無錫液壓講課

現(xiàn)代液壓系統(tǒng)分析及故障診斷胡軍科教授中南大學一、現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

二、液壓元件分類、原理及功能四、現(xiàn)代液壓系統(tǒng)分析目錄三、液壓系統(tǒng)常用液壓元件的故障診斷、分析與維修

五、精品液壓系統(tǒng)設(shè)計研究1液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史及過程2現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的發(fā)展一、現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢液壓傳動和氣壓傳動統(tǒng)稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門技術(shù)。1、液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史及過程時間1795發(fā)展歷史及過程在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺水壓機。1905將工作介質(zhì)水改為油（液壓油缸）,水壓機又進一步得到改善。1914-1918液壓傳動廣泛應用，1925年Vickers發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。1952年后1952年Rexroth開始生產(chǎn)液壓產(chǎn)品，1953年Bosch開始生產(chǎn)液壓產(chǎn)品，2001年Bosch和Rexroth合并。機電液一體化液壓節(jié)能技術(shù)靜液壓傳動技術(shù)

2、現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的發(fā)展液壓元件液壓動力元件液壓執(zhí)行元件液壓控制元件

輔助元件二、液壓元件的分類、原理及功能

柱塞泵葉片泵齒輪泵213液壓動力元件液壓泵液壓執(zhí)行元件1液壓缸2馬達擺動缸

活塞缸柱塞缸擺動缸

齒輪式葉片式柱塞式液壓控制元件液壓控制元件主要是指對液流的流動方向、壓力的高低以及流量的大小進行預期控制的液壓控制閥。液壓控制閥是直接影響液壓系統(tǒng)工作過程和工作特性的重要元件。作用液壓控制元件插裝式聯(lián)接管式聯(lián)接板式及疊加式聯(lián)接手動操縱閥電動操縱閥液動操縱閥1按用途2按操縱方式3按聯(lián)接方式壓力控制閥流量控制閥方向控制閥分類液壓輔助元件

液壓系統(tǒng)中的輔助元件，是指除液壓動力元件、執(zhí)行元件和控制元件以外的其它各類組成元件。它們保證了液壓系統(tǒng)有效地傳遞力和運動,提高了液壓系統(tǒng)的工作性能。作用管路和管接頭

油箱

過濾器密封裝置

蓄能器

壓力表

冷卻器

液壓輔助元件三、液壓系統(tǒng)常用液壓元件的故障診斷、分析與維修（一）液壓泵的維護、故障分析及處理（二）液壓馬達的維護、故障分析及處理

（三）液壓缸的維護、故障分析及處理

（四）液壓控制閥的應用、故障分析及處理（五）液壓輔件故障分析及處理

（一）液壓泵維護、故障分析及處理液壓泵的維護①保證油箱中的液壓油清潔；②油箱內(nèi)的油位應保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；③安裝液壓泵時給殼體油腔注滿清潔液壓油；④調(diào)試時應點動判斷旋向；⑤在工作過程中，應經(jīng)常檢查吸油路過濾器和吸油管；⑥如果液壓泵長時間且高壓工作，應考慮對油泵殼體沖洗冷卻。液壓泵的故障分析及處理

泵吸不進油泵調(diào)不到額定壓力泵發(fā)出噪聲

液壓泵溫升過快液壓泵漏油

泵壓力不穩(wěn)定

外嚙合齒輪泵齒輪泵

動畫內(nèi)嚙合齒輪泵

動畫齒輪泵葉片泵單作用葉片泵雙作用葉片泵

動畫柱塞泵斜軸式斜盤式

動畫（二）液壓馬達及其維護、故障分析及故障處理

液壓馬達液壓馬達的維護①安裝馬達時給殼體油腔注滿清潔液壓油；②避免在系統(tǒng)有負載的情況下突然啟動或停止；

③必要時（高壓、高轉(zhuǎn)速）對馬達殼體油腔沖洗冷卻；④殼體泄油應直接回油箱。故障分析及處理①馬達旋轉(zhuǎn)無力；②泄漏；③爬行；④馬達軸損壞；⑤運轉(zhuǎn)時有噪音。(三）液壓缸及其使用、維護及其分析

