實(shí)驗(yàn)機(jī)液壓平衡回路的故障診斷

郭 俠，沈娣麗

(中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，鄭州450044)

1.引言

借助液壓實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的液壓平衡回路實(shí)驗(yàn)是液壓與氣壓傳動(dòng)課程中一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，其目的是讓實(shí)驗(yàn)者掌握垂直運(yùn)動(dòng)的液壓設(shè)備的平衡、穩(wěn)定和安全性能，提高綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)基本原理分析和解決工程問(wèn)題的能力。但在進(jìn)行液壓平衡回路的連接實(shí)驗(yàn)中，會(huì)發(fā)生液壓缸停止上下運(yùn)動(dòng)的故障。液壓系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電液綜合系統(tǒng)，它由多個(gè)子系統(tǒng)和若干元器件組成，一個(gè)元件的損壞失效就會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的故障，故障診斷和排除的難度較大。故障樹分析法是加快故障診斷速度，找出問(wèn)題癥結(jié)的有效方法，把液壓缸不動(dòng)作這一故障狀態(tài)作為分析的目標(biāo)，然后找出導(dǎo)致這一故障的各個(gè)因素，逐項(xiàng)排除，最終達(dá)到解除故障的目的。

2.液壓平衡回路及癥狀

液壓平衡回路是液壓缸垂直安裝時(shí)，為了防止立式液壓缸及工作部件因自身重力而自行下落，或在活塞下行運(yùn)動(dòng)中速度超過(guò)液壓泵供油所能達(dá)到的速度使工作腔形成真空，在回油路上設(shè)置產(chǎn)生一定背壓的液壓元件以阻止活塞快速下落。這種液壓回路廣泛應(yīng)用于起重機(jī)械、工程機(jī)械及一些具有垂直運(yùn)動(dòng)部件的場(chǎng)合。在液壓實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者自擬實(shí)驗(yàn)方案，用自控式單向順序閥(平衡閥)組成一種平衡回路，其原理如圖1所示。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)達(dá)到了解平衡回路的組成和性能，加深理解順序閥的工作原理和在系統(tǒng)中的應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)步驟大致如下:①按照原理圖1將需用的液壓元件在工作臺(tái)框架上(如圖2所示)進(jìn)行布置，油缸掛在框架的右側(cè)面，用M12的螺釘固定并裝上掛勾和重塊。②用通徑為φ8和φ6的膠管按原理圖分別連接各元件的主油路和控制油路。③液壓泵為YBX-16變量泵，換向閥采用三位四通O型中位機(jī)能的電磁換向閥。當(dāng)換向閥左位接通時(shí)，液壓缸上腔進(jìn)油，下腔回油，液壓缸下行，流量由調(diào)速閥調(diào)節(jié)。這時(shí)液壓缸要滿足公式

p1、A1分別為上腔壓力和面積，p2、A2分別為下腔壓力和面積，W為下行部分的重量。

當(dāng)換向閥右位接通時(shí)，液壓缸上行;換向閥處于中位時(shí)，液壓缸的活塞和工作部件就能被平衡閥鎖住防止因重力而下滑。在一次平衡回路實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者把上述電路和油路分別連接完成。啟動(dòng)泵后，液壓缸運(yùn)動(dòng)到中間部位時(shí)便停止運(yùn)動(dòng)，換向閥無(wú)論怎么換位，缸始終紋絲不動(dòng)，液壓系統(tǒng)故障發(fā)生了。

3.液壓回路癥狀診斷

液壓系統(tǒng)的故障具有突發(fā)性、隱蔽性和復(fù)雜性，難以直接查出故障的具體位置，又不能盲目搜尋，只能逐步深入地查出故障點(diǎn)。以下從幾種液壓元件各自可能存在的故障原因進(jìn)行分析。

3.1 診斷液壓泵

液壓泵是動(dòng)力元件，它向液壓系統(tǒng)提供壓力和流量，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。它可能存在的故障?①泵的轉(zhuǎn)速不夠，泵出油液流量不足。②吸油管或過(guò)濾處堵塞而吸不上油。③軸向或徑向間隙過(guò)大而使吸油腔和壓油腔相連使油壓上不去。④連接處泄漏或混有大量的空氣而使吸油不足。

