第五章液压与气压常见故障

1第五章液压传动系统的安装调试和故障分析【课程性质】理论课【教学目标】1、了解液压系统的故障诊断方法2、了解油液污染及污染度的测定3、了解液压系统的故障诊断手段【教学重点】1、了解液压系统的故障诊断方法2、了解液压系统的故障诊断手段【教学难点】分析回路步骤理解【教学课时】了解液压系统的故障诊断手段【教学策略】采用多媒体动画的教学方式，进行直观教学【教学方法】讲授法，多媒体教学法【教学过程】环节教学内容师生互动设计意图导入保证液压系统的正常运行，就必须正确合理安装与调试、使用和维护保养液压系统，液压系统设备是液压设备中的主要组成部分。据有关资料统计，液压设备的故障约占整个设备总故障的30%。对液压设备的故障诊断来说，其他领域中的诊断方法、理论和各种现代化的仪器在一定程度上具有普遍性。例如将振动信号处理技术、声发射技术、油液分析技术以及各种无损检测技术等应用于诊断，已成为液压系统诊断技术的重要内容。利用两种以上方法的综合诊断具有较高的准确率和实用性，在工程中得到了较为广泛的应用，如振动与声音诊断就是一例。2新课新课一、故障诊断方法的分类工程系统运行的状态很多，其环境条件各不相同，则故障诊断的方法分类也很多，例如可按诊断对象的类别来分；也可按所利用的状态信号的物理特性来分等。现按诊断的目的和要求分类如下：（1）功能诊断和运行诊断功能诊断就是对新安装或刚维修好的机器或系统，诊断它的功能是否正常，并根据检测诊断结果对它进行调整。而对正常工作中的机器或系统则进行运行状态的诊断，监视其故障的发生和发展。（2）定期诊断和在线监控定期诊断是隔一定时间对工作的机器进行一次检查和诊断,即巡检。它一般由人工来完成，将观测数据与经验表格作对比，分析故障的原因。在线监控是采用现代化仪表和计算机信号处理系统对设备或系统的运行状态进行连续的监视和控制，通过一系列的分析计算及时自动地发现系统的各种故障状态及原因，还可以用时间序列预报程序预测故障的发展趋势。随着计算机技术的发展和设备成本的降低，专用电脑故障检测预报系统将得到迅速发展，如飞机的液压系统，工业上的煤矿采煤机、运输机等设备都使用了微机系统进行运行状态的监控。对上面两种方法的选用，需根据设备的关键程度、设备故障影响的严重程度、运行过程中机器性能下降的速度以及设备故障发生和发展的可预测性来确定。（3）直接诊断和间接诊断直接诊断是直接根据关键零部件的信号确定该零部件的状态，例如对油液的混浊程度、运行时的声音、轴承间隙、齿轮齿面磨损、轴或叶片的裂纹以及在腐蚀环境下管道的壁厚等进行直接观察和诊断。直接诊断往往受到机器结构和运行条件的限制而无法实现，这时只好采用间接诊断。二、简易诊断技术3简易诊断技术又称主观诊断法，它是利用各种便携式诊断仪表、工况监测仪表和工程技术人员的实践经验，对液压系统出现的故障进行诊断，判别故障产生的部位、特征及原因。常用的简易诊断方法有下列几种。1、“四觉”诊断法工程技术人员利用触觉、视觉、听觉和嗅觉来判断液压系统的故障。这是目前现场取得故障信息常用的简便方法。具体内容如下：（1）触觉可以通过触觉判断液压元件及管道处油温的高低和振动的大小。若温度升高，接触两秒钟即感到烫手，元件或管道处感觉到有高频振动，就应判定为异常；此外，慢速移动的工作台有无“爬行”现象（所谓“爬行”现象是指执行元件低速运动时出现的时断时续，使运动速度不均匀的现象）。在严重时，很容易看出来，轻微时，把手放在工作台上就可感觉到极轻微的颤动。执行机构产生“爬行”现象将导致液压系统的稳定性恶化，对机床而言将严重影响产品的加工精度，缩短机构的使用寿命。(2）视觉液压系统的许多故障现象可以通过观察来判断。一般可以看速度、压力、油液（包括其清洁度、油量、粘度、气泡等）、泄漏、振动、产品质量等的变化，以判断是否出现故障。如回转机构不动，回转缓慢无力或回转停止时有滑移现象；操纵机构液压缸不动或推力不足、液压缸提升缓慢或自然下降量大、操纵杆不能回中位；油液变色及外部泄漏等。