某型橋梁裝備液壓系統(tǒng)典型回路故障分析與排除

張 洪， 胡雪豪

（陸軍工程大學(xué)， 江蘇 南京 210007）

0 引言

某型橋梁裝備架設(shè)系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)等組成，其中液壓系統(tǒng)是整個(gè)架設(shè)系統(tǒng)的動(dòng)力源，它在電控系統(tǒng)的控制下，將發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞過來的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為壓力油，驅(qū)動(dòng)架設(shè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)架油缸、展橋油缸、支腿油缸、舌形臂油缸、插銷油缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)行，與機(jī)械系統(tǒng)一起，完成橋梁的架設(shè)、撤收等動(dòng)作[1]。

架設(shè)液壓系統(tǒng)主要由各種壓力控制回路、方向控制回路和調(diào)速回路等構(gòu)成，這些回路在工作中因各種原因難免產(chǎn)生故障。橋梁的電控系統(tǒng)的控制箱、操作臺(tái)、顯示終端等電氣單元或元器件在使用中都可能產(chǎn)生各種各樣的故障?；诖?，主要分析了液壓系統(tǒng)各種回路的故障原因及排除措施，以及電控回路的主要元器件故障原因、故障機(jī)理與故障模式的檢測(cè)、分析、診斷與排除。

1 壓力控制液壓回路故障機(jī)理

1.1 判斷壓力控制回路故障的基本方法

液壓系統(tǒng)工作回路中的高壓油液壓力的控制與調(diào)節(jié)一般是通過調(diào)壓閥進(jìn)行控制與調(diào)整的。調(diào)壓閥的基本工作原理是通過調(diào)壓彈簧的彈力與液壓油作用的閥芯作用面上產(chǎn)生的壓力互為平衡而起到壓力調(diào)節(jié)作用[2-3]。

1.1.1 壓力低，不能調(diào)定到所需壓力

1）液壓回路中用于控制壓力的溢流閥或調(diào)壓閥的控制彈簧的彈力不足，調(diào)壓彈簧安裝方式錯(cuò)誤或未裝。

2）壓力控制回路中的電控比例溢流閥或液壓先導(dǎo)溢流閥主閥芯中用于阻尼作用的通孔堵塞，這樣先導(dǎo)閥芯在先導(dǎo)油路的壓力驅(qū)動(dòng)下，推動(dòng)主閥芯克服主油路的液壓作用力和主閥彈簧的彈力向上移動(dòng)，使主閥芯偏離調(diào)壓彈簧的作用范圍使其失去壓力控制作用，這樣較低的主回路壓力（未達(dá)到調(diào)定壓力值）就可使主閥的溢流口打開產(chǎn)生溢流作用。如果橋梁裝備液壓回路中的溢流閥等壓力調(diào)節(jié)閥正常工作時(shí)突出現(xiàn)故障，其原因通常如此。

3）溢流閥的閥芯因長(zhǎng)期磨損、異常磨損導(dǎo)致外表面損傷，或閥座孔內(nèi)壁磨損或其他損傷，導(dǎo)致兩者密封性能下降明顯，高低壓腔嚴(yán)重泄漏。

4）調(diào)壓閥的閥芯被液壓油中的異物卡住不能正常移動(dòng)，失去調(diào)壓作用。

1.1.2 設(shè)定壓力高，不能恢復(fù)到額定值

1）調(diào)壓閥的閥芯被液壓油中的污染顆粒等卡死，始終處于關(guān)閉位置，導(dǎo)致主閥芯不能打開。

2）液壓系統(tǒng)的溢流閥或調(diào)壓閥修復(fù)或保送后安裝錯(cuò)誤，進(jìn)出油口接反，進(jìn)油腔無壓力油驅(qū)動(dòng)閥芯動(dòng)作，溢流閥無法打開工作。

