液压系统.docx

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液压系统

液压系统

一、液压系统

以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。

液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。

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、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。

一个液压系统的好坏取决于系统设计的合理性、系统元件性能的的优劣，系统的污染防护和处理，而最后一点尤为重要。

近年来我国国内液压技术有很大的提高，不再单纯地使用国外的液压技术进行加工。

二、液压系统的组成

一个完整的液压系统由以下四部分组成

（1）动力装置——最常见的形式就是液压泵，是将电动机输出的机械能转换成油液液压能的装置。

其作用是向液压系统提供压力油。

（2）执行装置——包括液压缸和液压马达，是将油液的液压能转换成驱动负载运动的机械能的装置。

（3）控制调节装置——包括压力、流量、方向等控制阀，是对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。

（4）辅助装置——包括上述三部分以外的其他装置，例如油箱、过滤器、油管等。

它们对保证液压系统正常工作起着重要的作用。

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。

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。

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。

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。

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。

三、液压系统结构

液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。

液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。

液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。

在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。

空心箭头表示信号流，而实心箭头则表示能量流。

基本液压回路中的动作顺序—控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。

对于执行元件和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。

根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。

如果第一个执行元件编号为0，则与其相关的控制元件标识符则为1。

如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为偶数，则与执行元件回缩相对应的元件标识符则为奇数。

不仅应对液压回路进行编号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。

DINISO1219-2标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：

设备编号、回路编号、元件标识符和元件编号。

如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。

实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，此时，元件编号应该与元件列表中编号相一致。

这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控制回路都与其系统编号相对应。

四、液压系统的保养

一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣，还因系统的污染防护和处理，系统的污染直接影响液压系统工作的可靠性和元件的使用寿命，据统计，国内外的的液压系统故障大约有70%是由于污染引起的。

油液污染对系统的危害主要如下：

1）元件的污染磨损

油液中各种污染物引起元件各种形式的磨损，固体颗粒进入运动副间隙中，对零件表面产生切削磨损或是疲劳磨损。

高速液流中的固体颗粒对元件的表面冲击引起冲蚀磨损。

油液中的水和油液氧化变质的生成物对元件产生腐蚀作用。

此外，系统的油液中的空气引起气蚀，导致元件表面剥蚀和破坏。

2）元件堵塞与卡紧故障

固体颗粒堵塞液压阀的间隙和孔口，引起阀芯阻塞和卡紧，影响工作性能，甚至导致严重的事故。

3）加速油液性能的劣化

油液中的水和空气以其热能是油液氧化的主要条件，而油液中的金属微粒对油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和悬浮气泡显著降低了运动副间油膜的强度，使润滑性能降低。

　　一、污染物的种类

污染物是液压系统油液中对系统起危害作用的的物质，它在油液中以不同的形态形式存在，根据其物理形态可分成：

固态污染物、液态污染物、气态污染物。

固态污染物可分成硬质污染物，有：

金刚石、切削、硅沙、灰尘、磨损金属和金属氧化物；软质污染物有：

添加剂、水的凝聚物、油料的分解物与聚合物和维修时带入的棉丝、纤维。

液态污染物通常是不符合系统要求的切槽油液、水、涂料和氯及其卤化物等，通常我们难以去掉，所以在选择液压油时要选择符合系统标准的液压油，避免一些不必要的故障。

气态污染物主要是混入系统中的空气。

这些颗粒常常是如此的细小，以至于不能沉淀下来而悬浮于油液之中，最后被挤到各种阀的间隙之中，对一个可靠的液压系统来说，这些间隙的对实现有限控制、重要性和准确性是极为重要的。

　　二、污染物的来源

系统油液中污染物的来源途径主要有以下几个方面：

1）外部侵入的污染物：

外部侵入污染物主要是大气中的沙砾或尘埃，通常通过油箱气孔，油缸的封轴，泵和马达等轴侵入系统的。

主要是使用环境的影响。

2）内部污染物：

元件在加工时、装配、调试、包装、储存、运输和安装等环节中残留的污染物，当然这些过程是无法避免的，但是可以降到最低，有些特种元件在装配和调试时需要在洁净室或洁净台的环境中进行。

3）液压系统产生的污染物：

系统在运作过程当中由于元件的磨损而产生的颗粒，铸件上脱落下来的砂粒，泵、阀和接头上脱落下来的金属颗粒，管道内锈蚀剥落物以其油液氧化和分解产生的颗粒与胶状物，更为严重的是系统管道在正式投入作业之前没有经过冲洗而有的大量杂质。

