液压系统故障诊断探讨.docx

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液压系统故障诊断探讨

第十一章液压系统故障诊断

第一节概述

液压系统的故障诊断是指在不拆卸液压设备的情况下，凭观察和仪表测试判断液压设备的故障所在和原因。

液压设备的故障是指液压设备的各项技术指标偏离了它的正常状态，如管路和某些元件损坏、漏油、发热、致使设备的工作能力丧失，功率下降，产生振动和噪声增大等。

在使用液压设备时，液压系统可能出现的故障是多种多样的。

即使是同一个故障现象，产生故障的原因也不一样，它是许多因素综合影响的结果。

特别是新装置的液压设备，在试车时产生的故障现象，其原因更是多方面的。

液压系统是一个密闭的系统，各元件的工作状态是看不见，摸不着的。

因此，在进行故障诊断时，必须对引起故障的因素逐一分析，注意到其内在联系，找出主要矛盾，这样才能比较容易地排除故障。

液压系统的故障主要是由构成回路的液压元件本身产生的动作不良、系统回路的相互干涉使某元件单体异常动作而产生的。

图11-1所示为液压元件的故障发生率情况，其中油泵的故障率为最大，所以要引起足够重视。

a）液压系统故障b）液压油故障

图11-1液压元件故障发生率图11-2液压系统故障发生率

液压系统还由于液压油的选用不当和管理不善而造成的故障也非常多。

在液压系统的故障中至少有75％是由液压油的污染造成的，而液压油的故障中约有90％是杂质造成的，图11-2所示为液压系统的故障发生率情况。

所以合理地选择、使用、维护、保管液压油是关系到液压设备工作的可靠性、耐久性和工作性能好坏的重要问题，也是减少液压设备出现故障的有力措施。

当然，液压系统的故障除由元件本身和工作油液的污染引起的以外，还因安装、调试和设计不当等原因引起的也较多。

液压系统的故障诊断，过去一般凭经验，随着液压测试技术的发展，国内外正研制和应用专用的测试仪和设备。

如手提式测试器、液压故障诊断器和液压故障检修车等。

应用这些专用仪器和设备能在现场很快查出液压元件及系统的故障，并进行排除。

近年来，在液压系统故障诊断与状态监测技术方面取得了较大进展。

如利用振动信号、油液光谱分析、油液铁谱分析、超声波泄漏指示器、红外线测试仪等来进行检测的技术，利用微机进行分析处理信号和预报故障的技术等的应用已有不少报道。

而在港口工程机械液压系统中，普遍使用这些技术来进行故障诊断及状态监测，则还需经过有关各方面的努力才可能逐步实现。

第二节液压系统的故障预兆

液压系统产生故障以前，通常都有预兆。

如压力失调、噪声过大、振动过大、温升过高，泄漏过大等等。

如果这些现象能及时发现，并加以适当控制或排除，系统的故障就可以减少或避免发生。

一、液压系统的工作压力失调

压力失调常表现为压力不稳定、压力调不上去或调不下来、压力转换滞后、卸荷压力较高等。

产生压力失调的原因主要有以下几个方面：

1．液压泵引起的压力失调

1）液压泵的轴向、径向间隙由于磨损而增大；

