是看不見，摸不著的。因此，在進行故障診斷時，必須對引起故障的因素逐一分析，注意到其內(nèi)在聯(lián)系，找出主要矛盾，這樣才能比較容易地排除故障。液壓系統(tǒng)的故障主要是由構成回路的液壓元件本身產(chǎn)生的動作不良、系統(tǒng)回路的相互干涉使某元件單體異常動作而產(chǎn)生的。圖11-1所示為液壓元件的故障發(fā)生率情況，其中油泵的故障率為最大，所以要引起足夠重視。 a）液壓系統(tǒng)故障 b）液壓油故障 圖 11-1 液壓元件故障發(fā)生率圖 11-2 液壓系統(tǒng)故障發(fā)生率 液壓系統(tǒng)還由于液壓油的選用不當和管理不善而造成的故障也非常多。在液壓系統(tǒng)的故障中至少有75是由液壓油的污染造成的，而液壓油的故障中約有90是雜質造成的，圖11-2所示為液壓系統(tǒng)的故障發(fā)生率情況。所以合理地選擇、使用、維護、保管液壓油是關系到液壓設備工作的可靠性、耐久性和工作性能好壞的重要問題，也是減少液壓設備出現(xiàn)故障的有力措施。 當然，液壓系統(tǒng)的故障除由元件本身和工作油液的污染引起的以外，還因安裝、調(diào)試和設計不當?shù)仍蛞鸬囊草^多。 液壓系統(tǒng)的故障診斷，過去一般憑經(jīng)驗，隨著液壓測試技術的發(fā)展，國內(nèi)外正研制和應用專用的測試儀和設備。如手提式測試器、液壓故障診斷器和液壓故障檢修車等。應用這些專用儀器和設備能在現(xiàn)場很快查出液壓元件及系統(tǒng)的故障，并進行排除。近年來，在液壓系統(tǒng)故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測技術方面取得了較大進展。如利用振動信號、油液光譜分析、油液鐵譜分析、超聲波泄漏指示器、紅外線測試儀等來進行檢測的技術，利用微機進行分析處理信號和預報故障的技術等的應用已有不少報道。而在港口工程機械液壓系統(tǒng)中，普遍使用這些技術來進行故障診斷及狀態(tài)監(jiān)測，則還需經(jīng)過有關各方面的努力才可能逐步實現(xiàn)。第二節(jié) 液壓系統(tǒng)的故障預兆液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障以前，通常都有預兆。如壓力失調(diào)、噪聲過大、振動過大、溫升過高，泄漏過大等等。如果這些現(xiàn)象能及時發(fā)現(xiàn)，并加以適當控制或排除，系統(tǒng)的故障就可以減少或避免發(fā)生。一、液壓系統(tǒng)的工作壓力失調(diào)壓力失調(diào)常表現(xiàn)為壓力不穩(wěn)定、壓力調(diào)不上去或調(diào)不下來、壓力轉換滯后、卸荷壓力較高等。產(chǎn)生壓力失調(diào)的原因主要有以下幾個方面：1液壓泵引起的壓力失調(diào)1）液壓泵的軸向、徑向間隙由于磨損而增大；2）泵的“困油”未得到圓滿解決；3）泵內(nèi)零件加工及裝配精度較差；4）泵內(nèi)個別零件損壞等。2. 液壓控制閥引起的壓力失調(diào)1）在壓力控制閥中：先導閥的錐閥與閥座配合不良；調(diào)壓彈簧太軟或損壞；主閥芯的阻尼孔被堵塞，滑閥失去控制作用；主閥芯被污物卡住在開口位置或閉口位置；溢流閥作遠程控制用時，其遠程連接通道過小或泄漏；溢流閥作卸荷閥用時，其控制卸荷的換向閥失靈等。