液壓系統(tǒng)故障分析及解決措施

王曙光 陳國倉 高 風(fēng) 劉玉慧

(臨沂大學(xué) 機械工程學(xué)院，山東 臨沂276005)

0 引言

液壓系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量輕、響應(yīng)快、功率密度大、精準度高及抗負載剛性大等優(yōu)點，在眾多重要領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。液壓系統(tǒng)在各類設(shè)備和系統(tǒng)中往往處于控制和動力傳輸?shù)暮诵牡匚?。隨著液壓系統(tǒng)向快速、大功率、高精度的方向發(fā)展，液壓系統(tǒng)的規(guī)模、功能、復(fù)雜程度及自動化水平日益提高，液壓系統(tǒng)及設(shè)備出現(xiàn)故障的幾率同時也將提高，因此如何提高系統(tǒng)的可靠性與安全性，是液壓技術(shù)領(lǐng)域目前亟待解決的問題。

1 液壓系統(tǒng)的基本組成

一個完整的液壓系統(tǒng)由動力元件、執(zhí)行元件、控制調(diào)節(jié)元件、輔助元件和工作介質(zhì)五大部分組成。液壓泵將機械能儲存在工作介質(zhì)中，然后通過執(zhí)行元件釋放能量進而帶動負載運動以達到預(yù)期的工作效果。液壓系統(tǒng)中液體的壓力、流量和方向通過控制調(diào)節(jié)裝置得以實現(xiàn)。輔助裝置之間的相互協(xié)調(diào)，為液壓系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的工作提供必要條件。

2 液壓系統(tǒng)故障狀態(tài)分析

2.1 液壓動力元件的故障分析

2.1.1 液壓泵工作的基本特點及分類

液壓泵是個有著相應(yīng)的配流機構(gòu)且其密封容積可以發(fā)生周期性變化的密封裝置。油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒大于或等于大氣壓力以保證液壓泵正常吸油。常見的液壓泵有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。

2.1.2 各種液壓泵出現(xiàn)的主要故障及改進措施

1）齒輪泵是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的液壓泵之一。齒輪泵的故障主要體現(xiàn)在工作壓力不穩(wěn)、泄漏和噪音振動。三者之間有時同時存在，彼此相互關(guān)聯(lián)。

（1）漏油現(xiàn)象

主要泄漏的部位有油泵齒輪斷面與端蓋間、齒面的嚙合處以及齒輪外圓和殼體內(nèi)孔的徑向處。齒輪端面和端蓋間的軸向間隙對泄漏量影響最大。若該部位泄漏量過大，則無法對液壓系統(tǒng)正常供油，迫使容積效率降低，引起發(fā)熱；當(dāng)泄漏量過小時，齒輪與端蓋之間的機械損失過大，機械效率降低，噪聲增大，振動劇烈。解決措施：嚴格控制泵的軸向配合間隙，可采用齒輪端面間隙自動補償?shù)霓k法。當(dāng)磨損過大時，應(yīng)及時更換齒輪泵。

（2）齒輪泵工作壓力不穩(wěn)

供油壓力不穩(wěn)而發(fā)生波動的主要原因有：吸油管過長或過細；吸油濾網(wǎng)容量不足；液壓油品質(zhì)差，油的粘性過高；吸油突緣因密封不嚴導(dǎo)致空氣進入或管道內(nèi)有氣泡等。這些故障在下面的三種泵體中都有可能出現(xiàn)，只在此進行分析。解決措施：清理污垢，變通管道，更換濾網(wǎng)及液壓油，以減小液壓油在傳輸過程中的壓力損失。

（3）齒輪泵的噪音大

在液壓泵中，過大的噪音的除了來源于油泵內(nèi)部零件磨損、泵軸與驅(qū)動連接不同心、軸承旋轉(zhuǎn)不均勻等之外，還來源于困油故障。解決措施：修理或更換泵內(nèi)零件；重新調(diào)整驅(qū)動連接機構(gòu)；在齒輪泵的兩側(cè)端蓋上銑出卸荷槽。

2）螺桿泵，實質(zhì)是外嚙合的齒輪泵，泵內(nèi)至少有兩個螺桿，與齒輪泵一樣，作為定量泵，一般應(yīng)用到對精密度要求較高的的系統(tǒng)中。螺桿泵的故障主要體現(xiàn)在壓力小、漏油上。

（1）泵體供壓小

除了體現(xiàn)在主、從動螺桿外圓與泵體孔的配合間隙因磨損而增大進而引起的供壓減小外，還有主動螺桿頂圓與從動螺桿根圓、從動螺桿外圓與主動螺桿根圓嚙合的嚙合間隙不符合基本要求。解決措施：保障主動螺桿外圓、從動螺桿外圓與泵體的配合間隙；用三根螺桿對研跑合的方法提高螺桿齒形精度，并保證三根嚙合開檔尺寸在規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。