3）先導(dǎo)閥的閥芯阻尼孔被油液污染物堵塞，壓力油不能進(jìn)行內(nèi)腔推動(dòng)主閥開啟運(yùn)行。

1.1.3 壓力值波動(dòng)范圍大

1）液壓油中混入大量空氣，空氣受到周期性的作用形成壓縮釋放效應(yīng)，使得系統(tǒng)壓力值大范圍擺振。

2）溢流閥的閥芯和閥座孔的磨合不好，或匹配性差，移動(dòng)過程不平穩(wěn)或因油液污染導(dǎo)致閥芯在閥座孔內(nèi)移動(dòng)卡澀、不靈活[4]。

3）閥芯阻尼孔直徑變大，消弱其阻尼作用。

4）液壓回路中的彈簧、管路和其他元件形成共振。

1.2 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作順序異常故障的檢測(cè)與維修

圖1 是某型橋梁裝備上裝液壓回路架設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)順序控制原理，圖1 中的兩個(gè)系統(tǒng)均為定量泵控制系統(tǒng)。圖1-1 液壓缸A 的無桿腔進(jìn)油路采用了單向節(jié)流調(diào)速閥，液壓缸B 的無桿腔進(jìn)油路安裝了單向順序閥已控制其工作次序。該液壓子系統(tǒng)工作順序是液壓缸A 先行伸出，當(dāng)其活塞桿伸出到位后，液壓缸B才開始活塞桿伸出動(dòng)作。缸A 和缸B 的負(fù)載分配比為2∶1。該回路和故障現(xiàn)象為：當(dāng)橋梁裝備啟動(dòng)后，操作控制按鈕使電磁換向閥處于左邊，液壓缸A 和缸B 幾乎同時(shí)伸出，未按正確的執(zhí)行順序，即先缸A外伸到位后再缸B 伸出。

圖1 順序閥選擇不當(dāng)?shù)南到y(tǒng)

在該回路中，雖然液壓缸A 的載荷是液壓缸B載荷的一半，并且缸B 前安裝了順序閥，照理液壓缸A 和液壓缸B 的執(zhí)行順序應(yīng)該是前者在后者之前，但實(shí)際執(zhí)行順序并非如此。產(chǎn)生這種故障的原因在于，該回路中的溢流閥2 是系統(tǒng)的安全閥/壓力調(diào)節(jié)閥，該閥將系統(tǒng)的壓力限定為某一定值，這樣使得電磁換向閥之前的油路中的壓力恒定，當(dāng)壓力超過其調(diào)定壓力時(shí)該閥溢流使部分油液回油箱。調(diào)整節(jié)流閥5 可調(diào)節(jié)輸入到液壓缸A 無桿腔的油液流量，從而調(diào)節(jié)了缸A 活塞桿的伸出速度。因?yàn)樵摶芈窞槎恳簤罕没芈罚{(diào)節(jié)溢流閥時(shí)減少的流量必然經(jīng)溢流閥返回油箱，另一部分調(diào)壓油則經(jīng)節(jié)流閥運(yùn)動(dòng)無桿腔推動(dòng)活塞移動(dòng)[5]。

安裝于液壓缸B 無桿腔進(jìn)油路的順序閥4 是一種內(nèi)控式（直控式）順序閥，其工作壓力低于溢流閥的調(diào)定壓力，所以系統(tǒng)工作也就是電磁換向閥置于左位時(shí)，液壓缸A 開始動(dòng)作，系統(tǒng)壓力升高從而導(dǎo)致順序閥4 打開推動(dòng)液壓缸B 動(dòng)作，未能起到液壓缸B 在缸A 動(dòng)作結(jié)束后再動(dòng)作的效果。