2）在方向控制閥中：油路切換過快而產(chǎn)生液壓沖擊；電磁換向閥換向推桿過長或過短等。3輔助元件引起的壓力失調(diào)1）油濾器堵塞；2）液流通道過小，回油不暢；3）油液粘度太稠或太稀等。4其他1）機械部分未調(diào)整好，摩擦阻力過大；2）空氣進入系統(tǒng)；3）油液污染；4）電機功率不足或轉速過低；5）壓力指示裝置有故障等。二、振動與噪聲 振動與噪聲是同一物理現(xiàn)象的兩個方面。當液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動，除本身具有一定的振幅和頻率外，同時還伴隨著噪聲。它不僅使液壓系統(tǒng)引起故障，也有害于人類身體健康。所以，在液壓傳動中通常把噪聲級限制在80dB以下。液壓系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲的原因主要有以下幾個方面：1機械系統(tǒng)振動引起的噪聲1）皮帶輪、聯(lián)軸器、齒輪、回轉體的不平衡和滾動軸承的滾動體發(fā)生振動；2）液壓泵軸與電機軸不同心或聯(lián)軸器松動；3）管道支承不良等。2液壓泵和液壓馬達質量不好引起的噪聲1）零件加工及裝配精度不高；2）泵的“困油”未得到圓滿解決，流量和壓力脈動較大；3）軸承質量不好等。3系統(tǒng)密封不嚴引起的噪聲1）系統(tǒng)進入空氣是液壓系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲的主要原因。4液壓控制閥失靈引起的噪聲。1）溢流閥的調(diào)壓彈簧疲勞或端面與軸心線垂直度不良；2）閥芯上的小孔堵塞；3）閥芯在閥體內(nèi)移動不靈活；4）閥體內(nèi)流動液體對閥壁的沖擊；5）流動液體的渦流或流體剪切等。三、氣穴及氣蝕 氣穴及氣蝕現(xiàn)象是使液壓元件和液壓系統(tǒng)產(chǎn)生各種故障的原因之一，特別是在高壓和高速流動的液壓系統(tǒng)中尤為顯著?，F(xiàn)在，在液壓元件及系統(tǒng)設計中已充分注意到了這一問題。對運行維護管理人員來說，最主要的是如何有效地防止空氣進入液壓系統(tǒng)，為此應特別注意以下幾個方面： 1. 保持液壓泵各結合面的連接及泵吸油管接頭連接的緊密性； 2注意油箱內(nèi)的油位不能過低，回油管不能露出液面； 3泵吸油管端的油濾器，既不能接近油面，也不應緊貼油箱底面；4定期清洗吸油油濾器，防止污物堵塞油濾器而造成泵吸油不足。四、液壓系統(tǒng)溫升過高 液壓系統(tǒng)的工作溫度一般以3055為宜。超過這個溫度就會給系統(tǒng)帶來不利的影響，從而使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障。油溫過高的具體影響是：油液粘度下降，泄漏增加，泵的容積效率和系統(tǒng)效率顯著下降；使膨脹系數(shù)不同的運動副之間的間隙發(fā)生變化，或造成運動件動作不靈甚至卡死，或造成泄漏增大使工作性能降低；使油液氧化加劇，使用壽命降低；使橡膠密封件加速老化、失效。造成液壓系統(tǒng)油溫過高的原因主要有以下幾個方面： 1由機械摩擦損失引起的油溫過高1）液壓元件的零件加工及裝配質量差；2）相對運動件之間的潤滑條件差；3）密封件質量不好以及調(diào)整過緊等。