这个领域,专业服务将从爱力领富股份开始

Aili group stock,will be the leader of professional service in this field

液压故障分析
来源: | 作者:爱力集团 | 发布时间: 2017-08-07 | 5149 次浏览 | 分享到:

www.6662016.com www.vedasereem.com 绪论   液压系统故障概述

 

随着社会的发展,液压系统逐渐被越来越多的领域所应用,一台良好的液压传动设备,为了正常的运转工作,它的液压系统必须具备很多性能要求。这些要求包括:液压动力系统的功率匹配,液压缸的行程、推力、运动速度及其调节范围,液压马达的转向、扭矩、转速及其调节范围等技术要求;以及设备运转平稳性、精度等等。如果液压系统在实际工作中出现了某些不正常的情况,而不能满足这些的要求,影响到液压系统的正常工作,这样就证明液压系统出现了故障。

液压系统出现故障的原因有内在的和外在两个方面。属于内在的原因有设计时技术参数选择不当,系统结构不合理、所用的元件结构性能质量不符合要求、安装不规范、零部件加工不符合要求等等。属于外在的原因有:设备运输、安装中引起的损坏、使用环境恶劣、调试操作维护不当,以及所采用元件的性能和质量不好等方面的原因。

众所周知液压系统出现的故障不像机械传动、电气传动那样可能比较单一,液压系统的故障的多样性和复杂性,不仅液压元器件会产生问题,而且会与机械、电气部分交织在一起。液压系统是依靠在密闭容积内具有一定压力能的油液来进行工作的,所以说液压系统的故障不像机械传动系统故障那样直观。液压系统同一故障引起的原因有多个,即使是同一原因也会引起不同的故障。液压故障是难于分析判断易于处理。

液压系统经常出现的故障有以下几种:

A、压力故障。常见的有压力达不到要气、压力不稳定、压力转换滞后、压力调节失灵、压力冲击、压力损失大、卸荷回路不工作等。

B、动作故障。常见的有:起动不正常、不能动作、动作慢、方向错误、调节失控、换向精度差、出现死点、爬行、动作顺序错乱等。

C、油液污染。有许多故障都是由于油液的污染引起的,液压系统中油液的清洁度是非常重要。

D、泄漏。泄漏是由于液压元件里的密封件损坏导致的。

E、油液温度升高。

F、噪声与振动。

G、系统进入空气等。

液压系统故障诊断是一个技术性非常强的工作,要想迅速、准确地判断出液压系统的故障,首先要有一定的理论基??;第二要掌握判断故障的科学方法;三要不断的加强实践;四是要善于分析、归纳、总结、提炼和升华实践经验,从而加深对理论的理解。

下面将详细介绍一些液压常见故障的分析方法,及其相关理论知识。

因为水平有限,而且编写时间仓促,书中纰漏之处在所难免,诚请读者提出批评意见。

   

