液壓系統(tǒng)故障診斷.doc

第十一章 液壓系統(tǒng)故障診斷 第一節(jié) 概 述 液壓系統(tǒng)的故障診斷是指在不拆卸液壓設(shè)備的情況下，憑觀察和儀表測(cè)試判斷液壓設(shè)備的故障所在和原因。液壓設(shè)備的故障是指液壓設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)偏離了它的正常狀態(tài)，如管路和某些元件損壞、漏油、發(fā)熱、致使設(shè)備的工作能力喪失，功率下降，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲增大等。 在使用液壓設(shè)備時(shí)，液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障是多種多樣的。即使是同一個(gè)故障現(xiàn)象，產(chǎn)生故障的原因也不一樣，它是許多因素綜合影響的結(jié)果。特別是新裝置的液壓設(shè)備，在試車時(shí)產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，其原因更是多方面的。液壓系統(tǒng)是一個(gè)密閉的系統(tǒng)，各元件的工作狀態(tài)是看不見，摸不著的。因此，在進(jìn)行故障診斷時(shí)，必須對(duì)引起故障的因素逐一分析，注意到其內(nèi)在聯(lián)系，找出主要矛盾，這樣才能比較容易地排除故障。液壓系統(tǒng)的故障主要是由構(gòu)成回路的液壓元件本身產(chǎn)生的動(dòng)作不良、系統(tǒng)回路的相互干涉使某元件單體異常動(dòng)作而產(chǎn)生的。圖11-1所示為液壓元件的故障發(fā)生率情況，其中油泵的故障率為最大，所以要引起足夠重視。 a）液壓系統(tǒng)故障 b）液壓油故障 圖 11-1 液壓元件故障發(fā)生率圖 11-2 液壓系統(tǒng)故障發(fā)生率 液壓系統(tǒng)還由于液壓油的選用不當(dāng)和管理不善而造成的故障也非常多。在液壓系統(tǒng)的故障中至少有75是由液壓油的污染造成的，而液壓油的故障中約有90是雜質(zhì)造成的，圖11-2所示為液壓系統(tǒng)的故障發(fā)生率情況。所以合理地選擇、使用、維護(hù)、保管液壓油是關(guān)系到液壓設(shè)備工作的可靠性、耐久性和工作性能好壞的重要問題，也是減少液壓設(shè)備出現(xiàn)故障的有力措施。 當(dāng)然，液壓系統(tǒng)的故障除由元件本身和工作油液的污染引起的以外，還因安裝、調(diào)試和設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)仍蛞鸬囊草^多。 液壓系統(tǒng)的故障診斷，過去一般憑經(jīng)驗(yàn)，隨著液壓測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外正研制和應(yīng)用專用的測(cè)試儀和設(shè)備。如手提式測(cè)試器、液壓故障診斷器和液壓故障檢修車等。應(yīng)用這些專用儀器和設(shè)備能在現(xiàn)場(chǎng)很快查出液壓元件及系統(tǒng)的故障，并進(jìn)行排除。近年來，在液壓系統(tǒng)故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)方面取得了較大進(jìn)展。如利用振動(dòng)信號(hào)、油液光譜分析、油液鐵譜分析、超聲波泄漏指示器、紅外線測(cè)試儀等來進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)，利用微機(jī)進(jìn)行分析處理信號(hào)和預(yù)報(bào)故障的技術(shù)等的應(yīng)用已有不少報(bào)道。