（2）漏油現(xiàn)象

該故障主要出現(xiàn)在兩齒嚙合處。與齒輪泵的解決措施類似。

3）葉片泵，它被廣泛應(yīng)用于機械制造中的專用機床、自動線等中低壓液壓系統(tǒng)中。在工作中除了和齒輪泵一樣有壓力不穩(wěn)、噪音、泄漏等故障外，還存在異常發(fā)熱的現(xiàn)象。

（1）噪音產(chǎn)生原因及解決措施

①定子表面不光滑，出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象等。解決措施：精確的加工定子表面和裝配定子。

②吸油區(qū)定子過渡表面磨損。解決措施：輕者可用紗布拋光即可，重者應(yīng)在磨床上利用仿形靠磨修復(fù)。

③吸油口處密封不嚴，可能有空氣進入。解決措施：用涂脂法檢查，拆開吸油管接頭，然后清洗干凈，涂上密封膠再密封擰緊。

④出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。解決措施：檢查吸油管、油箱、過濾器、油位及油液的粘性等。

（2）壓力波動現(xiàn)象明顯

除了主要原因是因限壓式變量葉片泵的調(diào)壓彈簧變形大之外，還因泵體的磨損而引起。同時伴隨著噪音，例如定子內(nèi)曲線磨損。解決措施：更換合乎規(guī)格的調(diào)壓彈簧；對于噪音伴隨的壓力波動的解決措施和相對應(yīng)的噪音解決措施一樣。

（3）泄漏

和齒輪泵體一樣，主要是泵體和泵蓋的間隙間的泄漏。解決措施：正確制定配合間隙，當(dāng)磨損過大時，更換葉片泵。

（4）發(fā)熱異常

電流過大易引起發(fā)熱，在葉片泵工作時，引起電流過大的原因很多，比如說葉片被卡、阻力過大、泵長時間在超過或接近額定壓力的情況下工作等。散熱系統(tǒng)不好也容易引起發(fā)熱故障，同時磨損也是導(dǎo)致發(fā)熱的重要原因，特別是各個滑動配合面的間隙過大或過小。解決措施：定期進行一些常規(guī)的檢查,排除葉片出現(xiàn)的故障；經(jīng)常添加潤滑油可以有效的保證磨損；正確裝配也能保證磨損小，浪費小；對于電流控制,最好進行安裝合適的保險裝置,以防不測。

4）軸向柱塞泵故障及解決措施

（1）壓力偏低

①吸油管和濾油器堵塞。軸向柱塞泵所需要的工作介質(zhì)必然通過吸油管濾油器與油箱相通，濾油器堵塞必定導(dǎo)致流量不足。解決措施：利用清潔劑清吸油管和濾油器等。

②柱塞與柱塞孔之間磨損拉傷出現(xiàn)軸向溝槽等。由于柱塞與柱塞孔間存在摩擦，往返運動，必然出現(xiàn)磨損。解決措施：對于柱塞磨損，采用電刷鍍技術(shù)修復(fù)表面，而對于柱塞孔可采用研磨修復(fù)，但必須嚴格控制柱塞與柱塞孔的工作精度要求。

③變量泵的變量機構(gòu)出現(xiàn)故障。變量頭軸圓弧面磨損嚴重；控制閥芯彈簧損壞；斜盤傾角過小乃至固定在最小的位置等。解決措施：變量頭軸圓弧損壞時，利用電鍍的方法進行修復(fù)；彈簧損壞時只能進行更換；斜盤角度過小，調(diào)整或重新裝配變量活塞及變量頭，使之活動靈活。

④配油盤與泵體間存在固體雜質(zhì)或粘稠污物，從而出現(xiàn)接觸不良。應(yīng)清理污染物，重新裝配。

（2）變量機構(gòu)或者壓力補償變量機構(gòu)失靈

①單向閥彈簧折斷時，應(yīng)更換彈簧。

②斜盤與變量殼上的軸瓦圓弧出現(xiàn)磨損，轉(zhuǎn)動不靈。若磨損輕微可刮削后再裝配，反之則應(yīng)該更換軸瓦。

③若吸油管道被污染物堵塞，應(yīng)利用洗潔精清洗干凈，并吹干吸油管道。

④當(dāng)伺服活塞或者變量活塞被卡死。及時檢查伺服活塞或者變量活塞是否靈活，并注意配合間隙是否合適，若出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，應(yīng)進行拆裝。

⑤伺服閥芯端部被拉斷，應(yīng)更換伺服閥。

（3）泵體噪音大，沖擊大

①泵吸油管道進入空氣，造成泵體噪音大，壓力波動大。應(yīng)加強管道和濾油器的密封性，特別是濾油器。

②伺服活塞或者變量活塞不靈活，油液壓力出現(xiàn)偶爾或者經(jīng)常性波動。解決措施：保證伺服活塞河變量活塞工作的靈活性，如果出現(xiàn)偶爾性的壓力波動，主要原因是液壓油污染過于嚴重，污物堵塞所致，所以要及時檢查，并進行清洗；若是經(jīng)常性的波動，可能是內(nèi)部部件出現(xiàn)損壞，及時的更換相應(yīng)部件。