有一定维修经验的人员可以凭视觉来观察这些现象，判断液压系统是否出现故障，故障产生的部位及原因。（3）听觉根据液压栗和液压马达的异常声响、溢流阀的尖叫声、软管及弯管的振动声等来判断故障的原因和程度。（4）嗅觉利用嗅觉可以判别液压油变质程度或液压泵等有无烧结现象。这是由于当液压油混入水分4或在高温下通过系统元件的节流孔和节流隙缝时，产生局部高温，使油液变质，产生乳白色和黑褐色胶状悬浮物。悬浮物集存在油箱底部，它对液压系统的正常运行危害甚大。目前，尚无专门仪器检测，一般只能用目测和鼻闻。由于这种污染物大多集存在油箱底部，当油箱内油面较低时，容易被泵吸人系统，使滤油器滤芯或滤网突然堵塞，导致滤油器前后压力差突然增大，可以将此压力差信号作为间接监测的依据。2、顺序推断检测法这种诊断法要求主机停止工作。根据“四觉”诊断法，初步断定故障所涉及到的范围，从而把故障范围缩到最小，然后按顺序分析推理，逐步逼近故障产生的部位。顺序推断检测法适用于各种机器的液压系统。油液污染及污染度的测定一、油液污染度测定油液被污染指的是油液中的含有微小固体颗粒及胶状生成物、空气、氯和水分等杂质。1.油液被污染的原因及控制措施污染是造成液压系统发生故障的主要原因。颗粒污染会引起液压系统突发性故障，如压痕、划伤、伺服阀或伺服油缸卡死、滤油器的小孔堵塞等；纤维可以粘附于滤网与孔口，像江河中的木筏一样堵塞并搜集碎屑；空气污染可引起气蚀、操纵响应迟钝、噪声增加、压力瞬时丧失等；水和氯的主要危害是腐蚀，加速零件磨损，增加泄漏，润滑能力下降等。这些污染物将使得液压设备运转困难，磨损加剧，产生振动、噪声、爬行等现象，降低了液压系统和元件的寿命。据统计，液压系统故障有左右是由于油液污染所致。油液污染物来源于外部侵入和内部产生两个途径，主要有以下几方面原因（见图9-1）：1）残留物污染，指液压元件在制造、运输、5安装、更换与维修系统元件过程中未清洗干净而带人油液中的砂粒、磨料、锈片、棉纱和灰尘等杂物。（2）周围环境中污染物（如空气、尘埃、水滴等）的侵人。（3）生成物污染，主要指运行过程中系统内部固有的（随元件带入系统或初次启动的赃物）和系统内部生成的（系统的开口、元件性能、工作循环、设计特点等）金属微粒、磨损颗粒、水分与气泡等，以及油液变质后的胶状生成物等的污染。实际工作中，为延长液压元件的寿命、保证系统正常工作，常采用以下几方面的措施来控制污染：（1）液压装置组装前须严格清洗，尽量减少外来污染。（2）在系统恰当部位安装适当精度的滤油器，并要定期检査、清洗和更换滤芯。（3）按规定定期检查更换液压油。2.液压液的污染等级为了定量地描述油液的污染程度，以便及时的采取控制措施，减少油液对系统的危害和故障的发生。目前国际上常采用油液中固体颗粒含量的多少来划分油液的污染等级。目前主要采用的标准有ISO4406(国际标准）和NAS1638(美国国家航空和宇航标准)，下面对NAS1638标准作简要介绍。NAS1638是美国航天标准，它根据100ml油液中5个尺寸范围的颗粒数上限值划分为14个等级。污染度每增加一级，颗粒浓度增加1倍。因此，当油液污染等级超过12级时，可用外推法确定其污染等级。根据油样分析得出的各个尺寸范围的颗粒数，确定相应的污染度等级，然后取其中最高的一级作为油液的污染度等级。3.油液污染度测定仪目前已有的“YC-100-20”便携式液压油测定仪，测定一次仅需要10min即可，使用非常方便，一旦油液的污染度接近超差，就应该采用油6液过滤装置把油液过滤干净或更换新油。XZR显微镜是液压行业进行油液污染度检测的专用显微镜，有XZR—J型油液污染度检测显微镜和XZR—B型油液污染度比较显微镜两种。XZR显微镜是我国自行设计的，以满足液压行业进行污染度检测的需要。它具有设计合理、使用方便、成像清晰、性能良好等优点。液压系统的故障诊断手段监测及诊断装置即为故障诊断手段。故障诊断手段可分为便携式简易诊断和在线精密诊断两大类别。