而在港口工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中，普遍使用這些技術(shù)來進(jìn)行故障診斷及狀態(tài)監(jiān)測(cè)，則還需經(jīng)過有關(guān)各方面的努力才可能逐步實(shí)現(xiàn)。第二節(jié) 液壓系統(tǒng)的故障預(yù)兆液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障以前，通常都有預(yù)兆。如壓力失調(diào)、噪聲過大、振動(dòng)過大、溫升過高，泄漏過大等等。如果這些現(xiàn)象能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并加以適當(dāng)控制或排除，系統(tǒng)的故障就可以減少或避免發(fā)生。一、液壓系統(tǒng)的工作壓力失調(diào)壓力失調(diào)常表現(xiàn)為壓力不穩(wěn)定、壓力調(diào)不上去或調(diào)不下來、壓力轉(zhuǎn)換滯后、卸荷壓力較高等。產(chǎn)生壓力失調(diào)的原因主要有以下幾個(gè)方面：1液壓泵引起的壓力失調(diào)1）液壓泵的軸向、徑向間隙由于磨損而增大；2）泵的“困油”未得到圓滿解決；3）泵內(nèi)零件加工及裝配精度較差；4）泵內(nèi)個(gè)別零件損壞等。2. 液壓控制閥引起的壓力失調(diào)1）在壓力控制閥中：先導(dǎo)閥的錐閥與閥座配合不良；調(diào)壓彈簧太軟或損壞；主閥芯的阻尼孔被堵塞，滑閥失去控制作用；主閥芯被污物卡住在開口位置或閉口位置；溢流閥作遠(yuǎn)程控制用時(shí)，其遠(yuǎn)程連接通道過小或泄漏；溢流閥作卸荷閥用時(shí)，其控制卸荷的換向閥失靈等。2）在方向控制閥中：油路切換過快而產(chǎn)生液壓沖擊；電磁換向閥換向推桿過長(zhǎng)或過短等。3輔助元件引起的壓力失調(diào)1）油濾器堵塞；2）液流通道過小，回油不暢；3）油液粘度太稠或太稀等。4其他1）機(jī)械部分未調(diào)整好，摩擦阻力過大；2）空氣進(jìn)入系統(tǒng)；3）油液污染；4）電機(jī)功率不足或轉(zhuǎn)速過低；5）壓力指示裝置有故障等。二、振動(dòng)與噪聲 振動(dòng)與噪聲是同一物理現(xiàn)象的兩個(gè)方面。當(dāng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，除本身具有一定的振幅和頻率外，同時(shí)還伴隨著噪聲。它不僅使液壓系統(tǒng)引起故障，也有害于人類身體健康。所以，在液壓傳動(dòng)中通常把噪聲級(jí)限制在80dB以下。液壓系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲的原因主要有以下幾個(gè)方面：1機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)引起的噪聲1）皮帶輪、聯(lián)軸器、齒輪、回轉(zhuǎn)體的不平衡和滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體發(fā)生振動(dòng)；2）液壓泵軸與電機(jī)軸不同心或聯(lián)軸器松動(dòng)；3）管道支承不良等。2液壓泵和液壓馬達(dá)質(zhì)量不好引起的噪聲1）零件加工及裝配精度不高；2）泵的“困油”未得到圓滿解決，流量和壓力脈動(dòng)較大；3）軸承質(zhì)量不好等。3系統(tǒng)密封不嚴(yán)引起的噪聲1）系統(tǒng)進(jìn)入空氣是液壓系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲的主要原因。4液壓控制閥失靈引起的噪聲。1）溢流閥的調(diào)壓彈簧疲勞或端面與軸心線垂直度不良；2）閥芯上的小孔堵塞；3）閥芯在閥體內(nèi)移動(dòng)不靈活；4）閥體內(nèi)流動(dòng)液體對(duì)閥壁的沖擊；5）流動(dòng)液體的渦流或流體剪切等。