③對于變量泵可能由于變量機構(gòu)的偏角太小使流量減小，內(nèi)泄漏反而相對較大，因此流量的脈動進而引起壓力脈動。解決措施：多變量機構(gòu)的邊角適度調(diào)整，保證流量的供應(yīng)。

④困油現(xiàn)象，引起比較大的噪音和壓力脈動。解決措施：配油盤上的吸油窗口和壓油窗口之間的封油區(qū)寬度應(yīng)稍大于柱塞缸體底部通油孔寬度，但不能相差太大。

⑤若果工作油液不符合工作要求，應(yīng)更換為合乎工作要求的油液。

（4）配油盤與缸體結(jié)合面的磨損

①液壓泵工作時，油液面過低，使配油盤與缸體結(jié)合產(chǎn)生摩擦。解決措施：啟動泵體時，將泵內(nèi)加滿工作油液。

②配流盤和缸體的材質(zhì)低劣，未進行熱處理等工藝，軟硬度不均勻。解決措施：嚴格對材料的性能進行檢查，必要時進行更換配流盤和缸體。

③缸體上個別與柱塞相配的孔深度不夠，或者柱塞過長，引起柱塞在缸孔內(nèi)卡死，造成局部表面磨損。解決措施：應(yīng)研修缸體上個別與柱塞相配的孔，消除錐度，達到工作要求。

④當(dāng)油箱中進入的固體顆粒污染物，被吸入泵中。要及時對油液污染物清除，保證泵體正常進行工作。

⑤配流盤與缸體的高低壓過渡區(qū)困油嚴重。解決措施：可用什錦三角銼適當(dāng)修長過渡區(qū)，使過渡區(qū)能比較理想卸壓。

（5）柱塞泵泄漏

其中柱塞泵的外泄漏受各種外界環(huán)境的影響，可根據(jù)適當(dāng)?shù)沫h(huán)境情況進行處理。在此只對內(nèi)泄漏進行分析；而內(nèi)泄漏的分析原因主要體現(xiàn)在缸體和配流盤、柱塞與缸體孔、變量活塞或者伺服活塞等零件的磨損。缸體斷面磨損的解決措施是在平面磨床磨平，再用氧化鉻拋光；缸體孔出現(xiàn)磨損時，需要將其在立式珩磨機床上進行珩磨，或用同直徑全鋼石鉸刀修復(fù)。

2.2 液壓執(zhí)行元件故障的分析

液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，為液壓系統(tǒng)輸出推力和速度。液壓缸的故障主要體現(xiàn)在爬行、內(nèi)外泄漏、沖擊大等，其解決的方式主要從缸體內(nèi)結(jié)構(gòu)進行修復(fù)和改進。例如，活塞桿表面出現(xiàn)磨損劃傷，可采取磨去鍍層，表面重新鍍鉻的處理。

2.3 控制調(diào)節(jié)裝置故障分析

控制調(diào)節(jié)閥能夠改變油液流量大小、流動方向、壓力高低等，以保證執(zhí)行機構(gòu)運動發(fā)生預(yù)期變化。液壓控制調(diào)節(jié)閥的故障主要為泄漏、噪音振動以及壓力波動不穩(wěn)等。如內(nèi)部部件的磨損拉傷小，可以拆卸修補，反之就要更換為具有互換性可行性的控制調(diào)節(jié)閥體。例如單向閥的內(nèi)部彈簧的折斷，導(dǎo)致油液流量變大，這時應(yīng)對內(nèi)部的彈簧進行更換。

2.4 液壓輔助元件的故障分析

液壓輔助元件對液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性、工作效率、使用壽命、噪音和溫度等影響較大，因此輔助元件是液壓系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。輔助元件的原理和結(jié)構(gòu)不同，其故障形式也是多樣的，主要表現(xiàn)在堵塞、漏油、壓力脈動差、釋放流量小等方面。

2.5 液壓油的污染

液壓系統(tǒng)的故障主要是因液壓油的污染造成的。固體顆粒是主要的污染物，其來源主要分為已被污染的新油、殘留污染、內(nèi)部生成污染、侵入污染。固體顆粒污染物引起的危害有磨損元件表面、卡死液壓部件、堵塞通道以及影響油液的質(zhì)變。解決方法主要是切斷污染物侵入的途徑。

3 結(jié)語

液壓設(shè)備是高精度的機、電、液一體化的綜合系統(tǒng)，系統(tǒng)故障具有復(fù)雜性、模糊性、隱蔽性、隨機性及分散性等特點，導(dǎo)致對其故障分析的難度性增大。但液壓系統(tǒng)故障有著自身的特點和規(guī)律，通過充分了解液壓系統(tǒng)的構(gòu)造，對故障進行綜合分析、推理和判斷，是解決系統(tǒng)故障的合理方式。將傳統(tǒng)故障診斷方法與新技術(shù)、新理論相融合，解決液壓系統(tǒng)的故障方法必將得到進一步完善和發(fā)展。深入研究液壓系統(tǒng)故障分析不僅具有很強的實用性，而且具有很重要的理論意義。

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