第一章    液压污染----------------------------------------------------1

第一节        污染基本知识--------------------------------------------------1

第二节      污染物的类型--------------------------------------------------3

第三节      磨损机理------------------------------------------------------7

第四节      液压系统清洁度-----------------------------------------------14

第五节      液压油的选用与维护-------------------------------------------16

第二章    泄漏---------------------------------------------------------23

第一节        液压系统的泄漏及其防治概述------------------------------------23

第二节     控制泄漏措施-------------------------------------------------25

第三节     密封件的失效分析---------------------------------------------28

第四节     内泄漏的判别-------------------------------------------------30

第五节     实例分析-----------------------------------------------------34

第三章    液压噪声与振动-------------------------------------------41

第一节        液压噪声和振动产生原因---------------------------------------41

第二节     噪音改善措施-------------------------------------------------47

第三节     炮鸣---------------------------------------------------------49

第四节     实例分析-----------------------------------------------------56

第四章    气穴和气蚀------------------------------------------------60

第一节        基本概念及其危害---------------------------------------------60

第二节     空气混入的途径和气穴产生原因---------------------------------64

第三节     气泡的处理措施-----------------------------------------------72

第四节     应用实例------关于液压缸的气蚀的防制-------------------------76

第五章    液压冲击---------------------------------------------------79

第一节     产生原因-----------------------------------------------------79

第二节     处理措施-----------------------------------------------------83

第三节     应用实例-----------------------------------------------------85

第六章    液压系统温升发热----------------------------------------90

第一节        液压系统高温的危害--------------------------------------------90

第二节        液压系统发热的原因--------------------------------------------91

第三节        防止温升的措施------------------------------------------------96

第四节     实例分析-----外啮合齿轮泵由温升造成的失效--------------------99

第七章    爬行--------------------------------------------------------100

第一节        液压爬行的机理和产生原因-------------------------------------100

第二节 消除爬行的方法----------------------------------------------105

第三节 实例解析----------------------------------------------------108

第八章    液压卡紧和其它卡阀现象-------------------------------114

第一节        卡紧的危害及原理--------------------------------------------114

第二节  产生原因----------------------------------------------------119

第三节  滑阀卡紧解决方案--------------------------------------------121

第四节  实例分析----------------------------------------------------123

第九章    压力失常--------------------------------------------------128

第一节        压力失常的原因----------------------------------------------128

第二节  实例分析----------------------------------------------------134

第十章  欠速-------------------------------------------------------145

第一节 欠速产生的原因----------------------------------------------145

第二节        动作各种故障解析--------------------------------------------148
参考文献--------------------------------------------------162

第一章 液压污染

第一节 污染的基本知识

液体介质在液压系统中除传递动力外,还对液压元件中的运动件起润滑作用。此外,为了保证元件的密封性能,组成工作腔的运动件之间的配合间隙很小,而液压件内部的控制又常常通过阻尼小孔来实现。因此,液压介质的清洁度对液压元件和系统的工作可靠性和使用寿命有很大的影响。麻省理工学院的 Rabinowics 博士经过研究发现,设备的失效有70%是由于表面损坏所导致的(如图1-1所示),在液压和润滑系统中,20%失效是缘于腐蚀,50%是缘于机械磨损,而液压介质的污染又是液压元件过早磨损及损坏的主要原因。

 

1-1   液压元件失效成因方框图

一、污染引起的成本上升有以下几方面原因:

1、降低生产效率(?;?/span>

2、元件更换

3、频繁的油液更换

4、库存增加

5、额外维护增加

6、报废率增加

二、液压流体的功用

产生生化物污染影响液压流体的下述四项功能:

1、作为能量传递介质。

2、润滑相互运动元件。

3、作为热传导介质。

4、运动部件之间的密封。

如果其中某项功能被削弱,液压系统就不能完成预定的工作,由此引起的?;赡芑嵩斐擅啃∈笔涝乃鹗?。液压流体的净化将有助于防止和减少意外?;?。这项工作可以由不断减少和除去污染物来完成。

三、污染物的危害

1、堵塞孔口

2、元件磨损

3、产生锈蚀和其他氧化

4、产生化合物

5、损耗添加物

6、产生生化物

液压流体会在精密部件之间产生润滑膜,理想的油膜厚度应能够充满运动件之间的间隙,当磨损率较低时,元件将能够达到其预期寿命,这可能是数百万个压力循环。实际油液润滑膜的厚度取决于流体的粘度、工作负荷和两个运动部件间的相对速度。在许多元件中,工作负荷非常大,因而挤压润滑膜非常薄,甚至小于1μm。如果负荷足以大,润滑膜就会被两个运动表面间的粗糙点刺破,结构会产生有害摩擦。

 


第二节   污染物的类型

一、 颗粒污染物

1、颗粒污染物类型

颗粒污染物通??煞治?/span>粉尘颗粒,粉尘可以定义为小于5 μm。这种类型的污染物也可能引起系统元件发生故障。而颗粒是大于5 μm 的微粒,它可能在瞬时引起灾难性的故障,粉尘和颗??梢苑殖梢韵铝街中问剑?/span>

(1)硬质颗粒:硅沙、碳化物、金属

(2)软质颗粒:橡胶、纤维、微生物

2、颗粒污染源产生的原因:

