第九章-工程机械液压系统的诊断

第九章工程机械液压系统的诊断第一节液压系统检测与诊断的基本原理和方法第二节液压系统状态检测第三节典型液压系统的故障诊断与分析第四节液压系统故障分析实例一液压故障诊断的概念是判断机械设备液压系统的运行状态是否正常，液压系统是否发生故障，确定液压设备的部位及产生故障的部位及产生故障的性质和原因。二液压系统故障的特点1故障的多样性和复杂性2故障的隐蔽性3引起同一故障原因和同一原因引起故障的多样性4故障产生的偶然性与必然性三液压故障的分类（一）按液压故障发生的时间分：1早发性故障2突发性故障3渐发性故障(二）按液压故障特性分：1共性故障2个性故障3理性故障（三）按液压故障发生的原因分类1人为性故障2自然性故障第一节液压系统检测与诊断的基本原理和方法一、液压系统的构成液压传动系统由动力装置（液压泵），执行元件（液压缸和液压马达），控制元件（各种类阀）及辅助元件（液压油箱、接头、管道、滤油器、散热器、蓄能器等）和介质（液压油等）组成。1．单泵系统和多泵系统：根据系统中液压泵的数目，液压系统可分为单泵系统和多泵系统。1)单泵系统：由一个液压泵向一个或一组执行元件供油的液压系统，即为单泵系统。主要用于不需要进行多种复合动作的工程机械，2)多泵系统：有些工程机械动作比较复杂，如液压挖掘机、汽车起重机的工作循环中，既需要两个执行元件实现复合动作，又需要对执行元件能够进行单独调节。显然，采用单泵系统不可能很好地满足工况要求。2定量系统和变量系统：按照系统所采用液压泵型式的不同，可分为定量系统和变量系统。1）定量系统：采用定量泵的液压系统，称为定量系统，定量系统中所用的泵可以是齿轮泵、叶片泵或柱塞泵。2）变量系统：采用变量泵的液压系统，称为变量系统，变量系统中所采用的泵为叶片泵或柱塞泵，且以柱塞泵居多。3．串联系统和并联系统：根据向液压缸和液压马达等执行元件的供油方式和次序的不同，液压系统可分为串联系统和并联系统.1）串联系统：在串联系统中，液压油依次进入每一个执行元件，串联系统中液压泵的出口压力约等于整个管路系统的压力损失与各串联液压缸(或液压马达)内有效工作压力之总和。2）并联系统：并联系统中的流量的分配是随各执行元件上外载荷的不同而变化，首先进入外载荷较小的执行元件。3）串并联系统：多缸并联、串联的组合系统。4．开式与闭式系统：在液压传动系统中根据油液循环的方式不同，可分为开式循环系统和闭式循环系统。1）开式循环系统(简称开式系统)：液压泵自油箱吸油，经过换向阀等元件供给液压缸或液压马达对外作功。而液压缸或马达的回油及系统中的泄漏油则流回油箱。2）闭式循环系统(简称闭式系统)：液压泵和马达的进出油管直接首尾相接，形成一个闭合回路。5．单级直动式和多级先导式控制：1）单级直动式是指主要元件直接由手动操纵或电磁操纵，多用于流量不大的系统。2）多级先导式控制是指主要元件操纵靠液压控制，多用于流量较大或需远程控制的系统。其结构复杂，判断故障困难，须分级排除。二液压系统故障诊断方法：（一）液压系统故障诊断的步骤1.排除前的准备工作阅读设备使用说明书，掌握以下情况：系统的结构、工作原理、性能及设备对液压系统的要求；液压系统中所采用各种元件的结构，工作原理，性能。2．分析判断：在现场检查的基础上，对可能引起故障的原因做初步的分析判断，初步列出可能引起故障的原因。3．调整试验：调整试验就是对仍能运转的设备经过上述分析判断后所列出的故障原因进行压力、流量和动作循环的试验，以去伪存真，进一步证实并找出哪些更可能是引起故障的原因。4．拆卸检查：拆卸检查就是对经过调整试验后，进一步认定的故障部位进行打开检查。5．处理：对检查出的故障部位修复或更换，勿草率处理。6．重试与效果测试：按照技术规程的要求，仔细认真的处理。7．故障原因分析总结：按照上述步骤故障排除后，对故障要进行认真地定性、定量分析总结，以便对故障的原因、规律得出正确的结论，从而提高处理故障的能力，也可防止同类故障的再次发生。