根据液压系统故障征兆，液压系统故障的主要参数是压力、流量、温度、执行元件的速度、噪声与振动、油液枯度、污染度和泄漏等。检测不同的参数时，应根据液压系统的故障情况、现场条件和精度要求的差异，选择不同的测试方法、工具和仪器。液压系统的监测和诊断，目前基本上还停留在人工巡回检测和定期检修的水平上。由于近年来微机应用的发展，且其性能提高、价格下降，为液压系统在线监测和故障早期诊断提供了条件。故障早期诊断或预报实际上是液压系统的监测与微机在线应用的结合，也是液压系统计算机辅助测试技术（CAT）的扩大应用。虽然发展人工智能系统来代替人对巡回检测到的系统中各有关参数的变化进行比较、判断的工作（目前计算机软件技术已能办到），但关键问题在于硬件和编制软件所需要的大量基础研究、试验工作尚待完善。在此仅简单介绍几种常用的液压系统的故障诊断仪器。一、手提式液压测试仪这是一种检测液压系统故障部位的诊断装置，它由流量计、压力表和温度计所组成，可对管式连接的液压系统的流量、压力和温度等方面出现的故障进行检测。根据测试器在管路中的接法，测试器可分为旁通式和直通式两种。旁通式测试器如图9-2(a)所示。系统的压力油管应接到测试器的进油口，回油管必须接到测试器的出油口。测试器上左侧的手动控制阀用于调节和选择不同的压力范围。直通式测试器及其在管路中的接法如图9-2(b)所示。它是串接在液压系统的压力油管上，与旁通式接法不同。它作为液压系统的一个临时7组件，当系统工作时，可直接测量流量、压力和温度，以判断系统工作是否正常。这种测试器具有体积小、携带方便、操作容易等优点。使用手提式液压测试器测试系统之前，必须打开压力控制阀（逆时针转动手柄）。测试时，操作压力控制阀（顺时针转动手柄）缓慢升压，分段加压到最大工作压力。为减小测试器在承受压力冲击时指针大幅度跳动，可调节阻尼螺钉，增大阻尼。一般选用直通式的较多，因旁通式不能对封闭的液压系统作整体测试，只能作分隔的组件测试。二、T形接头测试法T形接头即三通接头，安装在管路上，不检测时用堵头将其一端堵死；检测时，取下堵头并接入测试油管。在液压装置运转中就可进行测试工作，如图9-3所示新型T形接头的堵头采用磁性螺旋塞，其中装有两块永久磁铁（固定间隙），磁铁各通一导线。当被吸附到磁铁上的导磁磨粒（铁基与非铁金属磨粒）逐渐增多时，两块永久磁铁之间的间隙堵塞，磁路的磁阻变小，导通电路，发出信号。使用时，需要根据油液的性质和工况，装配间隙不同而规格相同的磁铁，以补充信号不全。金属磨粒和磁铁间隙的数量关系须由实验求得。三、液压泵故障诊断器这种手提式故障诊断装置体积小、操作方便，可在液压挖掘机、汽车起重机等工程机械的液压泵的外部进行故障诊断，并能推算出液压泵的剩余寿命。液压泵故障诊断器的原理是通过振动诊断法进行检测，经微型计算机分析处理并作出故障预报。如日本研制成的液压泵故障诊断器，型号为HICLAS—A，可以较快地从泵的外部直接检测出泵内部的磨损情况，迅速准确地掌握液压泵的内部变化状态，用微机进行分析处理和故障预报，从而有效地防止了泵故障的发生，提高了主机的可靠性。四、铁谱分析技术铁谱分析技术是当前使用最广泛、最有发展前途的油样分析方法。它是一种以机械磨擦副的8磨损为出发点，利用磁场力把铁磁性磨粒从液体工作介质（水、润滑油或液压油）中分离出来，并分析这些磨粒的相对数量、形态、尺寸大小和分布规律、颜色和成分等的技术。根据这些信息就可以准确地得到设备液压系统中磨粒的部位、形式、严重程度，甚至液压元件完全失效的结论，从而为液压系统的状态监控和故障诊断提供可靠的依据。图9-4所示为分析式铁谱分析仪工作原理示意图。液压系统的油样由低稳定速度的微量泵吸入，然后输出至呈一定倾斜角度的玻璃滑片上。五、超声波油质分析技术超声波检测油质的原理为：在油箱或油管里相隔一段距离设置超声波的发射与接收探头，当通过两探头间的油液的杂质含量发生变化时，超声波从发射探头到接收探头的传播时间和信号的强度将随之变化，由此可以测定油液的污染情况。这