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机床液压故障诊断研究

明达职业技术学院

毕业论文

机床液压故障诊断研究

专业机电一体化

学生姓名雷永源

班级09机电（3）

学号62093311

指导教师孙思

完成日期12月15日

目录

【摘要】.................................................1

1、液压技术的历史发展...................................1

2、液压系统的定义.......................................1

2.1动力元件.........................................2

2.2执行元件.........................................2

2.3控制元件.........................................2

2.4辅助元件.........................................2

2.5液压油...........................................2

3、液压系统中噪声和振动产生原因及解决措施...............2

3.1空气侵入液压系统…………………………………………….2

3.2液压泵或液压马达质量不好………………………………….3

3.3溢流阀不稳定………………………………………………….3

3.4换向阀调整不当……………………………………………….3

3.5液压的阀芯问题……………………………………………….4

3.6机械振动，弯头多而未加固定……………………………….4

4、作部件产生爬行的原因及排除方法.......................4

4.1空气的压缩性较大…………………………………………….4

4.2表面粗糙度提高要求………………………………………….4

4.3液压缸泄漏严重……………………………………………….5

5、系统中流量不足的原因及解决措施.......................5

5.1液压泵流量不足……………………………………………….5

5.2油液粘度不合适而影响流量时……………………………….5

6、空气侵入到液压系统及解决措施.........................5

6.1液压系统的不良后果………………………………………….5

6.2解决措施……………………………………………………….5

7、液压系统油温升高的原因及解决措施.....................6

7.1液压系统油温升高的原因…………………………………….6

7.2保证液压系统正常工作温度的措施………………………….6

8、泄漏因素及控制措施...................................7

8.1泄漏的形式…………………………………………………….7

8.2泄漏的原因…………………………………………………….7

8.3控制泄漏的措施……………………………………………….9

9、结论.................................................10

参考文献………………………………………………………………………………..10

致谢…………………………………………………………………..11

机床液压故障诊断研究

雷永源

【摘要】机床液压系统一般较难直接判断出产生故障的主要原因。

因此,分析液压故障之前必须弄清楚整个液压系统的传动原理、结构特点,然后根据故障现象进行判断,逐步分析深入,采用顺藤摸瓜、跟踪追击的分析方法,有目的、有方向地逐步缩小可疑范围,确定区域、部位,以至于某个元件。

机床液压大都在较恶劣的环境下工作，造成液压系统故障有诸多因素，且液压系统是在绝对封闭状况下运行，损坏与失效经常发生在内部，故障点隐蔽、原因复杂、部位不易确定。

因此，熟悉了解液压机械系统常见故障及采用快速、正确判断故障部位的方法，对于液压系统故障的迅速诊断及维修尤为重要。

该文通过分析液压机械系统常见故障.，提出了解决液压的预防措施，具有一定借鉴意义。

【关键词】液压系统故障处理机械密封腐蚀检查维护诊断

1、液压技术的历史发展

液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，但从1650年巴斯卡提出静压传递远离，1795年英国的约瑟夫·布拉默利用这一原理在英国制成了世界上第一台水压机，使液压技术开始进入工程领域算起，已有两三百年的历史了。

到了20世纪30年代才较普遍地用于机械、机床及工程领域。

在第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要响应迅速、精度高、功率大的液压传动系统和伺服机构，以装备各种飞机、坦克、大炮和军舰，提高它们的使用性能，因此各种高压元件获得了进一步的发展，并出现了伺服阀。

这里值得一提的是美国马塞诸塞州理工学院的布莱克本、李等人对于高压场合的液压问题以及伺服控制问题进行了深入的研究，大约于1958年他们研制出了电液伺服阀。

当前液压技术在高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用及高度集成化等各项要求方面都取得了重大进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有了许多新成就。

由于伺服阀造价高、抗污染能力弱，后来又发展了比例阀和比例泵。

我国路甬祥博士在比例技术上的5项发明，是20世纪80年代液压技术的新突破。

2、液压系统的定义

一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、辅助元件（附件）和液压油。

2.1动力元件

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

2.2执行元件

执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

2.3控制元件

控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀又分为益流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

2.4辅助元件

辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。

2.5液压油

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

3、液压系统中噪声和振动产生原因及解决措施

3.1空气侵入液压系统

3.1.1主要原因

空气侵入液压系统是产生噪声的主要原因。

因为液压系统侵入空气时，在低压区其体积较大，当流到高压区时受压缩，体积突然缩小，而当它流入低压区时，体积突然增大，这种气泡体积的突然改变，产生爆炸现象，因而产生噪声，此现象通常称为空穴。