五、故障诊断

液压传动系统由于其独特的优点，即具有广泛的工艺适应性、优良的控制性能和较低廉的成本，在各个领域中获得愈来愈广泛的应用。

但由于客观上元、辅件质量不稳定和主观上使用、维护不当，且系统中各元件和工作液体都是在封闭油路内工作，不象机械设备那样直观，也不象电气设备那样可利用各种检测仪器方便地测量各种参数,液压设备中，仅靠有限几个压力表、流量计等来指示系统某些部位的工作参数，其他参数难以测量，而且一般故障根源有许多种可能，这给液压系统故障诊断带来一定困难。

在生产现场，由于受生产计划和技术条件的制约，要求故障诊断人员准确、简便和高效地诊断出液压设备的故障；要求维修人员利用现有的信息和现场的技术条件，尽可能减少拆装工作量，节省维修工时和费用，用最简便的技术手段，在尽可能短的时间内，准确地找出故障部位和发生故障的原因并加以修理，使系统恢复正常运行，并力求今后不再发生同样故障。

1、液压系统故障诊断的一般原则

正确分析故障是排除故障的前提，系统故障大部分并非突然发生，发生前总有预兆，当预兆发展到一定程度即产生故障。

引起故障的原因是多种多样的，并无固定规律可寻。

统计表明，液压系统发生的故障约90%是由于使用管理不善所致为了快速、准确、方便地诊断故障，必须充分认识液压故障的特征和规律，这是故障诊断的基础。

以下原则在故障诊断中值得遵循：

（1）首先判明液压系统的工作条件和外围环境是否正常需首先搞清是设备机械部分或电器控制部分故障，还是液压系统本身的故障，同时查清液压系统的各种条件是否符合正常运行的要求。

（2）区域判断根据故障现象和特征确定与该故障有关的区域，逐步缩小发生故障的范围，检测此区域内的元件情况，分析发生原因，最终找出故障的具体所在。

（3）掌握故障种类进行综合分析根据故障最终的现象，逐步深入找出多种直接的或间接的可能原因，为避免盲目性，必须根据系统基本原理，进行综合分析、逻辑判断，减少怀疑对象逐步逼近,最终找出故障部位。

（4）验证可能故障原因时，一般从最可能的故障原因或最易检验的地方开始，这样可减少装拆工作量，提高诊断速度。

（5）故障诊断是建立在运行记录及某些系统参数基础之上的。

建立系统运行记录，这是预防、发现和处理故障的科学依据；建立设备运行故障分析表，它是使用经验的高度概括总结，有助于对故障现象迅速做出判断；具备一定检测手段，可对故障做出准确的定量分析。