1、 固有污染物

来自于液压缸、流体、软管、液压马达、管道、泵、油箱、阀等元件。

2 、内部生成污染物

1)系统组装;2) 系统调试;3)系统运转;4)流体变质。

3、外界浸入污染物

1)油箱通气;(2)液压缸活塞杆密封;(3)轴承密封。

4、 维修中造成之污染

(1)差装;(2)油料补充。

二、水的污染

要保持流体正常,除了要除去颗粒物外还有许多其它工作,水也是一种常见的污染。和固体颗粒一样也必须从工作液中去除。水可能是溶解态或游离态,游离或乳化是某种液体中的水多于其饱和点。此时,液体不能溶解或保持更多的水份,液体中的游离水通?;崾沟靡禾灞涞孟?/span>牛奶。

1、水的污染危害:

1、腐蚀金属表面

2、加速切削磨损

3、轴承疲劳

4、液体添加剂失效

5、粘度改变

6、电传导性增加

在水和酸中,抗磨添加剂会失效,水、热和不同金属材料综合作用会发生电解反应,在金属表面形成凹痕、腐蚀和磨损。另外,当温度下降时,液体溶解水能力随之下降,当达到冰点时,水会结冰,严重影响整个系统功能,工作效果可能变慢或不稳定。当水污染削弱液体的绝缘性能时,电传导性出现问题,会低了抗电压强度。图1-2所示油液中水对轴承的影响(基于油中0.01%水寿命100%)。

 

1-2  油液中水对轴承的影响

2、水的污染来源:

液体在运输或存储时,常?;岜┞对谒退羝肪持?,例如,油箱或油桶存放在户外。水可能存在油箱顶部,当温度变化时,进入油箱内,水也可能在打开或注油时进入油箱。

水可能通过损坏的缸或筒密封或油箱的开口进入系统,冷凝也是水的一个主要来源。当油箱中的液体变冷时,水蒸气将会在油箱内部凝结,造成生锈或其它腐蚀问题。散热器泄漏等都是进水的污染源。

三、空气污染

空气在液体中可以以溶解态或残留态(不溶解或游离)存在,在液体中有一定量的溶解空气不会产生问题。而当液体中含有不溶解空气时,它通过系统元件就会产生问题。因为压力变化会压缩空气,在气泡中产生大量的热,它可能损坏添加剂和液体本身。如果溶解空气的量过多,对系统工作将产生重大负面影响。液压系统工作依赖于液体的相对不可压缩性,而空气会改变液体的这个性能,这是因为空气有比溶解它的液体大20,000倍的压缩性。当空气存在时,泵有很多工作将是压缩空气,对系统来说这是无用功,在这种情况下,系统工作就象海绵。

1、空气污染来源

1)动力传送损失

2)减小泵的输出

3)破坏润滑

4)升高工作温度

5)油液起泡

6)化学反应

任何形式的空气都是液体中的氧化源,它会加速金属件的腐蚀,特别是当液体中还有水存在时,它也会造成添加剂氧化。所产生的氧化物会在液体中形成颗?;蚰禾?。如果氧化物不去除,它就会加速磨损和干涉。

2、产生原因:

1)系统泄漏

2)泵通风

3)油箱内液体紊乱

3、预防措施:

1)排放系统空气

2)溢流吸油泵

3)合理设计油箱

4)加回油扩散器

四、系统污染警告信号

对于污染会出现一下几种现象:

1)线圈烧坏

2)阀芯偏移、渗漏、异常声音

3)泵损坏、流量减小、元件更换频繁

4)缸渗漏、划伤

5)伺服阀反应迟滞


第三节   磨损机理

磨损形式多种多样,每一种磨损,都会产生新的颗粒,从而进一步加剧元件的磨损。表1-1是对磨损形式的阐述。

磨损形式

产生的主要原因

磨料磨损

颗粒夹在相邻两活动面之间

冲蚀磨损

颗粒和高流速

粘着磨损

金属与金属直接磨损(失去油膜)

疲劳磨损

表面受固体颗粒的反复作用

腐蚀磨损

水和化学品

1-1  磨损形式及其产生原因

一、 磨料磨损

 