3.2 診斷溢流閥

溢流閥是通過(guò)閥口的溢流，使被控制系統(tǒng)的壓力維持恒定，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓和限壓作用。從無(wú)壓力癥狀上看，可能是液壓油從溢流閥全部溢走而未進(jìn)入工作油路，其原因有:①溢流閥的彈簧折斷。②閥體或閥芯嚴(yán)重變形造成接觸不良而使間隙過(guò)大。

3.3 診斷調(diào)速閥

調(diào)速閥是由定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合閥，它通過(guò)改變閥口的過(guò)流面積來(lái)調(diào)節(jié)輸出流量，從而控制執(zhí)行元件的速度。上面若無(wú)油液通過(guò)，可能是此閥堵塞而致，造成堵塞的原因有:①減壓閥的彈簧疲勞折斷失效而卡阻。②油液的污染致使油口雜質(zhì)堆積和粘附在減壓閥或節(jié)流閥的口邊或閥芯。

3.4 診斷三位四通電磁換向閥

此閥故障的原因可能有以下幾種情況:①電氣線路故障?？赡苡捎陔姶盆F1ZT或2ZT的線圈燒壞;電磁鐵的推力不夠;連接電磁鐵的電氣線路出現(xiàn)故障。②換向閥芯卡死。實(shí)驗(yàn)臺(tái)在長(zhǎng)期的使用中，閥體和閥芯一直在相對(duì)的移動(dòng)，由于受力不均或油溫過(guò)高等原因很可能造成變形，從而導(dǎo)致間隙過(guò)小阻力過(guò)大而卡死;或因彈簧疲勞而折斷造成卡死;也可能是閥芯因油液污染形成大顆粒雜質(zhì)卡死在閥體間隙中，閥芯無(wú)法移動(dòng)換向，從而使液流阻斷。③換向閥芯堵塞。原因可能是油液中的污染顆粒積聚;或是油液氧化而生成的膠狀物引起。這些原因都可能造成此換向閥無(wú)法進(jìn)行換位而一直處于中間堵截的位置，造成油液無(wú)法通過(guò)而斷流。

3.5 診斷平衡閥

無(wú)油液通過(guò)可能是平衡閥中:①?gòu)椈善谡蹟嗍Фㄗ琛＂陂y體孔變形，使滑閥在閥體內(nèi)咬住或滑閥配合面有毛刺等。

3.6 診斷液壓缸

缸不運(yùn)動(dòng)可能由于:①內(nèi)部泄漏嚴(yán)重。②活塞桿或缸體變形而造成卡阻。③負(fù)載過(guò)大。④進(jìn)油口堵塞。

基于上述分析，液壓缸不動(dòng)的各種原因，可用故障樹圖更清楚地表達(dá)出來(lái)(圖3所示)。

4.液壓回路故障排除

在對(duì)造成故障的各個(gè)原因進(jìn)行詳盡列舉的基礎(chǔ)上，對(duì)這些可能出現(xiàn)故障的地方進(jìn)行自下而上檢查分析。

4.1 排除液壓泵和溢流閥

首先觀察壓力表P1，排除液壓泵和溢流閥的故障。經(jīng)初步檢查，接在泵出口處的測(cè)壓點(diǎn)1處壓力表P1的讀數(shù)為溢流閥的調(diào)定值，并隨溢流閥的調(diào)節(jié)而變化。用密封性不好的管接頭進(jìn)行管道連接時(shí)，打開液壓泵后有大量的液壓油噴出，說(shuō)明液壓泵YBX-16和溢流閥Y1—25B在起作用，不需要再進(jìn)行詳細(xì)的原因分析就可以排除不是它們的原因。

4.2 排除其余元件

通過(guò)觀察壓力表P2和P3，顯示其余四元件可能存在的故障。經(jīng)進(jìn)一步觀察壓力表P2和P3，其讀數(shù)顯示均為零。把完好的壓力表P1分別接在P2和P3位置，并去掉了壓力表前面的二位二通閥，也未顯示壓力。這說(shuō)明上油路部分沒(méi)有液壓油通過(guò)，需要對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)的故障分析，并一一排除。

(1)排除調(diào)速閥。為了判斷是否為調(diào)速閥的問(wèn)題，在調(diào)速閥和三位四通換向閥之間加一個(gè)三通接頭，接入一個(gè)壓力表。然后再打開液壓泵，此時(shí)可以看到壓力表讀數(shù)為溢流閥的調(diào)定壓力，說(shuō)明調(diào)速閥沒(méi)有出現(xiàn)故障。