3.1.2解决措施

常常在液压缸上设置排气装置，以便排气。

另外在开车后，使执行件以快速全行程往复几次排气，也是常用的方法。

3.2液压泵或液压马达质量不好

3.2.1主要原因

液压泵或液压马达质量不好，通常是液压传动中产生噪声的主要部分。

液压泵的质量不好，精度不符合技术要求，压力与流量波动大，困油现象未能很好消除，密封不好，以及轴承质量差等都是造成噪声的主要原因。

在使用中，由于液压泵零件磨损，间隙过大，流量不足，压力易波动，同样也会引起噪声。

3.2.2解决措施

针对这些情况，一是选择质量好的液压泵或液压马达，二是加强维修和保养。

例如：

若齿轮的齿形精度低，则应对研齿轮，满足接触面要求；若叶片泵有困油现象，则应修正配油盘的三角槽，消除困油；若液压泵轴向间隙过大而输油量不足，则应修理，使轴向间隙在允许范围内；若液压泵选用不对，则应更换。

3.3溢流阀不稳定

3.3.1主要原因

溢流阀不稳定。

如：

由于滑阀与阀孔配合不当，或锥阀与阀座接触处被污物卡住、阻尼孔堵塞、弹簧歪斜或失效等，使阀芯卡住或在阀孔内移动不灵，引起系统压力波动和噪声。

3.3.2解决措施

对此，应注意清洗、疏通阻尼孔；对溢流阀进行检查，如发现有损坏，或因磨损超过规定，则应及时修理或更换。

3.4换向阀调整不当

3.4.1主要原因

换向阀调整不当，使换向阀阀芯移动太快，造成换向冲击，因而产生噪声与振动。

3.4.2解决措施

在这种情况下，若换向阀是液压换向阀，则应调整控制油路中的节流元件，使换向平稳无冲击。

3.5液压的阀芯问题

3.5.1主要原因

在工作时，液压阀的阀芯支持在弹簧上，当其频率与液压泵输油率的脉动频率或与其它振源频率相近时，会引起振动，产生噪声。

3.5.2解决措施

这时，通过改变管路系统的固有频率，变动控制阀的位置或适当地加蓄能器，则能防振降噪。

3.6机械振动，弯头多而未加固定

3.6.1主要原因

机械振动，如油管细长，弯头多而未加固定，在油液通过时，特别是当流速较高时，容易引起油管抖动；电动机和液压泵的旋转部分不平衡，或在安装时对中不好，或联轴节松动等，均能产生振动和噪声。