三、氣穴及氣蝕 氣穴及氣蝕現(xiàn)象是使液壓元件和液壓系統(tǒng)產(chǎn)生各種故障的原因之一，特別是在高壓和高速流動(dòng)的液壓系統(tǒng)中尤為顯著?，F(xiàn)在，在液壓元件及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已充分注意到了這一問題。對(duì)運(yùn)行維護(hù)管理人員來說，最主要的是如何有效地防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)，為此應(yīng)特別注意以下幾個(gè)方面： 1. 保持液壓泵各結(jié)合面的連接及泵吸油管接頭連接的緊密性； 2注意油箱內(nèi)的油位不能過低，回油管不能露出液面； 3泵吸油管端的油濾器，既不能接近油面，也不應(yīng)緊貼油箱底面；4定期清洗吸油油濾器，防止污物堵塞油濾器而造成泵吸油不足。四、液壓系統(tǒng)溫升過高 液壓系統(tǒng)的工作溫度一般以3055為宜。超過這個(gè)溫度就會(huì)給系統(tǒng)帶來不利的影響，從而使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障。油溫過高的具體影響是：油液粘度下降，泄漏增加，泵的容積效率和系統(tǒng)效率顯著下降；使膨脹系數(shù)不同的運(yùn)動(dòng)副之間的間隙發(fā)生變化，或造成運(yùn)動(dòng)件動(dòng)作不靈甚至卡死，或造成泄漏增大使工作性能降低；使油液氧化加劇，使用壽命降低；使橡膠密封件加速老化、失效。造成液壓系統(tǒng)油溫過高的原因主要有以下幾個(gè)方面： 1由機(jī)械摩擦損失引起的油溫過高1）液壓元件的零件加工及裝配質(zhì)量差；2）相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間的潤(rùn)滑條件差；3）密封件質(zhì)量不好以及調(diào)整過緊等。2. 壓力損失引起的油溫過高1）系統(tǒng)各類閥規(guī)格選用過小、管道通徑小而多彎曲、無卸荷回路及節(jié)流調(diào)速方式選擇不當(dāng)?shù)龋?）液壓系統(tǒng)工作壓力調(diào)整不當(dāng)；3）工作油液質(zhì)量太差或粘度太大等。3容積損失引起的油溫過高1）選用的液壓泵額定流量太大，工作時(shí)有大部分壓力油從溢流閥流回油箱；2）相對(duì)運(yùn)動(dòng)件間配合間隙太大，內(nèi)、外泄漏量大；3）密封件損壞或各結(jié)合面接觸不良造成泄漏；4）油箱容積太小，散熱條件差，冷卻器有故障等。五、液壓系統(tǒng)泄漏 泄漏既是液壓系統(tǒng)的故障預(yù)兆，又是液壓系統(tǒng)的一種故障，它包括外漏和內(nèi)漏。目前，漏油仍是我國(guó)液壓設(shè)備存在的共性問題，這個(gè)問題的解決直接關(guān)系到液壓技術(shù)的發(fā)展和普及。因此，必須采取措施減少泄漏。造成液壓系統(tǒng)泄漏的原因主要有以下幾個(gè)方面：1. 結(jié)合面處加工不良引起的泄漏。1）密封槽過深或過淺；2）平面密封的固定螺孔深度不合適，平面密封部分的定位誤差太大；3）組合密封墊和座孔不同心有偏斜；4）密封面太粗糙等。2安裝不良引起的泄漏。1）在管接頭的安裝上，如管接頭的緊固螺母和接頭螺紋配合不當(dāng)；2）安裝管接頭時(shí)不易對(duì)中，有別頸現(xiàn)象；3）緊固管接頭時(shí)，采用密封帶及密封劑的用量不合適；4）焊接管接頭時(shí)，因焊后使連接件歪斜等都會(huì)引起泄漏。5）又如安裝V、Y形密封圈時(shí)壓緊力過大；6）安裝油泵、油馬達(dá)軸頸處和滑閥閥桿外端處的油封時(shí)，唇邊被鍵劃破或被彈簧推掉等都會(huì)引起泄漏。3維護(hù)及選用材質(zhì)不當(dāng)引起的泄漏。1）密封圈表面有損傷；2）密封圈材質(zhì)較軟，密封間隙較大，被擠入間隙咬傷；3）油液污染后損壞液壓元件及密封等。