2. 壓力損失引起的油溫過高1）系統(tǒng)各類閥規(guī)格選用過小、管道通徑小而多彎曲、無卸荷回路及節(jié)流調(diào)速方式選擇不當?shù)龋?）液壓系統(tǒng)工作壓力調(diào)整不當；3）工作油液質量太差或粘度太大等。3容積損失引起的油溫過高1）選用的液壓泵額定流量太大，工作時有大部分壓力油從溢流閥流回油箱；2）相對運動件間配合間隙太大，內(nèi)、外泄漏量大；3）密封件損壞或各結合面接觸不良造成泄漏；4）油箱容積太小，散熱條件差，冷卻器有故障等。五、液壓系統(tǒng)泄漏 泄漏既是液壓系統(tǒng)的故障預兆，又是液壓系統(tǒng)的一種故障，它包括外漏和內(nèi)漏。目前，漏油仍是我國液壓設備存在的共性問題，這個問題的解決直接關系到液壓技術的發(fā)展和普及。因此，必須采取措施減少泄漏。造成液壓系統(tǒng)泄漏的原因主要有以下幾個方面：1. 結合面處加工不良引起的泄漏。1）密封槽過深或過淺；2）平面密封的固定螺孔深度不合適，平面密封部分的定位誤差太大；3）組合密封墊和座孔不同心有偏斜；4）密封面太粗糙等。2安裝不良引起的泄漏。1）在管接頭的安裝上，如管接頭的緊固螺母和接頭螺紋配合不當；2）安裝管接頭時不易對中，有別頸現(xiàn)象；3）緊固管接頭時，采用密封帶及密封劑的用量不合適；4）焊接管接頭時，因焊后使連接件歪斜等都會引起泄漏。5）又如安裝V、Y形密封圈時壓緊力過大；6）安裝油泵、油馬達軸頸處和滑閥閥桿外端處的油封時，唇邊被鍵劃破或被彈簧推掉等都會引起泄漏。3維護及選用材質不當引起的泄漏。1）密封圈表面有損傷；2）密封圈材質較軟，密封間隙較大，被擠入間隙咬傷；3）油液污染后損壞液壓元件及密封等。從以上分析可知，液壓系統(tǒng)的任一故障預兆或故障的產(chǎn)生，不是單一因素造成的，是一個十分復雜的問題。它不僅與元件結構、加工和裝配質量有關，而且與系統(tǒng)設計、安裝和使用維護都有密切的關系。因而要求人們在掌握液壓設備故障診斷技術的基礎上，做到對液壓系統(tǒng)的故障預兆認真處理。第三節(jié) 液壓系統(tǒng)故障診斷方法及實例 目前，液壓系統(tǒng)大多還采用“壞了再修，及定期檢修的維護管理方法。壞了再修，必然影響生產(chǎn)，定期檢修會造成較大浪費。一些大型港口正在從定期檢修向預知維修過渡，這對于提高生產(chǎn)率、節(jié)省維修費用及合理配置備件等都是十分有利的。 要實現(xiàn)預知維修，必須采用狀態(tài)監(jiān)測技術。即用各種傳感器、有關儀器儀表及計算機組成測試系統(tǒng)，通過有關參數(shù)的顯示、對比隨時了解系統(tǒng)的運行狀態(tài)、系統(tǒng)及元件的技術狀態(tài)，判別故障部位，實現(xiàn)自動報警及自動停機等。但是，采用這種精密診斷及狀態(tài)監(jiān)測技術費用較高，一般的液壓系統(tǒng)目前尚不宜采用。目前適用于港口工程機械液壓系統(tǒng)故障診斷的方法有“四覺”診斷法、液壓系統(tǒng)圖分析檢測法、和用液壓系統(tǒng)測試儀診斷法。一、“四覺”診斷法 利用操作、維護人員的觸覺、視覺、聽覺和嗅覺來判斷液壓系統(tǒng)的故障，這是目前現(xiàn)場取得液壓故障信息的簡單方法。