3.1液壓缸的使用與維護1使用清潔的油液；2有合適的油溫；3防止吸空和憋壓發(fā)生。

動畫3.2液壓缸的故障分析故障油缸不動作或動作無力。

原因

油缸活塞上的油封及支承嚴重損壞，使有桿腔與無桿腔連通。

2.壓力控制閥3.方向控制閥4.流量控制閥5.插裝閥6.電液伺服閥1.單向閥（四）液壓控制閥的應用、故障分析及處理1.單向閥單向閥結(jié)構(gòu)原理圖

動畫1.1普通單向閥應用及其故障分析與處理應用故障分析與處理

①應用在多泵并聯(lián)油路中；②作背壓閥，提高執(zhí)行器的運動穩(wěn)性；③與流量閥和壓力閥等組合成單向復合閥；④其他需要控制液流單向流動的場合，如單向組群的半橋和全橋液壓回路。

①單向閥泄漏；②單向閥卡死。

液控單向閥

動畫1.2液控單向閥應用及其故障分析與處理液控單向閥的應用

①鎖緊液壓缸；②用于液壓系統(tǒng)保壓。液控單向閥故障分析與處理

①液控單向閥泄漏；

②液控單向閥不能反向卸荷；

③液控單向閥關(guān)閉時不能回復到初始封油位置；④噪聲大。

2壓力控制閥

直動式溢流閥結(jié)構(gòu)圖溢流閥原理圖2.1溢流閥

動畫

先導式溢流閥結(jié)構(gòu)圖2.1.1溢流閥應用及其故障分析與處理應用故障分析與處理

①定壓溢流

②安全保護③作背壓閥④遠程調(diào)壓⑤多級壓力控制

①調(diào)緊調(diào)壓機構(gòu)，不能建立壓力或壓力達不到額定值。②調(diào)壓過程中壓力非連續(xù)上升，而是不均勻上升。③調(diào)松調(diào)壓機構(gòu)，壓力不下降反而不斷上升。2.2順序閥直動式順序閥結(jié)構(gòu)圖

動畫先導順序閥結(jié)構(gòu)圖2.2.1順序閥的應用及其故障分析與處理順序閥的應用

①多執(zhí)行器順序動作控制；②系統(tǒng)保壓；③重力負載的限速；④系統(tǒng)卸荷。故障分析與處理

①不能起順序控制作用（子回路執(zhí)行器與主回路執(zhí)行器同時動作，非順序動作）；

②執(zhí)行器不動作；

③作卸荷閥時液壓泵一啟動就卸荷；④作卸荷閥時不能卸荷。

2.3減壓閥

動畫直動式減壓閥結(jié)構(gòu)圖先導式減壓閥結(jié)構(gòu)圖2.3.1減壓閥應用及其故障分析與處理故障分析與處理

①不能減壓；

②出口壓力不穩(wěn)定；

③不能連續(xù)調(diào)壓。

減壓閥的應用

①減壓穩(wěn)壓；②多級減壓；③減小液壓沖擊；④與節(jié)流閥等組成復合閥。3方向控制閥方向控制閥的運行性能特性行程-時間曲線（開啟時間）三位四通方向控制閥的△P-Q特性曲線三位四通換向閥開關(guān)容量界限特性曲線三位四通換向閥△P-Q開啟性能界限特性曲線直動式換向滑閥滑閥式換向閥