從以上分析可知，液壓系統(tǒng)的任一故障預(yù)兆或故障的產(chǎn)生，不是單一因素造成的，是一個(gè)十分復(fù)雜的問題。它不僅與元件結(jié)構(gòu)、加工和裝配質(zhì)量有關(guān)，而且與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)都有密切的關(guān)系。因而要求人們?cè)谡莆找簤涸O(shè)備故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ)上，做到對(duì)液壓系統(tǒng)的故障預(yù)兆認(rèn)真處理。第三節(jié) 液壓系統(tǒng)故障診斷方法及實(shí)例 目前，液壓系統(tǒng)大多還采用“壞了再修，及定期檢修的維護(hù)管理方法。壞了再修，必然影響生產(chǎn)，定期檢修會(huì)造成較大浪費(fèi)。一些大型港口正在從定期檢修向預(yù)知維修過渡，這對(duì)于提高生產(chǎn)率、節(jié)省維修費(fèi)用及合理配置備件等都是十分有利的。 要實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修，必須采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。即用各種傳感器、有關(guān)儀器儀表及計(jì)算機(jī)組成測(cè)試系統(tǒng)，通過有關(guān)參數(shù)的顯示、對(duì)比隨時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)及元件的技術(shù)狀態(tài)，判別故障部位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)等。但是，采用這種精密診斷及狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)費(fèi)用較高，一般的液壓系統(tǒng)目前尚不宜采用。目前適用于港口工程機(jī)械液壓系統(tǒng)故障診斷的方法有“四覺”診斷法、液壓系統(tǒng)圖分析檢測(cè)法、和用液壓系統(tǒng)測(cè)試儀診斷法。一、“四覺”診斷法 利用操作、維護(hù)人員的觸覺、視覺、聽覺和嗅覺來判斷液壓系統(tǒng)的故障，這是目前現(xiàn)場(chǎng)取得液壓故障信息的簡(jiǎn)單方法。觸覺診斷是用手來摸液壓泵等元件的外殼是否燙手，摸執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)時(shí)及管路的振動(dòng)情況。視覺診斷是通過觀察看各測(cè)點(diǎn)壓力表、真空表、油溫計(jì)的數(shù)值是否正常；看回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能否回轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)是否緩慢無力、回轉(zhuǎn)停止時(shí)是否有滑移現(xiàn)象；看行走機(jī)構(gòu)能否行走或行走是否無力，是否向一側(cè)跑偏；看執(zhí)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。 聽覺診斷是聽液壓泵和液壓馬達(dá)的噪聲是否過大，溢流閥是否有尖叫聲，換向時(shí)的沖擊聲是否過大；聽是否有氣蝕產(chǎn)生的異常聲；聽泵是否有內(nèi)部零件損壞而引起的敲擊聲。 嗅覺診斷可判別油液變質(zhì)及液壓泵燒結(jié)等故障。 上述診斷方法還會(huì)由于每個(gè)人的感覺不同、判斷能力的差異而得出不同的診斷結(jié)果，而且只是定性分析。若要確定真正的故障原因，還得要拆下有關(guān)元件，上試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。