觸覺診斷是用手來摸液壓泵等元件的外殼是否燙手，摸執(zhí)行元件運動時及管路的振動情況。視覺診斷是通過觀察看各測點壓力表、真空表、油溫計的數(shù)值是否正常；看回轉機構能否回轉或回轉是否緩慢無力、回轉停止時是否有滑移現(xiàn)象；看行走機構能否行走或行走是否無力，是否向一側跑偏；看執(zhí)行油缸是否推力不足；看油箱油位是否正常，油液表面是否有泡沫、是否污染；看是否有外泄漏等。 聽覺診斷是聽液壓泵和液壓馬達的噪聲是否過大，溢流閥是否有尖叫聲，換向時的沖擊聲是否過大；聽是否有氣蝕產(chǎn)生的異常聲；聽泵是否有內(nèi)部零件損壞而引起的敲擊聲。 嗅覺診斷可判別油液變質及液壓泵燒結等故障。 上述診斷方法還會由于每個人的感覺不同、判斷能力的差異而得出不同的診斷結果，而且只是定性分析。若要確定真正的故障原因，還得要拆下有關元件，上試驗臺進行測試。二、液壓系統(tǒng)圖分析檢測法這種診斷法，必須明確液壓設備的工況要求，了解液壓元件的結構、工作原理和性能，熟悉液壓系統(tǒng)工作原理等。在此基礎上，按順序分析推理判斷出故障的所在，現(xiàn)以75B裝載機鏟斗油缸不動作這一故障為例，說明此診斷法的具體應用。圖11-3所示為75B裝載機液壓系統(tǒng)原理圖的一部分。由液壓系統(tǒng)原理圖可見，執(zhí)行元件由兩個動臂油缸l和兩個鏟斗油缸2所組成。分別由手動換向閥3、4控制。每個液壓缸設有安全閥(7、8、9、10)和單向閥(11、12、13、14)。其工作壓力由溢流閥6調(diào)定。圖11-3 75B裝載機液壓系統(tǒng) 根據(jù)分析，如果所有執(zhí)行元件都不動作，則說明是全系統(tǒng)的故障，即液壓泵和溢流閥有故障?，F(xiàn)因，僅僅是鏟斗油缸2不動作，則可認為液壓泵5和溢流閥6沒有故障，從而可斷定這是局部的故障。該故障的查找方法和步驟是：首先拆開進油管A(或B)并接上壓力表F。將手動換向閥4推向鏟斗方向時，壓力表F顯示的壓力值等于安全閥10(或9)的調(diào)定壓力，但此時鏟斗仍不動作，則說明故障產(chǎn)生在鏟斗油缸內(nèi)部。如果壓力表F顯示的壓力值低于調(diào)定壓力或者很小，則說明故障產(chǎn)生在系統(tǒng)的前面。此時，將安全閥10的回油管接頭C拆開，觀察接頭C處是否有回油流出。如果回油量比較大甚至伴有溢流開啟的“吱吱”聲，則說明該閥失靈或調(diào)整螺釘松動；如果沒有回油，可將單向閥11的接頭D拆開，觀察此處是否有回油流出。如果此處的回油量較大，則說明單向閥密封不嚴，鏟斗油缸不動作的故障產(chǎn)生于此閥。如果接頭D處沒有回油，則說明故障還起因于前面。依次再將手動換向閥4的回油管接頭E拆開，觀察作該項動作時回油管E處是否有回油。如果有大量回油，說明換向閥4已磨損嚴重，內(nèi)部密封失靈或破壞。由于泄漏量較大，使鏟斗油缸的壓力建立不起來從而停止動作。如果接頭E處仍沒有回油流出，則說明故障出現(xiàn)在鏟斗缸的內(nèi)部。 假若原故障是全系統(tǒng)的(各部分均不能動作)，則應進一步向前檢查。將主溢流閥6的回油接頭拆開，觀察操縱該動作時是否有回油溢出。如果回油量較大，說明故障是溢流閥失靈或調(diào)定壓力過低所造成的；如果不是溢流閥的故障，就可肯定是液壓泵的故障，此時，就應進一步檢測液壓泵。以上檢查順序和方法適用于各種液壓系統(tǒng)。