為實(shí)現(xiàn)液壓缸A 和缸B 順序動(dòng)作的目的，可將圖1-1 中的內(nèi)控順序閥替換為他控順序閥，且順序閥4 的外控油口通過管路與液壓缸A 的無桿腔溢流閥出油口連接，此時(shí)，他控順序閥的啟動(dòng)壓力是由缸A的無桿腔負(fù)載壓力決定的，使用時(shí)將他控順序閥的啟動(dòng)壓力調(diào)定為稍高于液壓缸A 的最大負(fù)載壓力。改進(jìn)后的液壓回路的工作原理為：通過電控系統(tǒng)操作電磁換向閥置于左位，來自于液壓泵的高壓油經(jīng)電磁換向閥內(nèi)部油道后，一部分油液通過節(jié)流調(diào)速閥進(jìn)入液壓缸驅(qū)動(dòng)其動(dòng)作，多余的油液經(jīng)溢流閥溢流回油箱。當(dāng)液壓缸活塞桿伸出到位后，其無桿腔壓力急劇升高，當(dāng)壓力達(dá)到內(nèi)控順序閥4 的調(diào)定壓力時(shí)，順序閥打開，高壓油進(jìn)入液壓缸B 的無桿腔驅(qū)使其動(dòng)作。

2 調(diào)速回路的故障排除

2.1 調(diào)速回路故障分析的基本原則

速度調(diào)節(jié)是液壓系統(tǒng)的重要功能，液壓系統(tǒng)工作過程中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作速度隨時(shí)需要調(diào)節(jié)，如果速度調(diào)節(jié)功能異常，會(huì)嚴(yán)重影響橋梁裝備的正常作業(yè)功能，甚至?xí)斐蓢?yán)重事故。

2.1.1 液壓泵（馬達(dá)）等執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法進(jìn)行微小動(dòng)作

1）節(jié)流口阻塞導(dǎo)致節(jié)流閥難以通過小流量或者油液通過性、穩(wěn)定性差。

2）節(jié)流閥或調(diào)速閥中的定差式減壓閥選擇不當(dāng)或有故障，如彈簧剛度不足或彈簧折斷，導(dǎo)致節(jié)流閥進(jìn)油口和出油口的壓力差達(dá)不到要求，因此在小流量情況下油液流動(dòng)不穩(wěn)定。

3）節(jié)流閥或調(diào)速閥中減壓閥故障，如閥芯卡澀或卡死，使得節(jié)流閥的進(jìn)油口和出油口壓力差受外載荷的影響而變化，缺乏穩(wěn)定性。在液壓缸小步長(zhǎng)進(jìn)給時(shí)出故障，難以控制進(jìn)給量，進(jìn)給量往往偏大。

2.1.2 液壓元件的工作速度因載荷增加而明顯下降

1）橋梁裝備架設(shè)液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件或控制元件因異常磨損或密封損壞而導(dǎo)致泄漏，因而載荷增大時(shí)泄漏加大導(dǎo)致高低壓腔相通使速度顯著下降。

2）減壓閥故障導(dǎo)致調(diào)速閥失效，使得負(fù)荷變化時(shí)節(jié)流閥的通流量減小。

3）液壓系統(tǒng)中因內(nèi)泄漏、冷卻系統(tǒng)散熱不量或油液黏度選擇不當(dāng)，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)溫度升高而泄漏增加。

2.1.3 推架油缸、展橋油缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生爬行故障

1）液壓油中混入大量空氣，使得系統(tǒng)油周期性膨脹收縮導(dǎo)致爬行現(xiàn)象。

2）沖擊橋使用過程中受到撞擊、振動(dòng)過大或其他外力作用，導(dǎo)致活塞桿彎曲變形，活塞伸縮時(shí)運(yùn)動(dòng)副間摩擦力過大引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)爬行。

3）液壓系統(tǒng)中的背壓閥失效，導(dǎo)致油缸的背壓缺失或不足，這樣外載荷變化時(shí)油缸速度隨之變化。

4）壓力油脈動(dòng)過大或控制閥的過大的振動(dòng)導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)爬行。

