液压维修第12章 液压设备常见故障分析与排除

380第12章液压设备常见故障分析与排除随着人们对液压技术的认识和理解，其应用领域已经遍及到国民经济各个行业。液压设备种类繁多，但它们都具有由液压泵提供能源、由液压阀进行控制、由液压马达和液压缸作为执行元件等共同的特性。虽有不同的个性，但其共性也是相当明显的。本章主要对各类液压机械设备常见的带共性的液压故障及排除方法进行探讨。12.1液压系统的工作压力失常，压力上不去工作压力是液压系统最基本的参数之一，工作压力的正常与否会很大程度上影响液压系统的工作性能。液压系统的工作压力失常经常表现为对压力进行调解时出现调压阀失效、系统压力建立不起来、完全无压力、持续保持高压、压力上升后又掉下来及压力不稳定等情况。一旦出现压力失常，液压系统的执行元件将难以执行正常的工作循环，可能出现始终处于原始位置不工作，动作速度显著降低，动作时相关控制阀组常发出刺耳的噪声等，导致机器处于非正常状态，影响整机的使用性能。12.1.1压力失常产生的原因1.液压泵、马达方面的原因液压泵、马达使用时间过长，内部磨损严重，泄漏较大，容积效率低导致液压泵输出流量不够，系统压力偏低。发动机转速过低，功率不足，导致系统流量不足，液压系统偏低。液压泵定向控制装置位置错误或装配不对，泵不工作，系统无压力。2.液压控制阀的原因工作过程中，若发现压力上不去或降不下来的情况，很可能是换向阀失灵，导致系统持续卸荷或持续高压。溢流阀的阻尼孔堵塞、主阀芯上有毛刺、阀芯与阀孔和间隙内有污物等都有可能使主阀芯卡死在全开位置，液压泵输出的液压油通过溢流阀直接回油箱，即压力油路与回油路短接，造成系统无压力；若上述毛刺或污物将主阀芯卡死在关闭位置上，则可能出现系统压力持续很高降不下来的现象；当溢流阀或换向阀的阀芯出现卡滞时，阀芯动作不灵活，执行部件容易出现时有动作、时无动作的现象，检测系统压力时则表现为压力不稳定。有单向阀的系统，若单向阀的方向装反，也可能导致压力上不去。系统内外泄漏，例如阀芯与阀体孔之间泄漏严重，也会导致系统压力上不去。3.其他方面的原因液压油箱油位过低、吸油管太细、吸油过滤器被杂质污物堵塞会导致液压泵吸油阻力过大（液压泵吸空时，常伴有刺耳的噪声），导致系统流量不足，压力偏低。另外，回油管在液面上（回油对油箱内油液冲击时产生泡沫，导致油箱油液大量混入空气），吸油管密封不好漏气等容易造成液压系统中混入空气，导致系统压力不稳定。12.1.2压力失常排除方法严格按照液压泵正确的装配方式进行装配，并检查其控制装置的线路是否正确。增加液压油箱相对液压泵的高度，适当加大吸油管直径，更换滤油器滤芯，疏通管道，可解决泵吸油困难及吸空的问题，避免系统压力偏低；另外，选用合适黏度的液压油，避免机器在较低环境温度时因油液黏度过高导致泵吸油困难。针对液压控制阀的处理方法主要是检查卸荷或方向阀的通、断电状态是否正确，清洗阀芯、疏通阻尼孔，检查单向阀的方向是否正确，更换清洁油液（重新加注液压油时建议用配381有过滤装置的加油车来加油）等。油箱内的回油管没入液面以下，吸油管路接头处加强密封等，可有效防止系统内混入空气，避免系统压力不稳定。12.2欠速12.2.1欠速的影响液压设备执行元件（液压缸及液压马达）的欠速包括两种情况：一是快速运动（快进）时速度不够快，达不到设计值和新设备的规定值；二是在负载下其工作速度（工进）随负载的增大显著降低，特别是大型液压设备及负载大的设备，这一现象尤其显著，速度一般与流量大小有关。欠速首先是影响生产效率，延长了液压设备的工作循环时间；欠速现象在大负载下常常出现停止运动的情况，这便要影响到设备能否正常工作了。而对于需要快速运动的设备，如平面磨床，速度不够会影响磨削表面的粗糙度。12.2.2欠速产生的原因1.快速运动的速度不够的原因⑴液压泵的输出流量不够和输出压力提不高。