气动系统的维修管理与故障诊断综述.docx
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气动系统的维修管理与故障诊断综述
气动系统的维修管理与故障诊断
1概述
气动系统，各种气动元件通常都有其耐久性指标，通过此指标可大致估算出其正常使用条件下的寿命。
但是一台气动设备如不进行预防性维护保养，就会过早损坏或频繁发生故障，使设备寿命大大降低。
为此企业应制定气动系统及装置的维护保养管理规范，通常要参照气动设备和元件制造商提供的说明书和其他数据编制气动系统维护保养检修表并由专人负责。
维护保养工作的中心任务是：
保证供给气动系统清洁干燥的压缩空气；
保证气动系统的密封性；
保证需要油雾润滑的元件得到必要的润滑；
保证气动控制元件及系统在规定的工作条件下工作，气动执行元件按预定的要求工作。
在维护保养中，规定完成检查和维护保养的间隔时间非常重要。
维护工作可以分为经常性的维护工作和定期的维护工作。
维护工作应有纪录，以便于日后的故障诊断和处理。
2日常维护
日常（经常性）维护是每日必须进行的维护工作，主要任务是冷凝水排放、检查润滑油和压缩空气供气及净化处理系统的管理。
冷凝水是造成系统失效的一大因素，冷凝水的排放涉及到整个气动系统，从空压机、后冷却器、储气罐、主管过滤器、干燥机、主气管路、自动排水器到设备进气端过滤器。
在湿度较大的季节如梅雨季节，每天气动设备运转前及作业结束后，都应将以上环节的冷凝水排放掉。
在这方面，自动排水装置可大大简化维护保养工作。
检查系统的润滑情况，主要是检查油雾器的滴油速度与滴油流量的关系是否符合要求，油色是否正常，有无杂质和水分混入。
压缩空气供气及净化处理系统的日常管理，主要是检查空压机运转是否有异常声音及发热，润滑油是否不足或很脏，吸气过滤器是否堵塞，空压机的压力设定值及干燥机工作是否正常等。
3定期维护
定期维护一般指每周、每月或每季度进行的维护工作。
其主要工作是进行漏气检查和对油雾器进行管理。
以便早期发现故障的隐患。
因漏气引起的压缩空气损失会引起不必要的能源消耗而造成很大经济损失。
因此，针对泄漏这种情况至少应每周检查一次供气系统，任何存在泄漏的地方都应立即进行修补。
检查应在白天车间休息的空闲时间或下班后进行，因为气动装置停止工作后，车间内噪音小，但管道内还有一定的压缩空气，根据漏气的声音便可发现漏气部位。
采用肥皂水或专门的喷雾试剂可以很方便地将微小空气泄漏检测出来，并能精确定位，因为在微弱泄漏空气处，可以产生清晰可见的泡沫。
表8-4所列为经常出现泄漏的部位和原因。
表8-4泄漏的部位、原因、处理措施
给油雾器补油时，应注意储油杯中油量的减少情况，如发现耗油量太少，必须重新凋整滴油量。
调整后滴油量仍少或不滴油，应检查所选油雾器的规格是否合适，油雾器进出口是否装反，油道是否堵塞。
检查结果应填写于周检纪录表中。
每月或每季度的维护检查工作应比每日及每周的检查更仔细，但仅限于外部能检查的范围。
表8-5所示为每季度的维护工作。
表8-5每季度的维护工作
检查换向阀排气质量要注意以下三个方面。
排气中是否含有冷凝水。
不排气的排气口是否有漏气。
排气中所含润滑油量是否适度。
方法是将一张清洁的白纸放在换向阀的排气口附近，阀在工作三四个循环后，若白纸上只有很轻的斑点，表明润滑良好；若有冷凝水排出，应考虑过滤器的位置是否合适，各类除水元件设计和选用、冷凝水管理是否合理。
少量漏气预示着元件的早期损伤（间隙密封阀存在微漏是正常的），若润滑不良，应考虑油雾器的安装位置、选用规格、滴油量调节是否符合要求。