動畫彈簧對中型壓力對中型先導式換向滑閥滑閥式換向閥應用及其故障分析與處理滑閥式換向閥應用

①執(zhí)行元件運動換向；②液壓泵卸荷；③液壓缸差動快速回路；④多執(zhí)行器回路（多路閥）。故障分析與處理

①閥芯卡死；

②電磁鐵線圈燒壞；

③泄漏；④噪聲大。

4.流量控制閥4.1節(jié)流閥應用及其故障分析與處理應用

①串聯(lián)節(jié)流閥調(diào)速；②并聯(lián)節(jié)流閥調(diào)速；③執(zhí)行器減速；④執(zhí)行器緩沖。故障分析與處理

①流量調(diào)節(jié)失靈；②最小流量太大；③行程節(jié)流閥不能壓下或不能復位。4.2、調(diào)速閥故障分析與處理故障分析與處理

①調(diào)節(jié)失靈；

②流量不穩(wěn)定。

4.3、分流-集流閥應用及其故障分析與處理應用①用于液壓系統(tǒng)中2-4個執(zhí)行器的速度同步；②控制兩個執(zhí)行器按一定的速度比例運動。故障分析與處理

①同步失靈；

②同步精度太低；

③執(zhí)行器運動終點動作異常。5.1二通蓋板式插裝閥應用及常見故障應用場合

①工作壓力超過21MPa，流量超過150L/min。②系統(tǒng)要求集成度高，外形尺寸小。③系統(tǒng)回路比較復雜。④系統(tǒng)要求快速響應。⑤系統(tǒng)要求內(nèi)泄小或基本無泄漏。⑥系統(tǒng)要求穩(wěn)定性好、噪聲小。5.插裝閥動畫典型組合及應用回路

插裝方向閥及其應用回路

插裝壓力閥及其應用回路

插裝流量閥及其應用回路

插裝閥復合控制回路

5.2二通蓋板式插裝閥常見故障及處理1換向不可靠或調(diào)壓失靈；2插裝式壓力閥壓力不穩(wěn)定、振擺大；

過渡過程達不到要求。35.3螺紋式插裝閥5.3.1螺紋式插裝閥應用

螺紋式插裝閥幾乎可實現(xiàn)所有方向、壓力、流量閥的功能，主要用于高壓中、小流量（最大可達230L/min左右）的場合。6.電液伺服閥伺服閥原理6.1液壓伺服閥故障的診斷

1）伺服閥不動作內(nèi)部零部件損壞；滑閥卡死；噴嘴堵塞；內(nèi)部濾網(wǎng)堵塞；伺服放大器故障；

2）經(jīng)常出現(xiàn)零漂

油液污染；電氣部分產(chǎn)生的零漂；機械零漂；

3）伺服閥輸出流量少

供油壓力低；放大器的增益??；污物堵塞、卡死

4）動態(tài)特性、穩(wěn)定性差、穩(wěn)態(tài)誤差大

5）無信號輸入，但執(zhí)行機構(gòu)向一邊運動

主閥芯卡死在一定的開口位置；零位偏移；

6）零位泄漏增大、壓力增益下降

閥配合間隙增大；控制邊棱角損傷；

伺服閥（五）液壓輔件故障分析

1.蓄能器故障分析

故障現(xiàn)象

活塞式蓄能器振動大

無法蓄能氣囊易損壞

蓄能能量不滿足要求2.過濾器故障分析

濾芯脫膠

2濾芯變形1濾油器堵塞

3測壓不準確1測不到壓力

2故障現(xiàn)象故障現(xiàn)象3.壓力表開關(guān)故障分析

四、現(xiàn)代液壓系統(tǒng)分析（一）現(xiàn)代液壓系統(tǒng)回路的主要技術(shù)特征

（二）液壓傳動系統(tǒng)原理實例分析4321液壓基本回路閉式液壓傳動系統(tǒng)的原理泵控變量方式的種類及控制原理負載敏感和LUDV同步控制系統(tǒng)(一）現(xiàn)代液壓系統(tǒng)回路的主要技術(shù)特征方向控制回路2多缸動作回路4壓力控制回路31速度控制回路33