2）泵的“困油”未得到圆满解决；

3）泵内零件加工及装配精度较差；

4）泵内个别零件损坏等。

2.液压控制阀引起的压力失调

1）在压力控制阀中：

①先导阀的锥阀与阀座配合不良；

②调压弹簧太软或损坏；

③主阀芯的阻尼孔被堵塞，滑阀失去控制作用；

④主阀芯被污物卡住在开口位置或闭口位置；

⑤溢流阀作远程控制用时，其远程连接通道过小或泄漏；

⑥溢流阀作卸荷阀用时，其控制卸荷的换向阀失灵等。

2）在方向控制阀中：

①油路切换过快而产生液压冲击；

②电磁换向阀换向推杆过长或过短等。

3．辅助元件引起的压力失调

1）油滤器堵塞；

2）液流通道过小，回油不畅；

3）油液粘度太稠或太稀等。

4．其他

1）机械部分未调整好，摩擦阻力过大；

2）空气进入系统；

3）油液污染；

4）电机功率不足或转速过低；

5）压力指示装置有故障等。

二、振动与噪声

振动与噪声是同一物理现象的两个方面。

当液压系统产生振动，除本身具有一定的振幅和频率外，同时还伴随着噪声。

它不仅使液压系统引起故障，也有害于人类身体健康。

所以，在液压传动中通常把噪声级限制在80dB以下。

液压系统产生噪声的原因主要有以下几个方面：

1．机械系统振动引起的噪声

1）皮带轮、联轴器、齿轮、回转体的不平衡和滚动轴承的滚动体发生振动；

2）液压泵轴与电机轴不同心或联轴器松动；

3）管道支承不良等。

2．液压泵和液压马达质量不好引起的噪声

1）零件加工及装配精度不高；

2）泵的“困油”未得到圆满解决，流量和压力脉动较大；

3）轴承质量不好等。

3．系统密封不严引起的噪声

1）系统进入空气是液压系统产生噪声的主要原因。

4．液压控制阀失灵引起的噪声。

1）溢流阀的调压弹簧疲劳或端面与轴心线垂直度不良；

2）阀芯上的小孔堵塞；

3）阀芯在阀体内移动不灵活；

4）阀体内流动液体对阀壁的冲击；

5）流动液体的涡流或流体剪切等。

三、气穴及气蚀

气穴及气蚀现象是使液压元件和液压系统产生各种故障的原因之一，特别是在高压和高速流动的液压系统中尤为显著。

现在，在液压元件及系统设计中已充分注意到了这一问题。

对运行维护管理人员来说，最主要的是如何有效地防止空气进入液压系统，为此应特别注意以下几个方面：

1.保持液压泵各结合面的连接及泵吸油管接头连接的紧密性；

2．注意油箱内的油位不能过低，回油管不能露出液面；

3．泵吸油管端的油滤器，既不能接近油面，也不应紧贴油箱底面；

4．定期清洗吸油油滤器，防止污物堵塞油滤器而造成泵吸油不足。

四、液压系统温升过高

液压系统的工作温度一般以30～55℃为宜。

超过这个温度就会给系统带来不利的影响，从而使液压系统产生故障。

油温过高的具体影响是：

油液粘度下降，泄漏增加，泵的容积效率和系统效率显著下降；使膨胀系数不同的运动副之间的间隙发生变化，或造成运动件动作不灵甚至卡死，或造成泄漏增大使工作性能降低；使油液氧化加剧，使用寿命降低；使橡胶密封件加速老化、失效。