思考題：圖11-4所示為Q2-8型汽車起重機外形簡圖。圖11-4 Q2-8型汽車起重機外形簡圖如果伸縮油缸不動作，請指出該故障的查找方法和步驟？14三、液壓系統(tǒng)測試儀診斷法液壓系統(tǒng)測試儀是由一個或幾個壓力表，流量計，溫度計和加載閥等組成的油路集成塊，它有兩個管接頭，可與被測油路連接。按其連接方式有直通式和旁通式兩種。直通式測試儀在油路中呈串聯(lián)接入，可用于開式液壓系統(tǒng)和閉式液壓系統(tǒng)；旁通式測試儀在油路中呈并聯(lián)接入，只可用于開式液壓系統(tǒng)。 現(xiàn)對豐田FD2521型叉車使用液壓系統(tǒng)測試儀測試系統(tǒng)故障的方法簡介如下；圖11-4為該叉車的工作裝置和轉向裝置的液壓系統(tǒng)原理圖。用測試儀可以測定系統(tǒng)中各元件的內(nèi)泄漏量，以此來判斷液壓元件的技術狀態(tài)或故障。圖11-4 FD2521型叉車液壓系統(tǒng)1-液壓泵；2-流量分配閥；3-主控制閥；4-傾斜缸；5-起升缸；6-轉向閥；7-轉向助力缸 1. 液壓泵1的測試若主泵旋轉時無嘯叫聲，無零件損壞的敲擊聲，轉速在額定范圍內(nèi)，則泵的主要故障是泄漏問題。泵的測試如圖11-5所示。令泵排油管與其他元件斷開并與測試儀進油口連接，測試儀另一接口經(jīng)連接軟管接至油箱。然后將測試儀上的加載閥開至最大位置，使液壓泵在空載下運行，達到額定轉速，并使液壓油達到工作溫度，測出泵的供油壓力、流量、溫度和轉速。由此得到泵的空載流量。一般將此流量近似作為泵的理論流量。然后慢慢關閉加載閥進行加載，使泵出口壓力逐漸上升至系統(tǒng)的額定工作壓力，測得此時泵的流量，該流量與空載流量之比即為泵的容積效率，而兩者之差即為泵的內(nèi)泄漏量。圖11-5 泵的測試回路燈M-系統(tǒng)測試儀一般認為：若泵流量減少25，則該泵技術狀態(tài)已達故障狀態(tài)；若減少達50，則該泵必須更換，系統(tǒng)故障的根源就在泵上。2. 流量分配閥2及溢流閥A的測試流量分配閥2及溢流閥A的測試如圖11-6所示。進行該項測試的目的就是確定溢流閥A的調(diào)定壓力(該系統(tǒng)為6MPa)是否正確及送往轉向回路的流量是否正確。測試時，先施于加載閥，使油溫達到工作油溫，轉速達到額定值。然后慢慢關閉加載閥，當通過測試儀的流量為零時，檢查測試儀上的壓力表讀數(shù)是否為6，若是則說明溢流閥A調(diào)壓正確，否則應重新調(diào)整。因為溢流閥A的調(diào)壓是否正確直接影響轉向裝置的可靠工作。若令柴油機從怠速至額定轉速范圍內(nèi)運轉(可取幾檔速度)，并將測試儀上的加載閥加載至壓力表讀數(shù)為6，觀察流量計讀數(shù)是否穩(wěn)定在設計規(guī)定值上，若基本穩(wěn)定，則說明流量分配閥工作正常；若波動大，則說明該閥有故障。圖11-6 流量分配閥2及溢流閥A的測試 M系統(tǒng)測試儀3轉向閥及轉向缸的測試轉向閥及轉向缸的測試如圖11-7所示。該項測試的目的是測出轉向閥及轉向油缸的內(nèi)泄漏量。圖11-7 轉向閥及轉向缸的測試a、b、t、c-量杯將轉向閥操縱至圖示位置，轉向缸活塞可右行至極限位置，令泵在額定轉速下運轉，油溫在工作溫度下，用量杯測得轉向閥及轉向缸在a、b、c三處的內(nèi)泄漏量(一分鐘時間)。再將轉向閥操縱至左