⑵溢流阀因弹簧永久变形或错装成弱弹簧、主阀阻尼孔被局部堵塞、朱阀芯卡死在小开口的位置造成液压泵输出的压力油部分溢回油箱，使通入系统供给执行元件的有效流量大为减少，使快速运动的速度不够；对于螺纹插装式溢流阀，其密封的预压缩量的大小也会影响执行元件的快速性。⑶系统的内外泄漏严重：快进时一般工作压力较低，但比回油油路压力要高许多。当液压缸的活塞密封破损时，液压缸两腔因串腔而使内泄漏大（存在压差），使液压缸的快速运动速度不够，其他部位的内外泄漏也会产生这种现象。⑷快进时阻力大：例如导轨润滑断油，导轨的镶条压板调得过紧，液压缸的安装精度和装配精度差等原因，造成快进时摩擦阻力增大。2.工作进给时，在负载下工作进给速度明显降低，即使开大速度控制阀（节流阀等）也依然如此⑴系统在负载下，工作压力增高，泄漏增大，调好的速度因内外泄漏的增大而减少。⑵系统油温升高，油液黏度降低，泄漏增加，有效流量减少。⑶液压系统设计不合理，当负载变化时，进入液压设备执行元件的流量也发生变化，引起速度变化。⑷油中混有杂质，堵塞流量调节阀节流口，造成工进速度降低；时堵时通，造成速度不稳，例如应该采用调速阀的场合使用了节流阀。⑸液压系统内进入空气。12.2.3欠速排除方法⑴排除液压泵输出流量不够和输出压力不高的故障。⑵排除溢流阀等压力阀产生的使压力上不去的故障。⑶查找出产生内泄漏与外泄漏的位置，消除内外泄漏；更换磨损严重的零件，消除内漏。⑷控制油温。⑸清洗诸如流量阀等零件，油液污染严重时，及时换油。⑹查明液压系统进气原因，排除液压系统内的空气。12.3爬行12.3.1概述382液压设备的执行元件常需要以很低的速度（例如每分钟几毫米甚至不到1mm）移动（液压缸）或转动（液压马达）。此时，往往会出现明显的速度不均，出现断续的时动时停，一快一慢，一跳一停的现象，这种现象称为爬行，即低速平稳性的问题。爬行有很大危害。例如对机床类液压设备而言会破坏工件的表面质量（粗糙度）和加工精度，降低机床和刀具的使用寿命，甚至会产生废品，发生事故，必须排除。出现爬行故障的原因在于：①当摩擦面处于边界摩擦状态时，存在着动、静摩擦因数的变化（动、静摩擦因数的差异）和动摩擦因数承受着速度的增加而降低的现象。②传动系统的刚度不足（如油中混有空气）。③运动速度太低，而运动件的质量较大。不出现爬行现象的最低速度，称为运动平稳性的临界速度。消除爬行现象的途径有：①减少动、静摩擦因数之差：如采用静压导轨和卸荷导轨、导轨采用减摩材料、用滚动摩擦代替滑动摩擦以及采用导轨油润滑导轨等。②提高传动机构（液压的、机械的）的刚度K：如提高活塞杆及液压缸座的刚度，防止空气进入液压系统以减少油的可压缩性带来的刚度变化等。③采取措施降低其临界速度及减少移动件的质量等措施。12.3.2产生爬行的具体原因同样是爬行，其故障现象是有区别的：既有有规律的爬行，也有无规律的爬行；有的爬行无规律且振幅大；有的爬行在极低的速度下才产生。产生这些不同现象的爬行原因各有不同的侧重面，有些是机械方面的原因为主，有些是液压方面的原因为主，有些是油中进入空气的原因为主，有些是润滑不良的原因为主。液压设备的维修和操作人员必须不断总结归纳，迅速查明产生爬行的原因，予以排除；现将爬行原因具体归纳如下。1.静、动摩擦因数的差异大⑴导轨精度差。⑵导轨面上有锈斑。⑶导轨压板镶条调得过紧。⑷导轨刮研不好，点数不够，点子不均匀。⑸导轨上开设的油槽不好，深度太浅，运行时己磨掉，所开油槽不均匀。⑹新液压设备，导轨未经跑合。⑺液压缸轴心线与导轨不平行。⑻液压缸缸体孔内局部锈蚀（局部段爬行）和拉伤。⑼液压缸缸体孔、活塞杆及活塞精度差。⑽液压缸装配及安装精度差，活塞、活塞杆、缸体孔及缸盖孔的同轴度差。⑾液压缸活塞或缸盖密封过紧、阻滞或过松。⑿停机时间过长，油中水分（特别是磨床冷却液）导致有些部位锈蚀。⒀静压导轨节流器堵塞，导轨断油。2.液压系统中进入空气，容积模数降低⑴液压泵吸入空气①油箱油面低于油标规定值，吸油滤油器或吸油管裸露在油面上。②油箱内回油管与吸油管靠得太近，二者之间又未装隔板隔开（或未装破泡网），回油搅拌产生的泡沫来不及上浮便被吸入泵内。