1、液壓基本回路調(diào)壓回路減壓回路平衡回路保壓泄壓回路緩沖制動回路壓力控制回路卸荷回路1.1壓力控制回路

調(diào)壓回路單級調(diào)壓二級調(diào)壓三級調(diào)壓

動畫

減壓回路一級減壓回路二級減壓回路

動畫

平衡回路溢流平衡閥回路雙向平衡閥的平衡回路

動畫

FD平衡閥平衡回路

FD平衡閥原理圖

平衡回路卸荷回路閥中位卸荷溢流閥+順序閥卸荷溢流閥遠控卸荷

動畫保壓泄壓回路蓄能器保壓回路蓄能器保壓回路

動畫緩沖補油回路換向回路方向控制回路鎖緊回路換向回路電磁換向閥換向回路電液換向閥換向回路比例換向閥換向回路

動畫換向回路

鎖緊回路單向鎖緊回路制動器鎖緊回路液壓鎖回路

動畫節(jié)流調(diào)速回路容積調(diào)速回路

快速運動回路

速度換接回路速度控制回路

速度控制回路節(jié)流調(diào)速回路進口節(jié)流調(diào)速出口節(jié)流調(diào)速旁路節(jié)流調(diào)速

動畫

動畫

動畫

容積調(diào)速回路變量泵-定量馬達定量泵-變量馬達容積調(diào)速回路變量泵-變量馬達1順序動作回路2同步動作回路多執(zhí)行器動作回路

多執(zhí)行器動作回路順序閥控制順序動作回路順序動作回路：a、壓力控制順序動作回路b、行程控制順序動作回路c、時間控制順序動作回路

動畫

采用同步液壓馬達的同步動作回路

3241多執(zhí)行器動作回路同步動作回路機械聯(lián)接同步回路采用同步液壓缸的同步動作回路采用流量控制閥控制的同步動作回路

動畫液壓系統(tǒng)回路實例分析油壓機液壓沖床123橡膠開煉機調(diào)距系統(tǒng)液壓系統(tǒng)回路實例分析456翻車機軌道式牽引車09-32搗固車

翻車機2、閉式液壓傳動系統(tǒng)的原理閉式液壓系統(tǒng)回路

演示閉式系統(tǒng)優(yōu)點:3）閉式液壓泵工作轉(zhuǎn)速高，便于內(nèi)燃機直接驅(qū)動。2）閉式系統(tǒng)中液壓元件相對較少，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，特別適合于行走機械。4）閉式系統(tǒng)依靠泵控換向，其換向沖擊小。1）閉式系統(tǒng)工作油路上不存在閥間損失，效率高。5）閉式液壓系統(tǒng)抗污染性強，適合于惡劣工作環(huán)境。

2、閉式液壓傳動系統(tǒng)實例分析

混凝土輸送泵液壓系統(tǒng)-CAD圖

架橋機行走液壓系統(tǒng)架橋機行走液壓系統(tǒng)原理圖

3

24

56

1

壓力、流量和功率均可控制較短的換向時間，較高的固有頻率，適應閉環(huán)控制需要閥控系統(tǒng)中，節(jié)能高效流量控制范圍大，可正向控制，也可負向控制較高的功率利用率－恒功率曲線電子控制，實現(xiàn)柔性控制和遠程控制3、泵控變量方式的種類及控制原理液壓系統(tǒng)對泵變量控制的要求：壓力控制變量壓差控制變量帶有反饋的排量控制變量電子控制變量速度感應變量壓力指令變量逆向控制變量液壓油泵變量方式匯總液壓油泵的變量控制PumpControlPcontrol壓力信號控制