二、液壓系統(tǒng)圖分析檢測(cè)法這種診斷法，必須明確液壓設(shè)備的工況要求，了解液壓元件的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能，熟悉液壓系統(tǒng)工作原理等。在此基礎(chǔ)上，按順序分析推理判斷出故障的所在，現(xiàn)以75B裝載機(jī)鏟斗油缸不動(dòng)作這一故障為例，說明此診斷法的具體應(yīng)用。圖11-3所示為75B裝載機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖的一部分。由液壓系統(tǒng)原理圖可見，執(zhí)行元件由兩個(gè)動(dòng)臂油缸l和兩個(gè)鏟斗油缸2所組成。分別由手動(dòng)換向閥3、4控制。每個(gè)液壓缸設(shè)有安全閥(7、8、9、10)和單向閥(11、12、13、14)。其工作壓力由溢流閥6調(diào)定。圖11-3 75B裝載機(jī)液壓系統(tǒng) 根據(jù)分析，如果所有執(zhí)行元件都不動(dòng)作，則說明是全系統(tǒng)的故障，即液壓泵和溢流閥有故障?，F(xiàn)因，僅僅是鏟斗油缸2不動(dòng)作，則可認(rèn)為液壓泵5和溢流閥6沒有故障，從而可斷定這是局部的故障。該故障的查找方法和步驟是：首先拆開進(jìn)油管A(或B)并接上壓力表F。將手動(dòng)換向閥4推向鏟斗方向時(shí)，壓力表F顯示的壓力值等于安全閥10(或9)的調(diào)定壓力，但此時(shí)鏟斗仍不動(dòng)作，則說明故障產(chǎn)生在鏟斗油缸內(nèi)部。如果壓力表F顯示的壓力值低于調(diào)定壓力或者很小，則說明故障產(chǎn)生在系統(tǒng)的前面。此時(shí)，將安全閥10的回油管接頭C拆開，觀察接頭C處是否有回油流出。如果回油量比較大甚至伴有溢流開啟的“吱吱”聲，則說明該閥失靈或調(diào)整螺釘松動(dòng)；如果沒有回油，可將單向閥11的接頭D拆開，觀察此處是否有回油流出。如果此處的回油量較大，則說明單向閥密封不嚴(yán)，鏟斗油缸不動(dòng)作的故障產(chǎn)生于此閥。如果接頭D處沒有回油，則說明故障還起因于前面。依次再將手動(dòng)換向閥4的回油管接頭E拆開，觀察作該項(xiàng)動(dòng)作時(shí)回油管E處是否有回油。如果有大量回油，說明換向閥4已磨損嚴(yán)重，內(nèi)部密封失靈或破壞。由于泄漏量較大，使鏟斗油缸的壓力建立不起來從而停止動(dòng)作。如果接頭E處仍沒有回油流出，則說明故障出現(xiàn)在鏟斗缸的內(nèi)部。 假若原故障是全系統(tǒng)的(各部分均不能動(dòng)作)，則應(yīng)進(jìn)一步向前檢查。將主溢流閥6的回油接頭拆開，觀察操縱該動(dòng)作時(shí)是否有回油溢出。如果回油量較大，說明故障是溢流閥失靈或調(diào)定壓力過低所造成的；如果不是溢流閥的故障，就可肯定是液壓泵的故障，此時(shí)，就應(yīng)進(jìn)一步檢測(cè)液壓泵。以上檢查順序和方法適用于各種液壓系統(tǒng)。思考題：圖11-4所示為Q2-8型汽車起重機(jī)外形簡(jiǎn)圖。圖11-4 Q2-8型汽車起重機(jī)外形簡(jiǎn)圖如果伸縮油缸不動(dòng)作，請(qǐng)指出該故障的查找方法和步驟？14三、液壓系統(tǒng)測(cè)試儀診斷法液壓系統(tǒng)測(cè)試儀是由一個(gè)或幾個(gè)壓力表，流量計(jì)，溫度計(jì)和加載閥等組成的油路集成塊，它有兩個(gè)管接頭，可與被測(cè)油路連接。按其連接方式有直通式和旁通式兩種。直通式測(cè)試儀在油路中呈串聯(lián)接入，可用于開式液壓系統(tǒng)和閉式液壓系統(tǒng)；旁通式測(cè)試儀在油路中呈并聯(lián)接入，只可用于開式液壓系統(tǒng)。 