1-3   磨料磨损原理

磨料磨损导致后果:

1、尺寸改变

2、泄漏

3、效率降低

4、产生新的颗粒=磨损加剧

磨料磨损是最主要的一种磨损形式。进入元件运动副间隙内的颗粒,嵌入在其中材料脚软的零件表面上,犹如切削刀具,将相对运动的另一零件表面材料切削下来。等于或略大于间隙尺寸的颗粒的危害性最大要?;ぴ硕北砻娌皇苣チ夏ニ?,就必须滤掉大小与动力间隙尺寸近似的颗粒。如图1-3所示。

1、液压泵的磨损

液压泵是对污物最敏感的元件之一。间隙尺寸颗?;峒泳绫玫哪ニ鸫佣贾滦孤┰龃?、温度升高、泵的压力降低以及效率降低。如图1-4所示。

 

1-4  各种液压泵的磨损

2、液压缸磨损

污染物的侵入,主要是通过液压缸活塞杆及密封件,外伸的活塞杆,其上的油膜会粘附周围环境中的污染颗粒,当活塞杆缩回到液压缸中,系统中的流体会把这些颗粒由活塞杆上冲到液压油中。如图1-5所示。

间隙尺寸颗粒污染的影响

活塞杆密封件磨损:                    漏油损失

青铜导向套密封件磨损:                无法直线运动

活塞密封件磨损:                      油缸速度降低,荷载能力下降

活塞轴承磨损:                         同轴度度降低

 

 

1-5   液压缸磨损机理

二、冲蚀磨损

冲蚀磨损导致:

1、尺寸改变

2、泄漏

3、效率降低

4、产生新的颗粒=磨损加剧

 

1-6    冲蚀磨损机理

冲蚀磨损是由颗粒冲击元件表面或棱边,因冲击动能造成表面材料剥落而产生的磨损。此类磨损在承受高流速的元件中是最为常见,如伺服阀、比例阀??帕6员砻娴牧不?,也会使元件表面凹陷,最终产生疲劳磨损。如图1-6所示。

三、粘着磨损

超载负荷、低速运转或流体粘度降低,都会降低油膜厚度进而发生金属对金属的直接接触。这样金属表面的涂点就会彼此发生“冷焊”而粘在一起,当相对移动时这些冷焊点被剪下而产生金属颗粒。如图1-7所示。

 

 

1-7    粘着磨损机理

四、疲劳磨损

相对运动的轴承表面,受其间颗粒的反复作用而产生疲劳磨损。最初,轴承表面产生凹陷和微裂纹。这时即使不计颗粒对轴承表面其他的损伤,受轴承荷载的循环应力反复作用,这些微裂纹也会扩展,最终导致轴承表面失效。由污染造成的疲劳磨损,极大地缩短了轴承寿命,并且使工作表面变得粗糙。如图1-8所示。

 

1-8     疲劳磨损的原理

 

五、轴承磨损

 

1-9    轴承磨损机理

 

工作间隙活叫动态间隙,不等于轴承的机械。动态间隙的大小,取决于负载、速度和润滑液的粘度。润滑油膜将两对运动的表面隔开,以防止金属对金属的直接接触。

元件

间隙

径向轴承

0.5-100

滚子轴承

0.1-3

静压轴承

1-25

1-2    轴承工作间隙

六、消除磨损的链式反映

当元件的间隙被金属颗粒、沙砾、油泥或其他磨损颗粒所淤塞,这时就会产生磨损的链式反应。链式反映的产生,是因为系统中的磨损污染物不能得到有效的控制,使得系统元件进一步磨损,产生更多的颗粒。如图1-10所示。

 

1-10   磨损链式反应过程

高性能的过滤器可以滤除这些有害的磨料颗粒,延长系统元件的寿命。少数循环的颗粒也会受到这种过滤器的有效控制。

磨料磨损所产生的颗粒,因加工硬化,会变得比原材料更硬。如果不严适当的过滤器消除这些颗粒,将进一步造成磨损。这种磨料链式反应,会导致系统元件的过早失效,因此必须选用适当的过滤器,终止这种链式反应。