造成液压系统油温过高的原因主要有以下几个方面：

1．由机械摩擦损失引起的油温过高

1）液压元件的零件加工及装配质量差；

2）相对运动件之间的润滑条件差；

3）密封件质量不好以及调整过紧等。

2.压力损失引起的油温过高

1）系统各类阀规格选用过小、管道通径小而多弯曲、无卸荷回路及节流调速方式选择不当等；

2）液压系统工作压力调整不当；

3）工作油液质量太差或粘度太大等。

3．容积损失引起的油温过高

1）选用的液压泵额定流量太大，工作时有大部分压力油从溢流阀流回油箱；

2）相对运动件间配合间隙太大，内、外泄漏量大；

3）密封件损坏或各结合面接触不良造成泄漏；

4）油箱容积太小，散热条件差，冷却器有故障等。

五、液压系统泄漏

泄漏既是液压系统的故障预兆，又是液压系统的一种故障，它包括外漏和内漏。

目前，漏油仍是我国液压设备存在的共性问题，这个问题的解决直接关系到液压技术的发展和普及。

因此，必须采取措施减少泄漏。

造成液压系统泄漏的原因主要有以下几个方面：

1.结合面处加工不良引起的泄漏。

1）密封槽过深或过浅；

2）平面密封的固定螺孔深度不合适，平面密封部分的定位误差太大；

3）组合密封垫和座孔不同心有偏斜；

4）密封面太粗糙等。

2．安装不良引起的泄漏。

1）在管接头的安装上，如管接头的紧固螺母和接头螺纹配合不当；

2）安装管接头时不易对中，有别颈现象；

3）紧固管接头时，采用密封带及密封剂的用量不合适；

4）焊接管接头时，因焊后使连接件歪斜等都会引起泄漏。

5）又如安装V、Y形密封圈时压紧力过大；

6）安装油泵、油马达轴颈处和滑阀阀杆外端处的油封时，唇边被键划破或被弹簧推掉等都会引起泄漏。

3．维护及选用材质不当引起的泄漏。

1）密封圈表面有损伤；

2）密封圈材质较软，密封间隙较大，被挤入间隙咬伤；

3）油液污染后损坏液压元件及密封等。

从以上分析可知，液压系统的任一故障预兆或故障的产生，不是单一因素造成的，是一个十分复杂的问题。

它不仅与元件结构、加工和装配质量有关，而且与系统设计、安装和使用维护都有密切的关系。

因而要求人们在掌握液压设备故障诊断技术的基础上，做到对液压系统的故障预兆认真处理。

第三节液压系统故障诊断方法及实例

目前，液压系统大多还采用“坏了再修，及定期检修的维护管理方法。

坏了再修，必然影响生产，定期检修会造成较大浪费。

一些大型港口正在从定期检修向预知维修过渡，这对于提高生产率、节省维修费用及合理配置备件等都是十分有利的。

要实现预知维修，必须采用状态监测技术。

即用各种传感器、有关仪器仪表及计算机组成测试系统，通过有关参数的显示、对比随时了解系统的运行状态、系统及元件的技术状态，判别故障部位，实现自动报警及自动停机等。

但是，采用这种精密诊断及状态监测技术费用较高，一般的液压系统目前尚不宜采用。

目前适用于港口工程机械液压系统故障诊断的方法有“四觉”诊断法、液压系统图分析检测法、和用液压系统测试仪诊断法。

一、“四觉”诊断法

利用操作、维护人员的触觉、视觉、听觉和嗅觉来判断液压系统的故障，这是目前现场取得液压故障信息的简单方法。

触觉诊断是用手来摸液压泵等元件的外壳是否烫手，摸执行元件运动时及管路的振动情况。

视觉诊断是通过观察看各测点压力表、真空表、油温计的数值是否正常；看回转机构能否回转或回转是否缓慢无力、回转停止时是否有滑移现象；看行走机构能否行走或行走是否无力，是否向一侧跑偏；看执行油缸是否推力不足；看油箱油位是否正常，油液表面是否有泡沫、是否污染；看是否有外泄漏等。