現(xiàn)對(duì)豐田FD2521型叉車使用液壓系統(tǒng)測(cè)試儀測(cè)試系統(tǒng)故障的方法簡(jiǎn)介如下；圖11-4為該叉車的工作裝置和轉(zhuǎn)向裝置的液壓系統(tǒng)原理圖。用測(cè)試儀可以測(cè)定系統(tǒng)中各元件的內(nèi)泄漏量，以此來判斷液壓元件的技術(shù)狀態(tài)或故障。圖11-4 FD2521型叉車液壓系統(tǒng)1-液壓泵；2-流量分配閥；3-主控制閥；4-傾斜缸；5-起升缸；6-轉(zhuǎn)向閥；7-轉(zhuǎn)向助力缸 1. 液壓泵1的測(cè)試若主泵旋轉(zhuǎn)時(shí)無嘯叫聲，無零件損壞的敲擊聲，轉(zhuǎn)速在額定范圍內(nèi)，則泵的主要故障是泄漏問題。泵的測(cè)試如圖11-5所示。令泵排油管與其他元件斷開并與測(cè)試儀進(jìn)油口連接，測(cè)試儀另一接口經(jīng)連接軟管接至油箱。然后將測(cè)試儀上的加載閥開至最大位置，使液壓泵在空載下運(yùn)行，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，并使液壓油達(dá)到工作溫度，測(cè)出泵的供油壓力、流量、溫度和轉(zhuǎn)速。由此得到泵的空載流量。一般將此流量近似作為泵的理論流量。然后慢慢關(guān)閉加載閥進(jìn)行加載，使泵出口壓力逐漸上升至系統(tǒng)的額定工作壓力，測(cè)得此時(shí)泵的流量，該流量與空載流量之比即為泵的容積效率，而兩者之差即為泵的內(nèi)泄漏量。圖11-5 泵的測(cè)試回路燈M-系統(tǒng)測(cè)試儀一般認(rèn)為：若泵流量減少25，則該泵技術(shù)狀態(tài)已達(dá)故障狀態(tài)；若減少達(dá)50，則該泵必須更換，系統(tǒng)故障的根源就在泵上。2. 流量分配閥2及溢流閥A的測(cè)試流量分配閥2及溢流閥A的測(cè)試如圖11-6所示。進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試的目的就是確定溢流閥A的調(diào)定壓力(該系統(tǒng)為6MPa)是否正確及送往轉(zhuǎn)向回路的流量是否正確。測(cè)試時(shí)，先施于加載閥，使油溫達(dá)到工作油溫，轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值。然后慢慢關(guān)閉加載閥，當(dāng)通過測(cè)試儀的流量為零時(shí)，檢查測(cè)試儀上的壓力表讀數(shù)是否為6，若是則說明溢流閥A調(diào)壓正確，否則應(yīng)重新調(diào)整。因?yàn)橐缌鏖yA的調(diào)壓是否正確直接影響轉(zhuǎn)向裝置的可靠工作。若令柴油機(jī)從怠速至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)(可取幾檔速度)，并將測(cè)試儀上的加載閥加載至壓力表讀數(shù)為6，觀察流量計(jì)讀數(shù)是否穩(wěn)定在設(shè)計(jì)規(guī)定值上，若基本穩(wěn)定，則說明流量分配閥工作正常；若波動(dòng)大，則說明該閥有故障。圖11-6 流量分配閥2及溢流閥A的測(cè)試 M系統(tǒng)測(cè)試儀3轉(zhuǎn)向閥及轉(zhuǎn)向缸的測(cè)試轉(zhuǎn)向閥及轉(zhuǎn)向缸的測(cè)試如圖11-7所示。該項(xiàng)測(cè)試的目的是測(cè)出轉(zhuǎn)向閥及轉(zhuǎn)向油缸的內(nèi)泄漏量。圖11-7 轉(zhuǎn)向閥及轉(zhuǎn)向缸的測(cè)試a、b、t、c-量杯將轉(zhuǎn)向閥操縱至圖示位置，轉(zhuǎn)向缸活塞可右行至極限位置，令泵在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，油溫在工作溫度下，用量杯測(cè)得轉(zhuǎn)向閥及轉(zhuǎn)向缸在a、b、c三處的內(nèi)泄漏量(一分鐘時(shí)間)。再將轉(zhuǎn)向閥操縱至左