3.6.2解决措施

对此应采取的措施有：

较长油管应彼此分开，并与机床壁隔开，适当加设支承管夹；调整电动机和液压泵的安装精度；重新安装联轴节，保证同轴度<0．1mm等。

4、作部件产生爬行的原因及排除方法

4.1空气的压缩性较大

因为空气的压缩性较大，当含有气泡的液体到达高压区而受到剧烈压缩时，会使油液体积变小，使工作部件产生爬行。

应在系统回路的高处部位设置排气装置，将空气排除。

由于相对运动部件问的摩擦阻力太大或摩擦阻力变化，致使工作部件在运动时产生爬行。

可对液压缸、活塞和活塞杆等零件的形位公差和

4.2表面粗糙度提高要求

表面粗糙度提高要求。

并应保证液压系统和液压油的清洁，以免脏物夹入相对运动件的表面问。

运动件表面问润滑不良，形成干摩擦或半摩擦，也容易导致爬行。

对此，应经常检查有相对运动零件的表面问润滑情况，使其保持良好。

若液压缸的活塞和活塞杆的密封定心不良，也会出现爬行。

应卸除载荷，使液压缸单独动作，测定出磨擦阻力后，校正定心。

4.3液压缸泄漏严重

因液压缸泄漏严重，导致爬行。

应减少泄漏损失，或加大液压泵容量。

在工作过程中由于负载变化，引起系统供油波动，导致工作部件爬行。

应注意选用小流量下保持性能稳定的调速阀，并且在液压缸和调速阀问尽量不用软管连接，否则会因软管变形大，容易引起爬行。

5、系统中流量不足的原因及解决措施

5.1液压泵流量不足

由于液压泵流量不足，致使系统中流量不足时，应检查液压泵零件是否有损坏情况，及时地更换或修复损坏超差件。

如果因泵内吸入空气影响了液压泵的流量，则要采取措施，防止空气吸入，变量泵由于变量机构工作不良影响泵的流量，应对变量机构拆卸、清洗或修理、更换。

压力分配阀工作不良引起流量不足时，应修理或更换。

5.2油液粘度不合适而影响流量时

因油液粘度不合适而影响流量时，要更换粘度适当的油液，并注意油温对粘度的影响。

溢流阀工作不良影响流量时，应采取措施，使其工作正常；由于液压缸、阀等元件泄漏严重，造成流量不足时，应针对不同情况采取相应的措施。

流量控制阀的调节机构工作不正常时，应根据零件损坏情况予以修复或更新、或拆开清洗，使调节机构动作灵活，工作正常。

6、空气侵入到液压系统及解决措施

6.1液压系统的不良后果

致使系统产生噪声、振动和引起运动部件的爬行，破坏了工作的平稳性；易使油液氧化变质，降低油液的使用寿命。

6.2解决措施

空气由油箱进入系统的机会较多，如油箱的油量不足；液压泵吸油管侵入油中太短；吸油管和回油管在油箱中距离太近或没有用隔板隔开；回油飞溅，搅成泡沫；液压泵吸入空气；回油管没有插入油箱，使回油冲出油面和箱壁，在油面上会产生大量气泡，使空气与油一起吸入系统。

因此，油箱的油面要经常保持足够的高度；吸油管和回油管应保证在最低油面以下，两者要用隔板隔开。

由于密封不严或管接头处和液压元件接合面处的螺钉拧得不紧，外界空气就会从这些地方侵入；系统中低于大气压部分，如液压泵的吸油腔、吸油管和压油管中油流速度较高f压力低）的局部区域；在系统停止工作，系统中回油腔的油液经回油管返回油箱时，也会形成局部真空的区域，在这些区域空气最容易侵入。

因此，要尽量防止各处的压力低于大气压力；各个密封部件均应使用良好的密封装置，管接头和各接合面处的螺钉应拧紧；经常清洗液压泵吸油口处的过滤器，以防止吸油阻力增大而把溶解在油中的空气游离出来进入系统。

对于主要的液压设备，液压缸上最好设有排气装置，以排除系统中的空气。

7、液压系统油温升高的原因及解决措施

7.1液压系统油温升高的原因

液压系统在工作中有能量损失，包括压力损失、容积损失和机械损失三方面，这些损失转化为热能，使液压系统的油温升高。

一般液压系统的油温应控制在30～60℃范围内，最高不超过60～70℃。

7.2保证液压系统正常工作温度的措施

当压力控制阀的调定值偏高时，应降低工作压力，以减少能量损耗；由于液压泵及其连接处的泄漏造成容积损失而发热时，应紧固各连接处，加强密封；当油箱容积小、散热条件差时，应适当加大油箱容积，必要时设置冷却器；由于油液粘度太高，使内磨擦增大而发热时，应选用粘度低的液压油；当油管过于细长并弯曲，使油液的沿程阻力损失增大、油温升高时，应加大管径，缩短管路，使油液通畅；由于周围环境温度过高使油温升高时，要利用隔热材料和反射板等，使系统和外界隔绝；高压油长时间不必要地从溢流阀回油箱，使油温升高时，应改进回路设计，采用变量泵或卸荷措施。

这样使液压系统正常有效的工作

8、泄漏因素及控制措施

8.1泄漏的形式

泄漏按流向可分为内泄漏和外泄漏。

外泄漏主要是指液压油从系统泄漏到环境中，产生在液压系统的液压管路、液压阀、液压缸和液压泵（液压马达）的外部；内泄漏是指由于高低压侧的压力差的存在以及密封件失效等原因，使液压油在系统内部由高压侧流向低压侧，如液压传动中油液从高压腔向低压腔的泄漏；从换向阀内压力通道向回油通道的泄漏等。

泄漏的主要形式有缝隙泄漏、多孔隙泄漏、粘附泄漏和动力泄漏等。

8.2泄漏的原因

液压系统产生泄漏的原因多而复杂，本文主要从密封件泄漏、工作油液污染、元件制造装配精度超差、油液温升发热以及液压系统压力冲击等方面归纳分析。

8.2.1密封件方面

在液压缸中,一提及泄漏就会首先考虑到密封件,因为密封件是液压缸中最主要的防止泄漏的元件。

它主要有YX型密封圈、组合密封圈、U型密封圈、V型密封圈、O形圈、格来圈、斯特封等。

其中YX型密封圈、组合密封圈、U型密封圈主要靠在压力油的压力作用下产生张力,使内、外唇边张开来实现密封的,对内、外唇边线性质量要求很高；V型密封圈、O形圈、格来圈、斯特封主要靠压缩量来密封。