(2)排除換向閥。

從故障樹圖中影響換向閥工作的三方面去查找原因。

①根據(jù)相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的因素約70%-80%是由于液壓油的污染造成的。油液的污染可以造成換向閥的閥口堵塞或閥芯的卡死而使換向閥不能換位，此閥一直處在中位狀態(tài)而沒(méi)有換位響應(yīng)，所以在分析故障時(shí)首先應(yīng)考慮液壓油的污染問(wèn)題。一些液壓實(shí)驗(yàn)機(jī)所使用的液壓油的牌號(hào)多為L(zhǎng)-HL32普通液壓油，如果長(zhǎng)期未重新過(guò)濾或更換液壓油，油液在使用過(guò)程中可能會(huì)逐漸老化變質(zhì)，改變了液壓油原有的性質(zhì)，且實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)中泄漏到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上的液壓油往往是直接收集返回到油箱。油液入油箱時(shí)雖有濾油裝置，但此處的濾網(wǎng)很粗，過(guò)濾效果不夠理想，可能使很多的固體顆粒、灰塵及布織纖維落入油箱，造成液壓油的污染，成為縮短液壓裝置運(yùn)行壽命或引發(fā)事故的原因。在沒(méi)有條件采用定量化驗(yàn)的手段檢測(cè)的情況下，故障排除只能用簡(jiǎn)易的感觀診斷法去定性分析，即按油液的顏色、氣味、透明或渾濁度、有無(wú)沉淀物等。

如果觀察發(fā)現(xiàn)油液已不甚透明，顏色變?yōu)榘底厣珱](méi)有臭味，也無(wú)膠狀物和絮狀物，那么先用一種簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行初步判別:取數(shù)滴液壓油放在手上，用手指捻一下油液，察看是否有固體顆粒，或是在太陽(yáng)光下觀察是否有微小的閃光點(diǎn)。查看發(fā)現(xiàn)有較多的固體顆?；蜷W光點(diǎn)，則說(shuō)明有較多的固體或金屬污染顆粒，需要過(guò)濾或更換。為進(jìn)一步確認(rèn)，需要對(duì)油液做測(cè)污試驗(yàn)——濾紙?jiān)囼?yàn)法:把一滴油滴到一片240目的濾紙上，濾紙吸干紙上的油液后，理論上一般應(yīng)會(huì)出現(xiàn)如圖4所示的四種情況。若如圖(a)和(b)所示，則液壓油仍可正常使用，不需更換;若如圖(c)和(d)所示，說(shuō)明油液已嚴(yán)重污染，它的污染物可能造成閥芯卡死或閥口的堵塞，使閥不能換向。這次試驗(yàn)的結(jié)果如圖(c)所示，需要打開油箱，放掉污染油，清洗、更換新的液壓油液。

②閥體、閥芯變形和彈簧折斷問(wèn)題。把34E-10B三位四通電磁換向閥從實(shí)驗(yàn)機(jī)面板上拆下打開，檢查內(nèi)部是否存在閥體、閥芯變形和彈簧折斷等情況，測(cè)量這部分是否存在問(wèn)題。

③電器元件問(wèn)題。首先檢查小插頭處和側(cè)板的電路連接接觸情況是否完好，有無(wú)異常;接著檢查電磁鐵的線圈有沒(méi)有燒壞;最后打開電氣矩陣板后面的電器柜檢查內(nèi)部電路。藉此排查是否因電氣線路出現(xiàn)老化、接觸點(diǎn)斷開而造成故障。經(jīng)對(duì)電氣線路進(jìn)行更換和點(diǎn)焊接點(diǎn)，排除了電器線路方面的故障。在采取了以上措施后，重新接入三位四通換向閥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此時(shí)液壓缸能夠正常運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)機(jī)的故障也就得以排除。

5.結(jié)論

液壓系統(tǒng)的損壞與失效，往往發(fā)生在裝置的深層內(nèi)部，具有不確定性、模糊性和隱蔽性等特點(diǎn)，且液壓故障往往是一個(gè)癥狀對(duì)應(yīng)一個(gè)系列故障原因。由于液壓元件不便拆裝，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件又有限，難以直接觀察到故障的原因。所以以故障樹為工具，對(duì)每一個(gè)故障原因進(jìn)行詳細(xì)的總結(jié)和分類，將故障原因化整為零，深入地去追究引起故障的不同原因，透徹了解系統(tǒng)，找出系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，最終找到故障所在，使問(wèn)題得以解決。

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