5）液壓元件的內(nèi)泄漏、調(diào)速閥故障、節(jié)流閥阻塞等使得液壓油的流量波動(dòng)過大引起爬行。

2.2 節(jié)流調(diào)速閥進(jìn)出油口壓力差不足

圖2 所示液壓回路為定量泵調(diào)速回路。在液壓油缸的無桿腔油路上安裝有單向節(jié)流閥用于調(diào)節(jié)油缸伸出速度。該回路的控制閥為電磁換向閥（三位四通O 型）。在油箱回油路中安裝有單向閥以做系統(tǒng)備壓閥用。油泵出口安裝有溢流閥，當(dāng)電磁換向閥處于中位時(shí)油泵出油全部經(jīng)溢流閥回油箱，因此該溢流閥為常開式的，其功能既是限定系統(tǒng)高壓（安全保護(hù)），又承擔(dān)旁路溢流的作用。

圖2 進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路

該系統(tǒng)工作時(shí)液壓缸始終達(dá)不到正常的工作速度。現(xiàn)對(duì)其故障分析如下：

首先檢測(cè)系統(tǒng)中的控制元件、執(zhí)行元件和管路的工作參數(shù)均在正常范圍，油液溫度也在正常范圍內(nèi)（低于95 ℃）。測(cè)量了溢流閥的調(diào)定壓力和液壓缸的正常工作壓力，二者差值在0.3 MPa 左右，該值明顯有點(diǎn)?。ㄕＶ祽?yīng)該在0.5～1.0 MPa 之間），這應(yīng)該是達(dá)到液壓缸執(zhí)行速度不能達(dá)到調(diào)定值的主要故障原因。

該調(diào)速回路中活塞桿的伸縮速度是通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度改變進(jìn)油流量來實(shí)現(xiàn)的。節(jié)流閥通流量與兩個(gè)參數(shù)有關(guān)，即閥的通流面積大小和節(jié)流閥進(jìn)出油口壓差，節(jié)流閥正常工作時(shí)其進(jìn)出油口壓差應(yīng)在0.2～0.3 MPa 范圍內(nèi)，此時(shí)調(diào)節(jié)通流面積的大小才能保證其流量的穩(wěn)定性。

圖2 的回路中，由于電磁換向閥的固有的阻尼作用而使油路產(chǎn)生0.2 MPa 的壓降，當(dāng)溢流閥的調(diào)定壓力僅高于液壓缸有桿腔工作壓力約0.3 MPa 時(shí)，造成節(jié)流閥進(jìn)出油口壓差僅在0～0.1 MPa 范圍，遠(yuǎn)低于要求的范圍（0.2～0.3 MPa），顯而易見這種情況下節(jié)流閥的通流量不能達(dá)到正常工作的調(diào)定數(shù)值，因而油缸的運(yùn)動(dòng)速度也達(dá)不到要求。

分析清楚故障原因，其排除方法就比較簡(jiǎn)單了，只需將溢流閥的調(diào)定壓力提高到0.5～1.0 MPa 的正常范圍，這樣節(jié)流閥的進(jìn)出油口壓差也達(dá)到設(shè)計(jì)要求，此時(shí)再調(diào)節(jié)節(jié)流閥，改變其通流截面面積，就能調(diào)速液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度至要求值。

通過這一故障原因的分析和排除方法的說明，可以看出，節(jié)流調(diào)速閥可靠工作的前提是其進(jìn)出油口的壓差達(dá)到設(shè)計(jì)值，只有滿足這一條件，才能保證節(jié)流閥起作用，達(dá)到調(diào)速液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究了橋梁裝備液壓系統(tǒng)的壓力控制回路和調(diào)速回路的工作原理、結(jié)構(gòu)組成與故障檢測(cè)與排除步驟，所介紹的方法科學(xué)合理、可靠實(shí)用、簡(jiǎn)單易行，對(duì)工程裝備液壓系統(tǒng)其他各種回路的故障分析與排除均有借鑒作用。