听觉诊断是听液压泵和液压马达的噪声是否过大，溢流阀是否有尖叫声，换向时的冲击声是否过大；听是否有气蚀产生的异常声；听泵是否有内部零件损坏而引起的敲击声。

嗅觉诊断可判别油液变质及液压泵烧结等故障。

上述诊断方法还会由于每个人的感觉不同、判断能力的差异而得出不同的诊断结果，而且只是定性分析。

若要确定真正的故障原因，还得要拆下有关元件，上试验台进行测试。

二、液压系统图分析检测法

这种诊断法，必须明确液压设备的工况要求，了解液压元件的结构、工作原理和性能，熟悉液压系统工作原理等。

在此基础上，按顺序分析推理判断出故障的所在，现以75B装载机铲斗油缸不动作这一故障为例，说明此诊断法的具体应用。

图11-3所示为75B装载机液压系统原理图的一部分。

由液压系统原理图可见，执行元件由两个动臂油缸l和两个铲斗油缸2所组成。

分别由手动换向阀3、4控制。

每个液压缸设有安全阀（7、8、9、10）和单向阀（11、12、13、14）。

其工作压力由溢流阀6调定。

图11-375B装载机液压系统

根据分析，如果所有执行元件都不动作，则说明是全系统的故障，即液压泵和溢流阀有故障。

现因，仅仅是铲斗油缸2不动作，则可认为液压泵5和溢流阀6没有故障，从而可断定这是局部的故障。

该故障的查找方法和步骤是：

首先拆开进油管A（或B）并接上压力表F。

将手动换向阀4推向铲斗方向时，压力表F显示的压力值等于安全阀10（或9）的调定压力，但此时铲斗仍不动作，则说明故障产生在铲斗油缸内部。

如果压力表F显示的压力值低于调定压力或者很小，则说明故障产生在系统的前面。

此时，将安全阀10的回油管接头C拆开，观察接头C处是否有回油流出。

如果回油量比较大甚至伴有溢流开启的“吱吱”声，则说明该阀失灵或调整螺钉松动；如果没有回油，可将单向阀11的接头D拆开，观察此处是否有回油流出。

如果此处的回油量较大，则说明单向阀密封不严，铲斗油缸不动作的故障产生于此阀。

如果接头D处没有回油，则说明故障还起因于前面。

依次再将手动换向阀4的回油管接头E拆开，观察作该项动作时回油管E处是否有回油。

如果有大量回油，说明换向阀4已磨损严重，内部密封失灵或破坏。

由于泄漏量较大，使铲斗油缸的压力建立不起来从而停止动作。

如果接头E处仍没有回油流出，则说明故障出现在铲斗缸的内部。

假若原故障是全系统的（各部分均不能动作），则应进一步向前检查。

将主溢流阀6的回油接头拆开，观察操纵该动作时是否有回油溢出。

如果回油量较大，说明故障是溢流阀失灵或调定压力过低所造成的；如果不是溢流阀的故障，就可肯定是液压泵的故障，此时，就应进一步检测液压泵。

以上检查顺序和方法适用于各种液压系统。

思考题：

图11-4所示为Q2-8型汽车起重机外形简图。

图11-4Q2-8型汽车起重机外形简图

如果伸缩油缸不动作，请指出该故障的查找方法和步骤？

三、液压系统测试仪诊断法

液压系统测试仪是由一个或几个压力表，流量计，温度计和加载阀等组成的油路集成块，它有两个管接头，可与被测油路连接。

按其连接方式有直通式和旁通式两种。

直通式测试仪在油路中呈串联接入，可用于开式液压系统和闭式液压系统；旁通式测试仪在油路中呈并联接入，只可用于开式液压系统。

现对丰田FD2521型叉车使用液压系统测试仪测试系统故障的方法简介如下；

图11-4为该叉车的工作装置和转向装置的液压系统原理图。

用测试仪可以测定系统中各元件的内泄漏量，以此来判断液压元件的技术状态或故障。

图11-4FD2521型叉车液压系统

1-液压泵；2-流量分配阀；3-主控制阀；4-倾斜缸；5-起升缸；6-转向阀；7-转向助力缸

1.液压泵1的测试

若主泵旋转时无啸叫声，无零件损坏的敲击声，转速在额定范围内，则泵的主要故障是泄漏问题。