泄漏的主要原因是阀或缸的密封不良，复位弹簧生锈或折断，气压不足等所致。
间隙密封阀的泄漏较大时，可能是阀芯、阀套磨损所致。
让电磁阀反复切换，从切换声音可判断工作是否正常。
交流电磁阀若有蜂鸣声，应考虑动铁芯与静铁芯没有完全吸合，或吸合面有灰尘，分磁环脱落损坏等。
气缸活塞杆常暴露在外面，应经常检查是否有划伤、腐蚀和偏磨。
根据有无漏气，可判断活塞与端盖内的导向套、密封圈的接触情况，压缩空气的处理质量，气缸是否存在横向载荷等。
安全阀、紧急开关阀等平时很少使用，定期检查时，必须确认其动作可靠。
8.2气动系统常见问题及处理
8.2.1产生冷凝液
冷凝液是指在气动组件及管道内流动或沉淀状态的水，或油水混合的白浊液。
1冷凝液的危害
冷凝液对于气动组件或系统会造成的不良影响如下：
1）停留在气动组件内部，使组件生锈或腐蚀是产生故障的原因。
2）因生锈使气体流路狭窄，造成空气流量减少或压力降低，特别对细的流路影响更大。
3）在使用环境温度特别低的场合，气动组件内部积存的水分会冻结，造成动作不灵。
4）对精密计测仪器导致精度降低或不能测量。
5）由换向阀的排气口喷散冷凝液到大气中污染环境。
6）冲洗掉封入组件内部油脂、润滑剂等，造成动作不灵或使寿命大为降低。
2冷凝液产生的原因
在压缩空气中含有大量的水分。
这些水分来自压缩机吸入大气中的水蒸气，将这种条件下的大气用压缩机压缩到几分之一的体积。
例如，将大气压缩到0.7MPa的每1m3的压缩空气就需要8m。
的空气，所以0.7MPa的1m3压缩空气中所含的水分等于8倍大气中所含的水分。
一般大气中所含的水分并不一定，其所含的最大值（等于饱和水蒸气量）随温度而变化。
故温度上升或下降时大气中的水蒸气量也变化，特别在温度下降显着的场合下水蒸气开始凝结，即产生冷凝液。
3冷凝液的处理
压缩机的设置地点尽可能设置在通风良好的低温场所，以便吸入冷空气。
配管方面，供气主管和支管多采用钢管（镀锌白铁管）。
缩空气的温度和配管周围有温差时，通过配管的表面积进行放热或吸热。
使压缩气自然冷却产生冷凝液。
通常配管多用钢管，但其内表面容易生锈，故应采用镀锌白铁管。
另外，为完全防止生锈，希望用不锈钢配管或金属和塑料的复合管。
安装主管时应设置1／100的斜度。
应在主送气管的空气流动方向保持一定斜度。
因在管的末端一定积存有冷凝液，故应安装集存冷凝液的集水罐、自动排水器或放水阀。
由送气主管到分支管应在主管上部引出。
气源方面，尽量提高压缩机的出口压力以减少水分。
用压缩机将空气压缩后的空气温度，对往复式一般可到近200℃，为减少水分，使之冷却是必要的。
要设置冷却装置（后冷却器）。
在连接气动组件时，避免剧烈地流量变化。
在连接马达、喷嘴、速度控制阀等组件配管时，因有剧烈地流量变化产生绝热变化，使得冷凝液极易产生。
使压缩空气经过某种方法强制冷却后除去冷凝液（除湿率97％以上），剩下的是制成的干空气。
在空气干燥器中，主要有用氟利昂作冷却剂的冷冻式和用硅胶等作固体吸附剂的吸着式。
对冷冻式空气干燥剂的场合，因通常冷到大气压露点-20℃左右，虽因周围温度有所降低或绝热膨胀等原因，只要不冷到-20℃左右，就不会产生冷凝水。
8.2.2流量不足
流量不足会造成压力降低，致使气缸推力不足和速度减低及方向控制阀的先导阀误操作。
特别在空气量的计算、选定组件尺寸和配管尺寸时组件和配管密封部分的空气泄漏要加以十分注意。
1因流量不足产生的问题
1）空气处理单元在减压阀入口侧压力变动大（因空气量供给不足）的场合，会造成出口处压力变化大，从而得不到稳定压力。
2）方向控制阀对先导式阀因得不到必要的先导操纵压力，造成阀门不能确实换向或阀的振动。