③裸露在油面至油泵进油口之间的管接头密封不好或管接头因振动而松动，或者油管开裂，吸进空气。383④因泵轴油封破损、泵体与泵盖之间的密封破损而进气。⑤吸油管太细太长，吸油滤油器被污物堵塞或者设计时滤油器的容量本来就选得过小，造成吸油阻力增加。⑥油液劣化变质，因进水乳化，破泡性能变差，气泡分散在油层内部或以网状气泡浮在油面上，泵工作时吸入系统。⑵空气从回油管反灌①回油管工作时或长久裸露在油面以上。②在未装背压阀的回油路上，而缸内有时又为负压。③油缸缸盖密封不好，有时进气，有时漏油。3.液压元件和液压系统方面的原因。⑴压力阀压力不稳定，阻尼孔时堵时通，压力振摆大，或者调节的工作压力过低。⑵节流阀流量不稳定，且在超过阀的最小稳定流量下使用。⑶液压泵的输出流量脉动大，供油不均匀。⑷液压缸活塞杆与工作台非球副连接，特别是长液压缸因别劲产生爬行。⑸液压缸内外泄漏大，造成缸内压力脉动变化。⑹润滑油稳定器失灵，导致导轨润滑不稳定，时而断流。⑺润滑压力过低，且工作台又太重。⑻管路发生共振。⑼液压系统采用进口节流方式且又无背压或背压调节机构，或者虽有背压调节机构，但背压调节过低，这样在某种低速区内最易产生爬行。4.液压油的原因⑴油牌号选择不对，太稀或太稠。⑵油温影响，黏度有较大变化。5.其他原因⑴油缸活塞杆、油缸支座刚性差；密封方面的原因；⑵电机动平衡不好、电机转速不均匀及电流不稳定等。12.3.3消除爬行的方法根据上述产生爬行的原因，可逐一采取排除方法，主要措施有：①在制造和修配零件时，严格控制几何形状偏差、尺寸公差和配合间隙。②修刮导轨，去锈去毛刺，使两接触导轨面接触面积≥75%，调好镶条，油槽润滑油畅通。③以平导轨面为基准，修刮油缸安装面，保证在全长上平行度小于0.1mm；以V形导轨为基准调整油缸活塞杆侧母线，使二者平行度在0.1mm之内。活塞杆与工作台采用球副连接。④油缸活塞与水管同轴度要求≤0.04/1000，所有密封安装在密封沟槽内，不得出现四周上压缩量不等的现象，必要时可以外圆为基准修磨密封沟槽底径。密封装配时，不得过紧和过松。⑤防止空气从泵吸入系统，从回油管反灌进入系统，根据上述产生进气的原因逐一采取措施。⑥排除液压元件和液压系统有关故障。例如系统可改用回油节流系统或能自调背压的进油节流系统等。⑦采用合适的导轨润滑用油，必要时采用导轨油，因为导轨油中含有极性添加剂，增加了油性，使油分子能紧紧吸附在导轨面上，运动停止后油膜不会被挤破，从而保证了流体润滑状态，使动、静摩擦因数之差极小。384⑧增强各机械传动件的刚度；排除因密封方面的原因产生的爬行现象。⑨在油中加入二甲基硅油抗泡剂破泡。⑩注意湍流和液压系统的清洁度。12.4振动与噪声12.4.1振动（含共振）和噪声的危害振动和噪声是液压设备常见故障之一，一般会同时出现。振动和噪声有下述危害：①影响加工件表面质量，使机器工作性能变坏。②影响液压设备工作效率，其原因是为避免振动不得不降低切削速度及走刀量。③振动加剧磨损，造成管路接头松脱，产生漏油，甚至振坏设备，造成设备人身事故。④噪声是环境污染的一个重要部分之一，噪声使大脑疲劳，影响听力，加快心脏跳动，危害人身健康。⑤噪声淹没危险信号和指挥信号，造成工作事故。12.4.2共振、振动和噪声产生的原因整台液压设备是由众多弹性体组成的。每一个弹性体在受到冲击力、转动不平衡力、变化的摩擦力、变化的惯性力以及弹性力等的作用下，便会产生共振和振动，伴之以噪声。振动包括受迫振动和自激振动两种形式。对液压系统而言，受迫振动来源于电动机、液压泵和液压马达等高速运动件的转动不平衡力，油缸、压力阀、换向阀及流量阀等的换向冲击力及流量压力的脉动。受迫振动中，维持振动的交变力与振动（包括共振）可无并存关系，即当设法使振动停止时，运动的交变力仍然存在。自激振动也称颤振。它产生于设备运行过程中；它并不是由强迫振动能源引起的，而是由液压传动装置内部的压力、流量、作用力及质量等参数相互作用产生的。不论这个振动多么剧烈，只要运动（如加工切削运动）