泵的测试如图11-5所示。

令泵排油管与其他元件断开并与测试仪进油口连接，测试仪另一接口经连接软管接至油箱。

然后将测试仪上的加载阀开至最大位置，使液压泵在空载下运行，达到额定转速，并使液压油达到工作温度，测出泵的供油压力、流量、温度和转速。

由此得到泵的空载流量。

一般将此流量近似作为泵的理论流量。

然后慢慢关闭加载阀进行加载，使泵出口压力逐渐上升至系统的额定工作压力，测得此时泵的流量，该流量与空载流量之比即为泵的容积效率，而两者之差即为泵的内泄漏量。

图11-5泵的测试回路灯

M-系统测试仪

一般认为：

若泵流量减少25％，则该泵技术状态已达故障状态；若减少达50％，则该泵必须更换，系统故障的根源就在泵上。

2.流量分配阀2及溢流阀A的测试

流量分配阀2及溢流阀A的测试如图11-6所示。

进行该项测试的目的就是确定溢流阀A的调定压力（该系统为6MPa）是否正确及送往转向回路的流量是否正确。

测试时，先施于加载阀，使油温达到工作油温，转速达到额定值。

然后慢慢关闭加载阀，当通过测试仪的流量为零时，检查测试仪上的压力表读数是否为6

，若是则说明溢流阀A调压正确，否则应重新调整。

因为溢流阀A的调压是否正确直接影响转向装置的可靠工作。

若令柴油机从怠速至额定转速范围内运转（可取几档速度），并将测试仪上的加载阀加载至压力表读数为6

，观察流量计读数是否稳定在设计规定值上，若基本稳定，则说明流量分配阀工作正常；若波动大，则说明该阀有故障。

图11-6流量分配阀2及溢流阀A的测试

M—系统测试仪

3．转向阀及转向缸的测试

转向阀及转向缸的测试如图11-7所示。

该项测试的目的是测出转向阀及转向油缸的内泄漏量。

图11-7转向阀及转向缸的测试

a、b、t、c-量杯

将转向阀操纵至图示位置，转向缸活塞可右行至极限位置，令泵在额定转速下运转，油温在工作温度下，用量杯测得转向阀及转向缸在a、b、c三处的内泄漏量（一分钟时间）。

再将转向阀操纵至左位，可测出转向阀另一位置、转向缸另一侧的泄漏量。

对两组测试数据进行分析、比较，就可判断转向阀及转向缸的内泄漏情况。

显然，若内泄漏量过大，转向回路就是使液压系统产生故障的根源。

4.主控制阀3的测试

主控制阀3的测试如图11-8所示。

将系统中转向回路断开。

将至起升缸的油路断开?

并将起升换向阀操纵至右位，接入系统测试仪。

图11-8转向阀及转向缸的测试

M-系统测试仪

首先测试主控制阀3内的溢流阀月的调整压力。

其步骤与转向回路中溢流阀A的测试相同，不过此处阀B的调整压力为12

。

其次测试控制阀。

先将测试仪的加载阀松开，使液压泵在空载下以额定转速运转，并使油温达到工作温度，测出压力、流量、温度和转速，得到泵的空载流量。

再令加载阀逐渐关小加载，当压力达到12

时记下泵的流量值。

空载流量与额定压力下流量的差值，就是泵和控制阀内泄漏量的总和。

将该泄漏量减去前面已测得的泵的泄漏量就得到阀的泄漏量。

若此泄漏量过大，就应该检修或更换该阀。

5．倾斜缸的测试

如图11-8所示，若将控制倾斜缸的换向阀操纵至右位，令倾斜回路在无杆腔适当位置d处断开、，并用量杯接测d处的油量（1分钟），此量即是倾斜缸的内泄漏量。

若将换向阀操纵至左位。

令有杆腔油路在适当位置c处断开，并用量杯接测c处的油量（1分钟），即可测得倾斜缸另一侧的内泄漏量。

显然，若内泄漏量过大，就应检修或更换。

该叉车起升缸为单作用柱塞式缸，因此不需测试。

综上所述，利用液压测试仪可测量系统中各主要元件的内泄漏量，也可检查与调定有压力阀的压力调整值，还可判定流量分配阀的工作性能，总之，可以判断系统中哪个元件发生了故障。