職業(yè)教育中液壓傳動(dòng)的故障診斷與分析

李孟龍

摘 要：液壓系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，學(xué)生掌握一定的液壓故障判斷與分析知識(shí)，有利于提高其崗位競(jìng)爭(zhēng)力。本文在介紹液壓系統(tǒng)的組成的基礎(chǔ)上，對(duì)液壓系統(tǒng)的主要故障診斷與教學(xué)策略進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 故障診斷 職業(yè)教育

工程機(jī)械是國(guó)家工業(yè)發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)的重要設(shè)備，具有強(qiáng)大的工作能力、較高的功率密度，在重大工程中發(fā)揮著重要作用。液壓傳動(dòng)技術(shù)是工程機(jī)械的核心技術(shù)，現(xiàn)如今，液壓技術(shù)的應(yīng)用程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要指標(biāo)。當(dāng)代職業(yè)教育相關(guān)專業(yè)更應(yīng)重視液壓技術(shù)的使用和維護(hù)。

一、液壓系統(tǒng)的組成

1.動(dòng)力元件

動(dòng)力元件是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，通過(guò)聯(lián)軸器將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為工作介質(zhì)也就是油液的壓力能，源源不斷地為系統(tǒng)提供有壓力的液壓油，可以看作系統(tǒng)的“心臟”。液壓系統(tǒng)常用的動(dòng)力元件是液壓泵。

2.執(zhí)行元件

執(zhí)行元件也是能量轉(zhuǎn)化裝置，但其轉(zhuǎn)化過(guò)程與動(dòng)力元件恰好相反，是將系統(tǒng)中液體的壓力能轉(zhuǎn)化為執(zhí)行元件的機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)器設(shè)備完成預(yù)定的工作，可以看作系統(tǒng)的“手和腳”。液壓系統(tǒng)常用的執(zhí)行元件為液壓缸和液壓馬達(dá)兩種。

3.控制元件

控制元件主要控制系統(tǒng)中油液的方向、壓力和速度，是液壓系統(tǒng)完成各種動(dòng)作的保證。液壓控制閥的種類有很多，而且隨著科技的不斷發(fā)展，工業(yè)設(shè)備對(duì)液壓控制閥的要求也越來(lái)越高。

4.輔助元件

輔助元件是液壓系統(tǒng)中不可或缺的“配角”，它對(duì)系統(tǒng)的效率、溫升、噪音、性能以及壽命的影響非常大。

5.工作介質(zhì)

工作介質(zhì)是液壓系統(tǒng)能量的載體，主要用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，現(xiàn)階段常用的工作介質(zhì)是液壓油。

二、液壓系統(tǒng)的主要故障診斷與教學(xué)策略

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的故障大致包括泄漏、振動(dòng)、噪音、發(fā)熱、系統(tǒng)壓力或動(dòng)力不足等，同種故障可由不同的液壓元件造成。另外液壓系統(tǒng)均在密閉的狀態(tài)下才能正常工作，這就使得故障更加難以診斷，因此只能對(duì)系統(tǒng)中的各元件依次進(jìn)行排除。

1.動(dòng)力元件

液壓泵的種類可以分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等，但按照工作原理來(lái)講都屬于容積泵。液壓泵的主要故障一般是輸出流量不足或者無(wú)油液輸出、工作時(shí)出口壓力無(wú)法建立、噪音和振動(dòng)等。

液壓泵通電后油液輸出流量不足或無(wú)流量現(xiàn)象可由以下原因造成：首先檢查控制線路連接和液壓泵轉(zhuǎn)速問(wèn)題，線路接反會(huì)導(dǎo)致液壓泵反轉(zhuǎn)，出口無(wú)油液輸出且會(huì)對(duì)個(gè)別液壓泵造成不同程度的損壞，如葉片泵；然后檢查吸油管位置和油液狀態(tài)，吸油管漏氣、吸油口露出液面或者吸油高度太大均會(huì)導(dǎo)致液壓泵流量降低甚至零輸出，油液溫度太低會(huì)使其黏度增加，進(jìn)而形成較大的吸油阻力；最后檢查是否有設(shè)備老化引起的故障，如油管及密封元件老化漏氣、吸入管路被污物阻塞、配合端面磨損拉傷等。

工作時(shí)泵流量不足均可以造成出口壓力無(wú)法建立或者壓力過(guò)低，除此之外，對(duì)于一些使用配油裝置的液壓泵來(lái)說(shuō)，配油盤與轉(zhuǎn)子端面接觸不良或有較大污物插入，經(jīng)長(zhǎng)期使用配油盤端面磨損、拉傷等均能使液壓泵輸出壓力降低。