3）气缸造成推力不足、速度低下和动作不稳定。
2流量不足的处理
因流量和压力之间相互有关，流量不足常由压力不足引起的。
（1）管道损失与泄漏
空气量的计算除了要考虑换向阀和气缸之间配管部分的空气量以外，还要考虑到因增设装置另加的“章鱼脚式”配管和组件构造上的空气泄漏量，以及因装置用久后增加的泄漏量。
因此希望总耗气量为计算值的1.5～2倍以得到用气裕量。
送气主管的直径从未来用气考虑使主管有一定裕量而选粗些的好。
这样可使压降减少，不仅可得到所需的流量，起到储气罐的作用，就是当支管因负荷变化造成的压力剧烈变化也可防止。
可采用图8-2所示的环形供气网。
使配管压力降小并能供给足够的空气量应选配管内流速为30m／s以下的管径以得到足够地流量。
图8-2环形供气网
1一压缩机站；2一主供气管；3一支管
由主管到支管的分支方法尽量采用支管分支而不用多路接头（章鱼脚式）配管。
另外，同一支管内有消耗大量空气的组件时（如有气动马达时）在其工作时会发生周期性气压不足的情况发生。
所以要分别采用支管以减少互相间的影响。
（2）选定适当的配管和组件尺寸
应参考生产厂家的流量特性图表，选定具有必要流量的配管口径。
压力降应在流过必要空气量时比设定压力低10％以内，希望其绝对值在0.03～0.07MPa之间。
（3）防止泄漏
注意接头和配管连接部分及各组件密封部分的空气泄漏。
使用密封带和密封剂以进行可靠的连接。
在橡胶密封件损伤或磨损时，迅速更换。
预防因组件的长期使用而产生的压力不足，如：
过滤组件阻塞，过滤器罩壳碎裂，消声器阻塞。
（4）配管和接头
配管应尽量短、弯曲少，弯度大则压力损失大，应避免。
另外，内径密封方式因其管接头的内径较小而形成的阻力易导致流量不足，故管接头希采用外径密封方式。
（5）组件内阻塞的处理
应注意寒冷地带的冷凝液冻结。
组件内的杂质（灰尘、压缩机油）混入和堆积导致流量不足。
为防止或减少因配管和组件结构的原因产生绝热膨胀，可在冷凝液易冻结处加装护套。
8.2.3冻结的处理
在冬季或寒冷地带，会产生配管和组件内的冻结现象，因之会产生下列问题：
破损如过滤器或气罐储存的冷凝液冻结；动作不良如因绝热膨胀温度降低造成冻结，易在阀的运动部分产生误动作；流量不足因绝热膨胀使阀的阻力部分受冷凝液冻结影响，流路受阻。
不论上述哪种现象产生，都会使系统运转不灵。
1冻结对策
目前对于冷凝水冻结的防止对策采用如下的方法：
用热空气加热压缩空气。
将电热丝加入螺旋状织带后绕到气动组件和配管上加热。
用白炽灯照射加热。
将绝热材料缠绕在组件或配管上。
将不冻液喷入压缩空气中，使冷凝液的冻结温度下降。
使用甲醇或乙二醇混合液时，要避开凝固点。
利用耐有机溶液的油雾器将不冻液喷成雾状。
使用不冻液时的注意点如下：
某些水溶性不冻液对密封材料和树脂类有不良影响，故事先应进行调查清楚（可向气动组件厂家询问）。
在室外使用水溶性不冻液是十分有效的方法。
但在室内使用，特别是在密闭室内使用时，因有法律规定浓度的限制，使用不冻液时可采用集中排气法将配管引至室外以保安全。
对气动组件来说，引起绝热膨胀的场合很多，只采用过滤器就想完全防止水分凝聚是困难的。
要想完全防止，须采用空气干燥器。
2低温下使用气动组件的对策
低温时要同时考虑冻结对策和低温对策。
一般方向控制阀的主阀从结构上可分为截止式和滑柱式。
从构造和动作方式比较，希望阀芯的摩擦尽可能小，当摩擦阻力增加的场合要想得到确实地动作，低温时截止式比滑柱式好，直动式比先导式好。
密封材料在低温情况使用时用作弹性体的材料受到极大的影响。
对气动组件最多使用的密封材料是丁腈橡胶（NBR），低温时用的是低温NBR。