密封件的物化性能等方面的质量直接影响液压缸产品的质量。

密封件泄漏的原因主要有以下几方面：

①密封件质量有问题。

密封件材质为劣质，且制造工艺和精度都达不到要求，以及模具和修边均有缺陷等。

②密封件选用不合理。

选用的密封件不能满足工作压力、工作速度和温度等方面的要求，或者密封件的类型选用不当。

③密封件的安装沟槽设计不当，安装间隙与压缩量选择不合理；配偶件的加工精度和表面粗糙度未达到要求；安装时未加保护而损伤唇口或使外界杂物混入；贮存时温度、湿度不当，受氧和臭氧的侵蚀变质等。

液体中的气泡经过密封唇边时，气泡被压缩为原来尺寸的几分之一。

这种气泡到达密封件的非压力侧时，便迅速释放出能量，使密封唇边损坏。

另一方面，当含有一定比例的油蒸汽的气泡，因受压达到足够高的温度时，就会自燃，以致烧坏或熔化支承环，甚至会发生密封件的局部烧坏和碳化。

8.2.2油液污染

油液污染：

包括气体污染、颗粒污染、水污染等。

①气体污染：

在大气压下，液压油中可溶解１０％左右的空气，在液压系统的高压下，在油液中会溶解更多的空气或气体。

空气在油液中形成气泡，如果液压支架在工作过程中在极短的时间内，压力在高低压之间迅速变换就会使气泡在高压侧产生高温在低压侧发生爆裂，如果液压系统的元件表面有凹点和损伤时，液压油就会高速冲向元件表面，加速表面的磨损，引起泄漏，此种由空穴现象造成的腐蚀作用称为气蚀。

②颗粒污染：

由于试验台被颗粒污染,导致泄漏的几率很小,但在实际中仍然存在。

液压缸使用过程中,由于上述原因产生的颗粒,有的粘附在密封元件上,有的粘附在活动面上,刮伤密封元件的密封面,导致密封元件失效,使液压缸产生泄漏。

这种故障通过除去未去干净的毛刺,清洗各个元件,再更换密封元件就可排除;比较严重有的会“拉缸”,这种故障的排除就比较麻烦;更严重的可导致缸筒报废。

③水污染：

由于工作环境潮湿等因素的影响，可能会使水进入液压系统，水会与液压油反应，形成酸性物质和油泥，降低液压油的润滑性能，加速部件的磨损，水还会造成控制阀的阀杆发生粘结，使控制阀操纵困难，划伤密封件，造成泄漏。

8.2.3元件制造装配精度超差

元件制造装配精度超差：

所有的液压元件及密封部件都有严格的尺寸公差、形位公差等要求。

如果在制造过程中超差，例如：

油缸的活塞半径、密封槽深度或宽度、装密封圈的孔和尺寸超差或因加工问题而造成失圆、本身有毛刺或洼点、镀层脱落等，密封件就会有变形、划伤、压死或压不实等现象发生，使其失去密封功能，将使零件本身具有先天性的渗漏点，在装配后或使用过程中发生渗漏。

系统装配粗糙，缺乏减振、隔振措施；系统超压使用，未做到按规定对系统适时检查及易损件寿命到期但未及时更换等都会造成系统泄漏。

8.2.4油液温升过高

油液温升过高：

液压系统工作时，要控制油液温度，温度过高，会产生以下现象：

多数情况下，当油温经常超过60℃时，油液黏度大大下降，不仅使润滑油膜变薄，摩擦力加大，磨损加剧，而且密封圈膨胀、老化、失效，结果导致液压系统产生泄漏。

据研究表明，油温每升高10℃则密封件的寿命就会减半。

油液温度升高后，体积膨胀，压力升高，而泄漏随压力的升高而加大，从而使泄漏增加。

油温升高使间隙胀缩变化。

一般配合零件材质不同，材料热膨胀系数不同，当油温升高时，配合零件因胀缩变化不同，会使配合间隙发生变化，当间隙变大时，造成泄漏增加。

8.2.5液压系统压力冲击

液压系统压力冲击：

液压系统中由于频繁换向，在较高压力下突然启动油泵或关闭阀门及缸体快速动作都会造成瞬时峰值压力高达工作压力的好几倍，有时足以使密封装置、管道或其它液压元件损坏而造成泄露。