（二）液压故障诊断一般可分为简易诊断和精密诊断。1．简易诊断技术：简易诊断技术又称主观诊断法。2．精密诊断技术：精密诊断技术，即客观诊断法。（三）查找液压故障的方法1．根据液压系统图查找液压故障。2．因果图（又称鱼刺图）分析方法，对液压设备出现的故障进行分析，既能较快，又能积累排除故障的经验。3．铁谱技术分析故障。4．利用故障现象与故障原因相关分析液压故障。第二节液压系统状态检测所谓液压系统状态检测就是利用现代科学技术手段和仪器设备，依据对液压系统中流量、压力、温度等基本参数的检测和执行机构（液压马达和液压缸）的运动速度、噪音，油液状态以及外部泄漏等因素的观测来判断液压系统的工作状态和液压元件的损伤情况。液压系统的评价：因为液压传动与其它传动方式相比，在控制精度、自动化程度及操作方便、省力以及传动平稳、速度变换平滑、迅速等方面具有非常明显的优势，所以液压传动已成为广泛采用的重要传动方式之一。这就是说，对液压系统的评价，就间接地表明了液压工程机械性能的优劣。一、液压系统的效率：液压系统的效率是指对输入液压系统的能量的利用程度，也就是反映液压系统本身能量损失的多少的参数。具体说，就是在一个工作循环内，各执行元件在每个工序中对外所做有用功率之和与输入系统的总功率之比。引起液压系统效率变化的原因很多，其中主要的有：液压系统的传动方案，调速方案及元件、管路本身的特性等。以下几个方面出现能量损失1．换向阀在换向制动过程中出现的能量损失2．元件本身的能量损失3．溢流损失4．背压损失二、功率的利用功率利用是指系统在工作循环中对发动机功率的利用程度，也就是整机效率问题。对于多回路、多执行元件的液压系统，它不仅与各回路的设置及其之间的配合有关，而且与液压泵的数目及其控制方式有直接关系。例如，采用双泵变量系统比采用定量泵系统的功率利用要合理；采用双联变量泵总功率控制系统比采用双联变量泵分功率控制系统的功率利用更加合理；在多数情况下，采用双泵合流及多功能控制，更有效地利用发动机功率。功率利用这项指标，不仅仅是反映对发动机功率利用的好坏，而且对节省能源，也具有很大的现实意义。为了提高功率利用率，在国外的工程机械液压系统中，对液压泵采用零位起调，即在工作压力小于液压泵起调压力时，泵的流量为最小，这样可以减少低压时的功率损失。三、调速范围和调速特性工程机械的特点之一是工作机构的负荷及其速度的变化都比较大。不同的工程机械其调速范围是不同的，即使在同一工程机械中，不同的工作机构其调速范围也是不一样的。大小可以用速比来衡量。液压系统的调速范围与液压泵及执行元件的性能有关，或者说与系统的流量调节范围及系统压力有关。所谓微调性能，是反映执行元件速度调节灵敏度的一项指标。它除了取决于调节元件本身的特性及其控制方式外，还与系统的动态特性有关。第三节典型液压系统的故障诊断与分析一、液压元件的故障分析液压元件主要分为动力元件（液压泵）、执行元件（液压马达和液压缸）、控制元件（阀）和液压辅助元件（蓄能器、滤油器等），在本章第四节中列表说明。二、液压传动系统的故障分析液压系统中，各种元件和辅助装置的机构以及油液大都在封闭的壳体和管道内，不能像机械传动那样直接从外部观察而且寻找故障原因。且排除故障也比较困难。一般情况下，任何故障在演变为大故障之前都会伴随有种种不正常的症兆，可归纳为以下几个方面：出现不正常的声音；例如泵、马达、溢流阀等部位的声音不正常；出现回转、行走等马达以及各工作装置油缸作业速度下降及无力现象；出现油箱液位下降、油液变质现象；液压元件外部表面出现工作液渗漏现象；出现油温过高现象；出现管路损伤、松动及振动现象；出现焦糊气味等等。三、液压传动系统的几种常见故障现象1．漏油液压系统的漏油分为内漏和外漏，通常所说的漏油是指系统的外部漏油。漏油最常见的是管接头出故障，此时拆卸并重新拧紧即可治愈。2．