Pcontrol負荷傳感控制Qcontrol機械反饋變量DA-SSCcontrol速度感應變量Electroniccontrol電子泵Pres.Comm.壓力指令變量MooringCont.逆向控制恒壓控制DRDP恒功率控制LR負荷傳感控制DFRPstiMn伺服控制HS/HS3EOEPDFE二次調(diào)節(jié)DS1壓力指令控制DRGqHD液控變量HW手動變量EP電控變量±q控制控制A10V-DFE1A4VSOE1-S02速度感應控制DADR控制FR控制LR控制DFR控制流量控制閥壓力控制閥恒功率控制閥優(yōu)先權(quán):1.壓力2.功率3.流量

阻尼孔0,8mmDFLR控制HD控制EP控制過濾器-冷起動閥DA控制DG控制HD控制HW控制EZ控制EP控制4、負載敏感和LUDV同步控制系統(tǒng)負載敏感系統(tǒng)原理圖LUDV系統(tǒng)原理圖負載敏感系統(tǒng)原理LUDV系統(tǒng)原理CAD圖（二）液壓傳動系統(tǒng)原理及實例分析CAD圖CAD圖2、旋挖鉆機1、動力穩(wěn)定車3、隧道出渣機原理圖5、液壓四大車原理圖4、正面吊系統(tǒng)WD-320型動力穩(wěn)定車旋挖鉆機隧道出渣車

五、精品液壓系統(tǒng)設(shè)計研究（一）液壓泵與原動機的匹配液壓國際標準與液壓技術(shù)的不適應及對策（二）液壓系統(tǒng)的沖擊（三）液壓系統(tǒng)的吸空（四）液壓系統(tǒng)的高溫治理（五）在作原動機與液壓泵匹配時，應以滿足扭矩匹配作為先決條件。另一方面，在進行扭矩匹配時要考慮內(nèi)燃機的變扭矩特性，要在可能工作的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進行扭矩驗算，否則會出現(xiàn)某一轉(zhuǎn)速下能滿足要求，而改變轉(zhuǎn)速時可能導致內(nèi)燃機超載的現(xiàn)象。我們要求在任意工作點上的扭矩不過載，否則會出現(xiàn)內(nèi)燃機帶負載后降速或熄火，導致油耗增加或根本不能工作。1.功率匹配、扭矩匹配及轉(zhuǎn)速匹配（一）液壓泵與原動機的匹配(1)在確定閉式泵輸入功率時要考慮補油壓力的影響，補油壓力越高則所需驅(qū)動功率越??；(2)原動機與液壓泵的匹配應以扭矩匹配為先決條件；(3)原動機為內(nèi)燃機時應驗算工作范圍內(nèi)各點的扭矩，以防止超限引起的降速或熄火。（一）液壓泵與原動機的匹配2.內(nèi)燃機的扭矩特性與油泵的變量方式匹配：液壓控制，與轉(zhuǎn)速有關(guān)，DA控制閥，固定設(shè)定值3.串泵與多泵的選擇12電動機：串泵或多個單泵。內(nèi)燃機：串泵；（二）液壓國際標準與液壓技術(shù)的不適應及對策1疊加閥的應用局限：有流量和壓力限制2三位四通換向閥的參數(shù)跳級：從25通徑到32通徑重量和價格發(fā)生巨變（三）液壓系統(tǒng)的沖擊1.沖擊的新定義瞬時高壓、吸空和瞬時流量變化；2.沖擊的外部特征及形成條件特征：振動、噪聲形成條件：流量和壓力突變3.換向時液壓沖擊的形成外因（慣性負載）、內(nèi)因（過渡機能）4.防止沖擊的措施

主動措施和被動的措施（貯能）（1）.電磁換向閥時間滯后引起的液壓沖擊:圖示為液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)，它實現(xiàn)的功能是快進→工進→快退故障現(xiàn)象：在進入快退行程時，首先出現(xiàn)向工作方向（進給）的沖擊，然后才能快退。危害：影響加工精度，嚴重時可能損壞工件和刀具。故障診斷：在快退時兩位和三位電磁閥均需換向，但二位閥的換向時間短，三位閥的換向時間長，在此換向過程中，會首先出現(xiàn)的油缸的差動，從而使工作臺前沖，待三位閥換向到位后，才能進入正常的快退。解決措施：在調(diào)速閥旁并聯(lián)一個單向閥，并改接電路，使快退時二位電磁閥不動作。