液壓泵在使用過(guò)程中出現(xiàn)噪聲過(guò)大、振動(dòng)的現(xiàn)象，首先考慮是否是吸油不足造成，吸油管堵塞或者油箱內(nèi)油液位太低吸入空氣均會(huì)使液壓泵產(chǎn)生噪聲；油箱中油液混入氣體，進(jìn)入液壓系統(tǒng)中，氣泡進(jìn)入高壓區(qū)后會(huì)被壓破產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象發(fā)出強(qiáng)烈噪聲；其次檢查泵與原動(dòng)機(jī)之間的連接是否精確，聯(lián)軸器安裝過(guò)程中產(chǎn)生的超差會(huì)使機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)，長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生磨損發(fā)出噪音。

在教學(xué)過(guò)程中若要學(xué)生掌握此部分內(nèi)容，必須指導(dǎo)學(xué)生對(duì)液壓泵進(jìn)行拆裝。通過(guò)教學(xué)可以使學(xué)生對(duì)液壓系統(tǒng)動(dòng)力部分的結(jié)構(gòu)組成和特點(diǎn)有更深層次的理解。由于一些動(dòng)力元件比較復(fù)雜，拆裝需要一定的技巧（如葉片泵、柱塞泵），因此可利用分組的形式進(jìn)行教授，以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。

2.執(zhí)行元件

（1）爬行現(xiàn)象。所謂爬行就是指執(zhí)行元件在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)時(shí)走時(shí)停、忽快忽慢等交替的現(xiàn)象。首先排查液壓缸之外的原因，如油液中是否混入了氣體。對(duì)于新液壓缸，在安裝的過(guò)程中可以通過(guò)排氣塞將液壓缸中的氣體排出，對(duì)于難以排凈的現(xiàn)象，必須使用向缸內(nèi)灌注油液的方法將空氣排掉；對(duì)于已經(jīng)投入使用的液壓缸，排氣主要通過(guò)開(kāi)機(jī)后空行程多運(yùn)動(dòng)幾次和減少氣體混入的方式。

最后排查液壓缸自身原因，主要包括液壓缸制造精度和裝配精度，活塞桿與活塞中心軸線必須同缸蓋和缸體中心軸線保持在公差要求的范圍內(nèi)。長(zhǎng)期使用的液壓缸，會(huì)在缸體內(nèi)壁產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，同樣會(huì)造成液壓缸爬行。

（2）動(dòng)力不足。液壓缸或者電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)速度降低、輸出扭矩不足，可能是由于液壓泵或者溢流閥出現(xiàn)故障引起的，可通過(guò)檢查相應(yīng)元件工作情況進(jìn)行排除；也可能是由于執(zhí)行元件內(nèi)泄漏過(guò)大造成的，如密封損壞；或是大顆粒雜質(zhì)進(jìn)入腔體內(nèi)也可以使滑動(dòng)部位卡住，造成執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度慢。

執(zhí)行元件相對(duì)于動(dòng)力元件來(lái)說(shuō)略微簡(jiǎn)單一些，尤其是規(guī)格較小的液壓缸，學(xué)生可以自行拆卸，了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直觀地感受液壓缸的密封形式，活塞與缸體間、端蓋與缸體間、活塞桿與活塞之間。

可讓學(xué)生對(duì)比液壓馬達(dá)動(dòng)力元件，葉片馬達(dá)既可正傳又可以反轉(zhuǎn)，而其他液壓泵不行，其在結(jié)構(gòu)上存在哪些不同。通過(guò)對(duì)比可以讓學(xué)生能深刻地理解執(zhí)行元件的功能和工作原理，便于在今后工作中使用、檢測(cè)和維護(hù)執(zhí)行元件。

3.控制元件

液壓控制閥是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其主要功能的靈魂部件，它可以控制各類機(jī)械相互協(xié)調(diào)，最終使執(zhí)行元件完成預(yù)定工作。雖然液壓控制閥的種類繁多，但此類元件容易出現(xiàn)的故障大體可以分為以下幾類。

（1）功能失效。方向控制閥不能改變油液方向、壓力控制閥無(wú)法實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)、流量控制閥不能節(jié)流等，液壓控制閥不能實(shí)現(xiàn)自身控制功能，大多是由于閥芯卡住，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與閥體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成失效。

導(dǎo)致閥芯不能正常移動(dòng)的原因有污物卡住閥芯或者堵塞泄油孔；閥腔和閥芯配合面劃傷或者經(jīng)磨損間隙過(guò)大致使閥芯偏斜；對(duì)于電磁閥，電磁鐵線圈損壞無(wú)法產(chǎn)生吸引力。

（2）振動(dòng)與噪音。控制閥在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲的現(xiàn)象，可從以下幾方面進(jìn)行排查。油液中是否混入空氣，氣泡經(jīng)過(guò)低壓區(qū)時(shí)體積較大，進(jìn)入高壓區(qū)后被壓潰便會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，形成振動(dòng)發(fā)出噪聲； 主閥芯和閥體精度差，工作時(shí)有移動(dòng)遲滯，反應(yīng)不靈敏的現(xiàn)象；濾油器、阻尼孔等較小的孔道堵塞，使油液流通不暢，造成壓力波動(dòng)大而產(chǎn)生振動(dòng)；控制閥內(nèi)部零件故障，如鎖緊螺母松動(dòng)，主彈簧強(qiáng)度不夠使閥芯卡住等。