2、故障诊断方法

目前查找液压系统故障的传统方法是逻辑分析逐步逼近断。

基本思路是综合分析、条件判断。

即维修人员通过观察、听、触摸和简单的测试以及对液压系统的理解，凭经验来判断故障发生的原因。

当液压系统出现故障时，故障根源有许多种可能。

采用逻辑代数方法，将可能故障原因列表，然后根据先易后难原则逐一进行逻辑判断，逐项逼近，最终找出故障原因和引起故障的具体条件。

故障诊断过程中要求维修人员具有液压系统基础知识和较强的分析能力，方可保证诊断的效率和准确性。

但诊断过程较繁琐，须经过大量的检查，验证工作，而且只能是定性地分析，诊断的故障原因不够准确。

为减少系统故障检测的盲目性和经验性以及拆装工作量，传统的故障诊断方法已远不能满足现代液压系统的要求。

随着液压系统向大型化、连续生产、自动控制方向发展，又出现了多种现代故障诊断方法。

如铁谱技断，可从油液中分离出来的各种磨粒的数量、形状、尺寸、成分以及分布规律等情况，及时、准确地判断出系统中元件的磨损部位、形式、程度等。

而且可对液压油进行定量的污染分析和评价，做到在线检测和故障预防。

基于人工智能的专家诊断系断，它通过计算机模仿在某一领域内有经验专家解决问题的方法。

将故障现象通过人机接口输入计算机，计算机根据输入的现象以及知识库中的知识，可推算出引起故障的原因，然后通过人机接口输出该原因，并提出维修方案或预防措施。

这些方法给液压系统故障诊断带来广阔的前景，给液压系统故障诊断自动化奠定了基础。

但这些方法大都需要昂贵的检测设备和复杂的传感控制系统和计算机处理系统，有些方法研究起来有一定困难。

目前不适应于现场推广使用。

下面介绍一种简单、实用的液压系统故障诊断方法。

　　基于参数测量的故障诊断系统

一个液压系统工作是否正常，关键取决于两个主要工作参数即压力和流量是否处于正常的工作状态，以及系统温度和执行器速度等参数的正常与否。

液压系统的故障现象是各种各样的，故障原因也是多种因素的综合。

同一因素可能造成不同的故障现象，而同一故障又可能对应着多种不同原因。

例如：

油液的污染可能造成液压系统压力、流量或方向等各方面的故障，这给液压系统故障诊断带来极大困难。

参数测量法诊断故障的思路是这样的，任何液压系统工作正常时，系统参数都工作在设计和设定值附近，工作中如果这些参数偏离了预定值，则系统就会出现故障或有可能出现故障。

即液压系统产生故障的实质就是系统工作参数的异常变化。

因此当液压系统发生故障时，必然是系统中某个元件或某些元件有故障，进一步可断定回路中某一点或某几点的参数已偏离了预定值。

这说明如果液压回路中某点的工作参数不正常，则系统已发生了故障或可能发生了故障，需维修人员马上进行处理。

这样在参数测量的基础上，再结合逻辑分析法，即可快速、准确地找出故障所在。

参数测量法不仅可以诊断系统故障，而且还能预报可能发生的故障，并且这种预报和诊断都是定量的，大大提高了诊断的速度和准确性。

这种检测为直接测量，检测速度快，误差小，检测设备简单，便于在生产现场推广使用。

适合于任何液压系统的检测。

测量时，既不需停机，又不损坏液压系统，几乎可以对系统中任何部位进行检测，不但可诊断已有故障，而且可进行在线监测、预报潜在故障。

　　参数测量法原理

只要测得液压系统回路中所需任意点处工作参数，将其与系统工作的正常值相比较，即可判断出系统工作参数是否正常，是否发生了故障以及故障的所在部位。

液压系统中的工作参数，如压力、流量、温度等都是非电物理量，用通用仪器采用间接测量法测量时，首先需利用物理效应将这些非电量转换成电量，然后经放大、转换和显示等处理，被测参数则可用转换后的电信号代表并显示。

由此可判断液压系统是否有故障。

但这种间接测量方法需各种传感器，检测装置较复杂，测量结果误差大、不直观，不便于现场推广使用。

通过多年的教学和生产实践，设计出一种简单、实用的液压系统故障检测回路。

检测回路通常和被检测系统并联连接，此连接需在被测点设置的双球阀三通接头，它主要用于对系统进行不拆卸检测。

它对液压系统所需点的各种参数进行直接的快速检测，不需任何传感器，它可同时检测系统中的压力、流量和温度三个参数，而执行器的速度和转速则可通过测量出口流量的方法计算得到。

例如：

只要在泵出口及执行器进、出口安装双球阀三通，则通过测量1、2、3三点的压力、流量及温度值，则可立刻诊断出故障所在的大致部位（泵源、控制传动部分或执行器部分）。

增加参数检测点，则可缩小故障发生区域。

系统正常工作时，阀门1开启，2关闭，检测口罩上防尘罩，以防污染。

检测时，只要将检测回路与检测口接通，即旋紧活接头螺纹并打开阀门2。

通过调节阀门1和溢流阀7即可方便地测出压力、流量、温度、速度等参数。

但要求系统配管时，将双球阀三通在需检测系统参数的部位当作接管或弯管接头来配置。

1,2.截止球阀3,8.软管4.压力表5.流量计6.温度计7.溢流阀9.过滤器

参数测量方法

第1步：

测压力，首先将检测回路的软管接头与双球阀三通螺纹接口旋紧接通。

打开球阀2，关死溢流阀7，切断回油通道，这时从压力表4上可直接读出所测点的压力值（为系统的实际工作压力）。

第2步：

测流量和温度——慢慢松开溢流阀7手柄，再关闭球阀1。

重新调整溢流阀7，使压力表4读数为所测压力值，此时流量计5读数即为所测点的实际流量值。

同时温度计6上可显示出油液温度值。

第3步：

测转速（速度）——不论泵、马达或缸其转速或速度仅取决于两个因素，即流量和它本身的几何尺寸（排量或面积），所以只要测出马达或缸的输出流量（对泵为输入流量），除以其排量或面积即得到转速或速度值。