系统压力失常系统中压力显著变化的最常见的原因如下：1）不带阻尼的旁通阀，这种情况的处理是换一个带阻尼的阀或恒压式阀2）阀堵塞，需要清洗，必要时换成带有防堵塞运动的更合用的阀。3）泵的压力脉动，这种压力脉动通常可用蓄能器阻尼来减缓。或者可采用不同类型的压力输出特性比较恒定的泵。4）由于混入空气而使油箱中气泡太多，这可能是由于油箱设计不当，系统漏气或类似的设计过失使得空气混入油液中。3．系统操纵失灵系统操纵失灵即指是操纵系统工作时，系统不能按照操作者的意愿工作，压力该升高不升高，流量该增大不增大。方法：1）系统压力正常，执行元件无动作。原因可能是无信号；收到信号的电磁阀中的电磁铁出故障；机械故障。2）压力正常，执行元件速度不够。原因可能是外部漏油；执行元件或有关管路中的阀内部漏油；控制阀部分堵塞；泵出故障或输出管堵塞，出口油液过热，粘度下降，致使泄漏量增多；执行元件过份磨损；过大的外负载使执行元件超载；执行元件磨擦加大；如由于压缩密封调整不当，弯曲载荷引起的变形等所致。3）系统压力低，执行元件速度不够。原因可能是泵出故障(磨损)或漏油使输出流量不足；蓄能器出故障或气压不足需要充气；泵的驱动出故障；阀的调整不正确，溢流阀或旁通阀出故障。4）不规则动作。通常是由于混入空气所致，按上述压力不稳检查。其他可能的原因是：摩擦太大，由于密封太紧或配合不当而楔紧所致，如果使用挡圈，在高压下O型圈可能被挤入间隙或楔紧，滑动副不足或卡紧等可能是摩擦增大的另一个原因；执行元件不对中，执行元件、工作台、滑块等不对中，导致不规则运动；压缩效应，油液在高压作用下的压缩性会影响精密的运动和控制，这是正常的油液特性，在这方面合成液压油好一些，混入空气会加大油的弹性。5）卸荷时系统压力仍很高。原因可能是把系统卸荷部分隔离出来的单向阀出故障；卸荷阀调整不好。第四节液压系统故障分析实例一、按故障分类分析以ZL50装载机为例，按故障分类分析说明液压系统故障诊断的思路（一）铲斗及动臂均无动作1．液压泵失效；测量工作油泵③的出口压力；（1）泵轴折断或磨损，（2）液压泵旋转不灵或咬死，（3）滚柱轴承锈死卡住，（4）外泄漏严重，（5）固定侧板的高锡合金被严重拉伤或拉毛。2．滤油器堵塞；伴随噪声；3．吸油管破裂或吸油管与泵的管接头损坏松动；4．油箱油液太少，无法吸吸；5．油箱通气孔堵塞；6．多路阀中的主溢流阀损坏失效。（二）铲斗翻转力不够，即轻载时能翻转，重载时不能翻转：1．首先试验动臂升降，若动臂提升也无力，则故障原因是：（1）多路阀中主溢流阀故障，（2）液压泵因磨损、性能下降，（3）吸油管破裂或吸油管与泵的管接头损坏松动，（4）油箱油液太少，无法吸吸。2．若动臂举升正常，则故障原因是：（1）翻斗操纵阀泄漏严重（2）翻斗控制油路上的过载阀出现故障，造成过载阀提前开启.（3）翻斗液压缸故障（4）管路泄漏。（三）动臂起升力不够，轻载时可起升，重载时不能起升或起升慢：1．首先检查翻斗翻转情况，若翻斗无力，（1）多路阀中主溢流阀故障，（2）液压泵因磨损、性能下降，（3）吸油管破裂或吸油管与泵的管接头损坏松动，（4）油箱油液太少，无法吸吸。2．若翻转动作正常，由故障原因是：（1）动臂操纵阀泄漏（2）动臂液压缸故障（3）管路漏油。（四）翻斗翻转和动臂起升运动速度都缓慢：1．液压泵磨损造成的容积效率降低2．多路阀故障（1）主阀芯拉毛或硬物划伤（2）主阀弹簧失效，（3）针阀及阀芯密封不严有泄漏（4）调压弹簧失效，3．双泵单路稳流阀④故障，（1）阀芯划伤拉毛造成卡死（2）阀芯弹簧失效，（3）单向阀阀芯卡死未能开启，4．油箱油量少5．油温过高6．多路阀中的主溢流阀故障，（1）主阀芯弹簧失效不能复位（2）针阀及阀座密封不严，（3）主阀芯及阀座密封不严（五）动臂起升速度缓慢但翻斗翻转速度正常：1．动臂液压缸泄漏，2．多路阀中动臂操纵阀阀芯和阀杆之间泄漏，3．动臂起升油路过载阀有泄漏。（六）翻斗翻转速度缓慢但动臂起升速度正常：参阅动臂起升速度缓慢故障现象，只需检查翻斗操纵阀和翻斗液