第四节    液压系统清洁度

我国制定的液压油液颗粒污染度等级标准采用ISO4406。这个污染度等级标准用两个代号表示油液的污染度。前面的代号表示1mL油液中大于5μm颗粒数的等级,后面的代号表示1mL油液中大于15μm颗粒数的等级,两个代号间用一斜线分隔。代号的含义如表所示。例如,等级代号为20/17的液压油,表示它在每毫升内大于5μm的颗粒数在5000~10000 之间,大于15μm的颗粒数在640~1300之间。这种双代号标志法说明实质性的工程问题是很科学的,因为5μm左右的颗粒对堵塞元件缝隙的危害最大,而大于15μm的颗粒对元件的磨损作用最为显著,用它们来反映油液的污染度最为恰当,因而这种标准得到了普遍的采用。

每毫升油液中的颗粒数

等级代号

每毫升油液中的颗粒数

等级代号

>5000000

>2500000~5000000

>1300000~2500000

>640000~1300000

>320000~640000

>160000~320000

>80000~160000

>40000~80000

>20000~40000

>10000~20000

>5000~10000

>2500~5000

>1300~2500

>640~1300

>320~640

>160~320

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

>80~160

>40~80

>20~40

>10~20

>5~10

>2.5~5

>1.3~2.5

>0.64~1.3

>0.32~0.64

>0.16~0.32

>0.08~0.16

>0.04~0.08

>0.02~0.04

>0.01~0.02

≤0.01

 

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

 

1-3   液压油液污染度等级标准

元件

μm

抗磨轴承

0.5

叶片泵(叶片顶端到定子)

0.5-1

齿轮泵(轮齿到壳体)

0.5-5

伺服阀(阀芯到阀体)

1-4

静压轴承

1-25

柱塞泵(柱塞到缸体)

5-40

伺服阀孔

130-450

1-4    典型液压元件清洁度


第五节   液压油的选用与维护

一、液压油的选用

1、液压油的基本要求

(1)黏度适中,随温度变化?。吼ざ忍蠡嵩斐上低逞沽λ鹗Т?,系统效率降低,并使泵的吸油状况恶化;黏度太小,会造成系统泄漏增大,系统效率降低,并使系统刚度降低。一般情况是工作压力大选黏度大的液压油。另外随温度变化,要求液压油黏度变化小。如环境温度高则选用粘度大的液压油。

(2)具有良好的润滑性:润滑性能良好的液压油,能够减少各运动部件之间的磨损,延长机械设备的使用寿命。并能使各运动部件动作灵敏。

(3)具有良好的抗氧化性:液压油在使用过程中不可避免地和空气接触,由于液压油和空气接触会发生氧化变质,会产生酸性物质,对各部件产生腐蚀作用,致使元件失效。另外产生的黏稠物质会堵塞液压元件的细油孔和间隙,造成系统故障。

(4)具有良好的相容性、防锈性、防蚀性:液压油能够不腐蚀各种密封件,不会引起密封件膨胀、软化和变硬;不腐蚀液压元件。

(5)具有良好的抗泡沫性、抗乳化性:由于空气和水混入液压油中,易形成泡沫和乳化物。

(6)清洁度高。

2、选用液压油应考虑的因素

(1)应考虑系统的工作环境:如温度、湿度、空气的清洁度等。

(2)应考虑系统的工况:如泵的类型、系统的工作温度和工作压力等。

(3)经济性:应考虑液压油的价格、更换周期、维护使用是否方便、对设备寿命的影响等。

3、选择正确的油品

(1)选择正确的油品供应商:要考察其供油能力;产品质量稳定能力;经济实力;代理权限;供应商的信誉等;

(2)油品来源:炼制技术;油品的品牌与生产商的能力;基础油的优劣;添加剂的来源极其配制技术;

(3)供应商的服务:专业性的选油能力;油品更换指导能力;油品维护指导能力;油品检验指导能力;提供一定的油品化验服务;一定的油品过滤服务;(相比较而言,该点比较重要);