参数测量法实例

此系统在调试中出现以下现象：

泵能工作，但供给合模缸和注射缸的高压泵压力上不去（压力调至8.0Mpa左右，再无法调高），泵有轻微的异常机械噪声，水冷系统工作，油温、油位均正常，有回油。

从回路分析故障有以下可能原因：

（1）溢流阀故障。

可能原因：

调整不正确，弹簧屈服，阻尼孔堵塞，滑阀卡住。

（2）电液换向阀或电液比例阀故障。

可能原因：

复位弹簧折断，控制压力不够，滑阀卡住，比例阀控制部分故障。

（3）液压泵故障。

可能原因：

泵转速过低，叶片泵定子异常磨损，密封件损坏，泵吸入口进入大量空气，过滤器严重堵塞。

故障诊断方法：

（1）应用传统的逻辑分析逐步逼近法。

需对以上所有可能原因逐一进行分析判断和检验，最终找出故障原因和引起故障的具体元件。

此法诊断过程繁琐，须进行大量的装拆、验证工作，效率低，工期长，并且只能是定性分析，诊断不够准确。

（2）应用基于参数测量的故障诊断系统。

只需在系统配管时，在泵的出口a、换向阀前b及缸的入口c三点设置双球阀三通，则利用故障诊断检测回路，在几秒钟内即可将系统故障限制在某区域内并根据所测参数值诊断出故障所在。

检测过程如下：

（a）将故障诊断回路与检测口a接通，打开球阀2并旋松溢流阀7，再关死球阀1，这时调节溢流阀7即可从压力表4上观察泵的工作压力变化情况，看其是否能超过8.0Mpa并上升至所需高压值。

若不能则说明是泵本身故障，若能说明不是泵故障，则应继续检测。

（b）若泵无故障，则利用故障诊断回路检测b点压力变化情况。

若b点工作压力能超过8.0Mpa并上升至所需高压值，则说明系统主溢流阀工作正常，需继续检测。

若溢流阀无故障，则通过检测c点压力变化情况即可判断出是否换向阀或比例阀故障。

通过检测最终故障原因是叶片泵内漏严重所引起。

拆卸泵后方知，叶片泵定子由于滑润不良造成异常磨损，引起内漏增大，使系统压力提不高，进一步发现是由于水冷系统的水漏入油中造成油乳化而失去润滑作用引起的。

结论

参数测量法是一种实用、新型的液压系统故障诊断方法，它与逻辑分析法相结合，大大提高了故障诊断的快速性和准确性。

首先这种测量是定量的，这就避免了个人诊断的盲目性和经验性，诊断结果符合实际。

其次故障诊断速度快，经过几秒到几十秒即可测得系统的准确参数，再经维修人员简单的分析判断即得到诊断结果。

再者此法较传统故障诊断法降低系统装拆工作量一半以上。

此故障诊断检测回路具有以下功能：

（1）能直接测量并直观显示液流流量、压力和温度，并能间接测量泵、马达转速。

（2）可以利用溢流阀对系统中被测部分进行模拟加载，调压方便、准确；为保证所测流量准确性，可从温度表直接观察测试温差（应小于±3℃）。

（3）适应于任何液压系统，且某些系统参数可实现不停车检测。

（4）结构轻便简单，工作可靠，成本低廉，操作简便。

这种检测回路将加载装置和简单的检测仪器结合在一起，可做成便携式检测仪，测量快速、方便、准确，适于在现场推广使用。

它为检测、预报和故障诊断自动化打下基础。

六、系统的维护

一个系统在正式投入之前一般都要经过冲洗，冲洗的目的就是要清除残留在系统内的污染物、金属屑、纤维化合物、铁心等，在最初两小时工作中，即使没有完全损坏系统，也会引起一系列故障。

所以应该按下列步骤来清洗系统油路：

1）用一种易干的清洁溶剂清洗油箱，再用经过过滤的空气清除溶剂残渣。

2）清洗系统全部管路，某些情况下需要把管路和接头进行浸渍。

3）在管路中装油滤，以保护阀的供油管路和压力管路。

4）在集流器上装一块冲洗板以代替精密阀，如电液伺服阀等。

5）检查所有管路尺寸是否合适，连接是否正确。

要是系统中使用到电液伺服阀，我不妨多说两句，伺服阀得冲洗板要使油液能从供油管路流向集流器，并直接返回油箱，这样可以让油液反复流通，以冲洗系统，让油滤滤掉固体颗粒，冲洗过程中，没隔1～2小时要检查一下油滤，以防油滤被污染物堵塞，此时旁路不要打开，若是发现油滤开始堵塞就马上换油滤。