（2）.換向閥過渡機能引起的液壓沖擊:圖示為某壓鑄機的液壓原理圖（局部），采用雙泵合流供油。Ａ泵：低壓大流量Ｂ泵：高壓小流量Ａ泵處于工作或卸載狀態(tài)由壓力繼電器控制二位電磁換向閥實現(xiàn)。故障現(xiàn)象：A泵頻繁損壞經(jīng)檢查，溢流閥能正常溢流，換向閥正常換向，但電磁換向閥的過渡機能為，故在換向過程中存在油泵出口被瞬時封閉的情形，從而引起液壓沖擊。沖擊壓力的高低與泵的流量、被封閉腔體的體積、換向時間等因素有關(guān)，Rexroth公司的4WE10換向時間為：交流40-60ms，直流50-70ms。故障診斷：①將換向閥的過渡機能改為“H”型②在油泵A的出口和換向閥之間加裝一小型直動溢流閥③在油泵和電磁閥之間加裝蓄能器以吸收沖擊④如果泵A是由動力機獨立驅(qū)動的，則可取消二位電磁閥，通過壓力繼電器直接發(fā)信號控制電機啟停，達到工作或卸荷的目的。

解決方法：液壓閥的過渡機能引起油口的瞬時開啟或閉合（3）

從仿真結(jié)果看出，在0.2s之后都基本上達到了穩(wěn)態(tài)值，系統(tǒng)的調(diào)整時間很短。液壓缸8無桿腔壓力在0.01s左右時有一壓力峰值約為21MPa的瞬間壓力沖擊,相對于10.5MPa的穩(wěn)態(tài)值,其超調(diào)量達100%,可見該處的液壓沖擊是很大的。（4）油壓機回程時的液壓沖擊原因：油被壓縮，壓縮體積為：ΔV=β×Vo×（PH-Po）β---油液的壓縮系數(shù)，β=7×10-10m2/N對于一個Vo=67L，PH=32Mpa的油腔，ΔV=1.5L。若換向時間為0.1s=100ms，則瞬時流量為:

Q=1.5/0.1×60=900L/min

這樣大的流量通過管道流回油箱，在管路內(nèi)引起很大的沖擊流速，若d=30mm,則:

V=Q/(π/4)d2=21.2m/s

正常壓力油路的流速V<5m/s，因此會產(chǎn)生很大的沖擊。(主動措施)A:低壓回程+先導式液控單向閥B:回程油道上并接外控順序閥C:高壓側(cè)加小通徑電磁球閥

(通過電控預先開啟)解決方案：外負載（慣性）引起的液壓沖擊（5）特別是馬達在慣性作用下變成泵的工況，從而引起液壓沖擊。

壓力沖擊決定壽命！（四）液壓系統(tǒng)的吸空1噪聲大2油溫高且液壓油易變質(zhì)3影響工作機構(gòu)的性能4影響油泵的壽命有吸空的系統(tǒng)不可能成為精品?。ㄎ澹┮簤合到y(tǒng)的高溫治理1發(fā)熱原因：大多由設(shè)計不當引起2發(fā)熱的危害：一個惡性循環(huán)的故障3高溫的治理：系統(tǒng)冷卻流量的確定和局部高溫的對策高溫治理的措施：減少或降低熱源、加強散熱１、溢流閥的壓力調(diào)定高于負載或壓力切斷的壓力；２、采用變量泵＋節(jié)流閥（調(diào)速閥）＝容積調(diào)速；３、采用多泵結(jié)構(gòu)：流量匹配時優(yōu)先考慮功率大和作業(yè)時間長的執(zhí)行機構(gòu)的流