講解此部分故障排除時(shí)，可由老師先做演示，提出注意事項(xiàng)，再由學(xué)生親自操作。這是因?yàn)榭刂圃庸ぶ圃炀?，零件相?duì)較小且比較復(fù)雜，學(xué)生稍不注意就會(huì)造成拆裝后零件缺失或者剩余。

4.輔助元件

輔助元件是液壓系統(tǒng)不可或缺的組成部分，如果此部分出現(xiàn)故障將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作效率和其他元件的使用壽命。

油箱故障可以使油液中的雜質(zhì)、氣體增多，造成堵塞和振動(dòng)發(fā)熱，降低其他元件的使用壽命；油管和管接頭故障使系統(tǒng)壓力下降，無(wú)法正常工作；過(guò)濾器堵塞會(huì)使造成液壓泵吸油不充分從而產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，或者回油阻力過(guò)大使系統(tǒng)反應(yīng)遲緩等。

5.工作介質(zhì)

常用的工作介質(zhì)是液壓油，液壓系統(tǒng)中75%以上的故障和油液的污染有關(guān)，所以保持油液的清潔是液壓系統(tǒng)能夠正常工作的關(guān)鍵，減少油液中雜質(zhì)的手段是使用合適的過(guò)濾器，使進(jìn)入到液壓系統(tǒng)中的油液污染度降低。

液壓油具有一定的保質(zhì)期，在生產(chǎn)中要注意更換。污染物的進(jìn)入和高溫均會(huì)加速液壓油氧化。據(jù)研究表明，60℃以上隨溫度升高液壓油氧化速度也會(huì)增快。氧化會(huì)導(dǎo)致液壓油黏度突然上升，使系統(tǒng)油液流速減慢，產(chǎn)生大量的熱；同時(shí)，液壓油氧化會(huì)產(chǎn)生酸性成分，腐蝕金屬，影響系統(tǒng)正常工作。

不同的工況、不同地區(qū)，選用液壓油的牌號(hào)有所不同，牌號(hào)選錯(cuò)會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，甚至無(wú)法正常工作。

在液壓系統(tǒng)故障排查時(shí)還有一類普遍存在的故障--泄漏，它存在于系統(tǒng)的各個(gè)部位，泄漏是無(wú)法消除的，這也是限制液壓設(shè)備壓力進(jìn)一步提高和效率低下的主要影響因素。正常工作的液壓系統(tǒng)是存在泄漏的，只是將泄漏量控制在了一定的范圍內(nèi)，超出這個(gè)范圍，就會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)造成影響。

泄漏分為內(nèi)泄和外泄，其產(chǎn)生原因大致分為三方面。

一是元件的自身結(jié)構(gòu)缺陷。如外嚙合齒輪泵的齒輪端面與端蓋的軸向間隙，此處間隙大、泄漏途經(jīng)短，雖然可以通過(guò)增加浮動(dòng)軸套進(jìn)行改善，但無(wú)法消除，因?yàn)檩S向間隙過(guò)小會(huì)增加摩擦損失，同樣會(huì)降低效率。

二是密封元件損壞。安裝時(shí)造成密封元件表面劃傷，會(huì)給密封處造成泄漏隱患；有些密封元件缺少?gòu)椥裕ㄈ缃M合密封中的滑環(huán)），往往要使用油或熱吹風(fēng)加熱的方法使其膨脹軟化，再進(jìn)行安裝，切不可強(qiáng)行裝入；長(zhǎng)期使用的密封元件，經(jīng)磨損擠壓剪切等超出了自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰?，造成密封失效而泄漏?/p>

三是管路堵塞引起壓力過(guò)高，致使管路連接中最薄弱的環(huán)節(jié)產(chǎn)生破損而泄漏，此類泄漏可通過(guò)維修保養(yǎng)避免。

三、小結(jié)

以上液壓系統(tǒng)故障在實(shí)際教學(xué)中可利用實(shí)訓(xùn)教室進(jìn)行一體化講解，學(xué)生可以通過(guò)聽(tīng)、看、操作等方法進(jìn)行排除。掌握液壓系統(tǒng)的組成及常見(jiàn)故障診斷，可使機(jī)械類專業(yè)學(xué)生在今后工作中更好地使用相關(guān)設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，在增強(qiáng)自身的崗位競(jìng)爭(zhēng)力方面有著不可估量的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸望龍.陸工談液壓維修[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[2]廖友軍，余金偉.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2016.

[3]初長(zhǎng)祥，馬文星.工程機(jī)械液壓與液力傳動(dòng)系統(tǒng)液壓卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017.

（作者單位：天津市機(jī)電工藝學(xué)院）