冲洗的周期由系统的构造和系统污染程度来决定，若过滤介质的试样没有或是很少外来污染物，则装上新的油滤，卸下冲洗板，装上阀工作！

有计划的维护：

建立系统定期维护制度，对液压系统较好的维护保养建议如下：

1）至多500小时或是三个月就要检查和更换油液。

2）定期冲洗油泵的进口油滤。

3）检查液压油被酸化或其他污染物污染情况，液压油的气味可以大致鉴别是否变质。

4）修护好系统中的泄漏。

5）确保没有外来颗粒从油箱的通气盖、油滤的塞座、回油管路的密封垫圈以及油箱其他开口处进入油箱。

七、液压系统泄漏的危害及控制

　　一、液压系统泄漏的原因

（1）设计及制造的缺陷所造成的；

（2）冲击和振动造成管接头松动；

（3）动密封件及配合件相互磨损（液压缸尤甚）；

（4）油温过高及橡胶密封与液压油不相容而变质。

下面就结合以上几个方面浅谈一下控制泄漏的措施。

　　二、控制液压系统泄漏的控制方案

　　方案一：

设计及制造缺陷的解决方法

l、液压元件外配套的选择往往在液压系统的泄漏中起着决定性的影响。

这就决定我们技术人员在新产品设计、老产品的改进中，对缸、泵、阀件，密封件，液压辅件等的选择，要本着好中选优，优中选廉的原则慎重的、有比较的进行。

2、合理设计安装面和密封面：

当阀组或管路固定在安装面上时，为了得到满意的初始密封和防止密封件被挤出沟槽和被磨损，安装面要平直，密封面要求精加工，表面粗糙度要达到0．8μm，平面度要达到0．01/100mm。

表面不能有径向划痕，连接螺钉的预紧力要足够大，以防止表面分离。

3、在制造及运输过程中，要防止关键表面磕碰，划伤。

同时对装配调试过程要严格的进行监控，保证装配质量。

4、对一些液压系统的泄露隐患不要掉已轻心，必须加以排除。

方案二：

减少冲击和振动：

为了减少承受冲击和振动的管接头松动引起的液压系统的泄漏，可以采取以下措施：

1使用减震支架固定所有管子以便吸收冲击和振动；

2使用低冲击阀或蓄能器来减少冲击；

3适当布置压力控制阀来保护系统的所有元件；

4尽量减少管接头的使用数量，管接头尽量用焊接连接；

5使用直螺纹接头，三通接头和弯头代替锥管螺纹接头；

6尽量用回油块代替各个配管；

7针对使用的最高压力，规定安装时使用螺栓的扭矩和堵头扭矩，防止结合面和密封件被蚕食；

⑧正确安装管接头。

方案三：

减少动密封件的磨损：

大多数动密封件都经过精确设计，如果动密封件加工合格，安装正确，使用合理，均可保证长时间相对无泄漏工作。

从设计角度来讲，设计者可以采用以下措施来延长动密封件的寿命：

1、消除活塞杆和驱动轴密封件上的侧载荷；

2、用防尘圈、防护罩和橡胶套保护活塞杆，防止磨料、粉尘等杂质进入；

3、设计选取合适的过滤装置和便于清洗的油箱以防止粉尘在油液中累积；

4、使活塞杆和轴的速度尽可能低。

方案四：

对静密封件的要求

静密封件在刚性固定表面之间防止油液外泄。

合理设计密封槽尺寸及公差，使安装后的密封件到一定挤压产生变形以便填塞配合表面的微观凹陷，并把密封件内应力提高到高于被密封的压力。

当零件刚度或螺栓预紧力不够大时，配合表面将在油液压力作用下分离，造成间隙或加大由于密封表面不够平而可能从开始就存在的间隙。

随着配合表面的运动，静密封就成了动密封。

粗糙的配合表面将磨损密封件，变动的间隙将蚕食密封件边缘。

方案五：

控制油温防止密封件变质

密封件过早变质可能是由多种因素引起的，一个重要因素是油温过高。

温度每升高10℃则密封件寿命就会减半，所以应合理设计高效液压系统或设置强制冷却装置，使最佳油液温度保持在65℃以下；工程机械不许超过80℃；另一个因素可能是使用的油液与密封材料的相容性问题，应按使用说明书或有关手册选用液压油和密封件的型式和材质，以解决相容性问题，延长密封件的使用寿命。