标准用NBR和低温NBR的大致使用标准如表图8-6所示。
表8-6标准NBR和低温NBR的比较
注：
TR试验是使之伸长150％状态下冷冻后，再使温度上升恢复到原来温度，测定其收缩率（0％～100％）。
对密封来说，温度降低后，因产生硬化、弹性降低、会显着地损害密封效果，所以要配合主阀构造进行选定。
8.2.4润滑管理
因气动执行组件和电磁换向阀的冷凝液和油雾造成的环境污染和减低补油作业工作量等原因使用无给油的组件越来越多。
但在使用条件严格或为保持长期地稳定工作性能，对气动组件摩擦部分还是采用给油方式工作居多。
作为气动组件的润滑装置，采用的是油雾器。
油雾器的使用方法油雾器的使用原则是：
应使其安装位置尽量靠近使用端，选定适当尺寸的产品。
另外，因其种类繁多，应按使用目的进行选定。
补油方法油雾器补油时，可将给油塞拧下，将透平油倒入外壳内达到容积的80％即可。
应定期的检查和补充使在不缺油状态下运行。
（因油用到导油管下端后无法向系统供油，故常在导油管下端露出之前补油）。
润滑油气动元件推荐的润滑油为透平油中的一种（ISOVG32）。
特别在对气动元件润滑时，考虑到它的特殊性，要求能防锈、不会引起密封材料的（对气动元件多采用NBR材料）溶胀、收缩、劣化。
另外，还要考虑使用油雾器供油时的滴油性能，过高的黏性润滑油是不适宜的。
表8-8介绍了对气动元件而言各种润滑油的适应性好坏。
表8-8各种润滑油对气动元件的适应评价
8.2.5防止产生油泥
压缩机油变成微滴混入压缩空气中，再被送入管路里，这时的油滴几乎都成0.01～0.8μm大小的微滴。
此外，由于压缩机油排出阀腔后一般有120℃～220℃的高温，因此，送到气动管路中的油滴呈氧化状态混在压缩空气中。
这种氧化后的压缩机油叫做油泥，由于在氧化过程中变色，其黏性增加，从液态逐渐固态化了。
根据其外观特征可以对油泥进行分类：
水溶性油泥，可以溶解于水中；
焦炭状油泥，这是很硬的油泥，产生于高温部位，因此又称之为高温油泥；
粉状油泥，这是坚硬的粉末状油泥，基本上呈石墨状；
胶状油泥，这是一种液状的高黏度油泥，由于成因不同而有不同的种类。
在油泥中，胶状油泥最成问题。
在高温时，胶状油泥黏度降低，它呈微滴状混入压缩空气中，其中几微米以下的会通过普通的过滤器（5～40μm）而附着在阀、气缸和管接头上。
油泥对气动元件的影响主要表现在：
在冷却器上积炭，不易清除；使诸如O形圈等密封件膨胀和收缩；引起锈蚀,因为油泥的水溶液（冷凝水）是酸性的，酸性的溶液容易腐蚀元件；引起电磁阀的误动作，金属密封时出现黏合现象，软密封时，油泥使橡胶老化而产生误动作；堵住小孔空气通路。
为了让气动元件正常动作，消除油泥的不良影响，可以采取如下措施：
1）将压缩机油换成专用油，以防止油泥产生。
压缩机专用油必须是不易氧化的润滑油，即使是在严酷的条件下（诸如暴露在高温高压下）也不易氧化。
2）借助油雾分离器，将所产生的油泥在侵入气动元件之前分离出来。
由于油泥呈非常小的微粒到处飞溅，用通常气源净化装置中所使用的过滤器是不可能滤掉的。
所以要采用能滤除这种混于气体中的油泥的专用过滤器来防止油泥侵入回路。
如图8-4所示，在气源净化装置的过滤器与调压阀之间设置一个油雾分离器，这种回路可以有效地防止油泥侵入气动元件。
图8-4 设置油雾分离器
采用以上综合措施可以有效地去除压缩空气中的油泥。
除此之外，定期对管路内部和电磁阀的阀芯、阀套进行清洗，可以减小残留的油泥的影响，使气动系统正常工作。
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