8.3控制泄漏的措施

造成液压系统的泄漏的因素是多方面综合影响的结果，以现有的技术和材料，要想从根本上消除液压系统的泄漏是很难做到的。

只有从以上影响液压系统泄漏因素出发，采取合理的措施尽量减少液压系统泄漏。

在设计和加工环节中要充分考虑影响泄漏的重要因素密封沟槽的设计和加工。

美国汽车行业工程师协会（SAE）推荐以下两种防止油口漏油的解决办法。

SAE直螺纹“O”形圈油口：

密封靠“O”形圈，连接靠直螺纹；

SAE4螺栓法兰：

适用于较大油口。

另外，密封件的选择也是非常重要的，密封表面的粗糙度通常静密封表为Ra3.2～Ra1.6，动密封表面为Ra0.8～Ra0.4。

如果不在最初全面考虑泄漏的影响因素，将会给以后的生产中带来无法估量的损失。

在液压油的污染控制上，要从污染的源头入手，加强污染源的控制，还要采取有效的过滤措施和定期的油液质量检查。

为有效地切断外界因素（水、尘埃、颗粒等）对液压油缸的污染，可加一些防护措施等。

装配方面。

液压系统装配前，应检验元件的耐压性能，检查元件各结合面有无外渗漏现象，若出现渗漏，则应采取相应措施。

只有当所有元件不漏不渗后才可正式装进系统使用。

液压元件和液压系统在进行装配时，要进行严格清洗，去毛刺、除焊渣，并进行必要的防锈蚀处理，严格按照装配工艺要求进行装配，杜绝因装配引起的间隙畸变和毛刺、焊渣及锈蚀物等形成的间隙磨料。

减小液压冲击。

常用的方法有：

①尽量降低系统的启动、停止和换向频率；②对于需要频繁换向的液压系统，尽可能用带阻尼器的换向阀；③在控制阀的前面设置蓄能器，减小冲击波传播的距离，从而减缓液压冲击；④加大管道通径，尽量缩短管道长度或采用橡胶软管；⑤设置安全阀，系统压力增大时，可起卸荷作用降低压力冲击。

（5）机械在磨合期容易出现渗漏现象，这是由于部分铸造、加工等缺陷在装配调试时难于发现，但由于作业过程中的振动、冲击作用，这种缺陷就被暴露出来，故应注意磨合期的渗漏情况，作到及早发现、及时处理。

从技术上来看，国外正在生产配备有测试密封（旋转密封）泄露量的传感器的新型油封；并且主轴集成了摩擦密封与迷宫式密封优点的气动密封也已问世；同时，U型橡胶件＋V型弹簧组成的可用于压力45MPa的液压系统“泛塞密封”等类型的组合密封件大行其道。

总的来说，液压技术是很重要的，不管是国内还是国外。

9、结论

毕业设计是考验我们大学三年来所学知识的一个综合性环节，也是培养我们资料收集能力、自学能力、观察能力等综合能力的一个练习，它包括了毕业实习、资料收集、外文翻译、课题设计等过程，历经一个月，到此结束。

在整个设计过程中，综合运用过去几年所学的知识，浅显的了解了液压系统领域，找出液压的故障并解决。

在本设计当中，完成了本专业一个具体的专业任务。

进一步巩固所学知识、加深和拓宽了知识面，培养和锻炼了分析问题和解决问题的能力，提高了团结协作精神。

【参考文献】

[1]刘延俊主编《液压与气压传动》第2版北京：

机械工业出版社.2008.

[2]高存强《液压系统泄漏原因分析与控制》大连华锐股份有限公司液压装备厂.2009.

[3]王懋瑶液压传动与控制教程1天津大学出版社,1987.

[4]夏廷栋主编液压传动的密封与密封装置.北京:

中国农业

机械出版社,1982.

[5]徐灏.机械设计手册（第五卷）.机械工业出版社出版，1995

[6]马福安.机修手册（第7卷、第8卷）.机械工业出版社出版，1993

[7]李洪人.液压控制系统.国防工业出版社出版，1981

[8]雷天觉.新编液压工程手册.北京理工大学出版社出版，1998

致谢

本论文在孙老师指导和严格要求下已完成，从课题选择到具体的写作过程，论文初稿与定稿无不凝聚着老师的心血和汗水，在写论文期间，老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮助和关怀和熏陶，我不会这么顺利的完成毕业论文。

在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意！

在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。

不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。

同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。

毕业论文诚信承诺书

本人郑重承诺：

1、本论文是在指导教师的指导下，查阅相关文献，进行分析研究，独立撰写完成的。

2、本论文所有相关数据、材料均是真实的。

3、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或机构已经撰写发表过的研究成果。

4、本论文如有剽窃他人研究成果的情况，一切后果自负。

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