(4)正确的油品:必须与设备的材料相容;适当的油品负荷能力(能力恰当以节约成本);分析现用油品与将代替油品的相容性;油品与密封材料的相容性;油品的使用温度范围、抗磨性、阻燃性等。

名        称

粘度范围(10-6m2/s)

允     许

最     佳

叶片泵(1200r/min)

叶片泵(1800r/min)

16~220

20~220

26~54

26~54

齿轮泵

4~220

25~54

径向柱塞泵

轴向柱塞泵

10~65

4~76

16~48

16~47

螺杆泵

19~49

1-5   液压泵用油液的粘度

 

4、正确的换油

(1)新油的过滤:不同用途的液压油要求的清纯度可能有所区别,一般要求16/14/12,一般新油由于运输,开箱,添加管道等原因,达不到该标准

(2)润滑系统的清洗:供应商应该有完善的清洗方案;清洗油品应与新油良好相容;明确具体的清洗工艺与检验方法;

(3)换油的过程:应该有明确具体的换油方案。

二、液压油的维护

1、 预防液压油油温过高

因为液压系统油温过高,会使液压油黏度降低,使系统各运动部件之间润滑差,磨损加剧,造成元件失灵或卡死、密封件变形老化而失去弹性,严重时会发生?;收?。

造成液压油油温升高的原因除与系统设计、设备故障或操作不当等因素有关外,还与油液的黏度、散热性有关。如果油液的黏度高,那么会因其摩擦阻力增加而发热,同时因其散热差,因而造成油温升高。液压油长期在较高的温度下工作会加速油品的氧化,缩短液压油的使用寿命,酸性氧化产物还会腐蚀金属,氧化产生的油泥会堵塞过滤器,增加泵的磨损。表1-6中列出了矿物油型液压系统的使用温度。

温度/℃

工作条件

使  用  说  明

80100

危险温度

绝对不能使用

55~80

临界温度

长期使用会缩短液压油的使用寿命,当油温超过60℃时,每升高8"C,寿命减半,应采取油冷却措施。

30~55

安全温度

最适宜的温度,设备工况最好,液压油使用寿命长

20~30

常温

长时间运转效率差

0~20

低温

启动时应注意,油的黏度过大容易引起空穴。

1-6   矿物油型液压系统的使用温度

预防的方法是定时测量油温,发现油温过高应及时进行冷却。如发现油温异常升高应?;檎以?,排除原因后再使用。

2、防止大量空气进入液压油

大量空气进入系统会造成液压油压缩比增大,系统动态响应大大降低,严重影响系统的控制精度,刚性下降,反应迟钝。同时会造成以下几方面的危害:

(1)液压元件因气蚀而损坏:气穴现象产生的气泡在元件的金属边缘息灭时,周围的油液以很快的速度流向息灭中心,边缘会产生较大局部冲击力,瞬间压力可达数百甚至数千MPa,大量气泡息灭时会使金属边缘反复受到剧烈冲击而引起疲劳破坏,使元件表面产生麻蚀和剥离脱落。

(2)产生噪声、振动和冲击:当携带气泡油液流到压力较高处时,气泡瞬时被压破产生大量噪声。同时大量气泡被压破引起较大的压力波动,使系统产生振动和冲击。

(3)油质劣化:带有空气的油液在压缩过程中消耗能量,并使油液局部温度升高,油液和各种添加剂被破坏,产生游离碳、酸性物质和胶泥状沉淀物,加快了油质的劣化,同时对金属有化学腐蚀作用。

为了防止气泡的产生,在平时应注意以下几个方面:

(1)经常检查吸油口的状况,必要时清洗或更换吸油口过滤器。

(2)经常检查各吸油管部分的接头、焊缝的密封状况。

(3)经常检查油箱油位。

(4)定期对液压缸及相关管路排气。

(5)条件许可可配备除气装置。

3、防止液压系统进水

油液在存放过程中可能进入水份;在使用过程中,由于冷却管道破裂,也可能将水带人油液中;此外,在潮湿的空气下,由于油箱呼吸,湿空气中水蒸气有可能进入油液中而冷凝成水。

含有较多水的液压油在长期运行中会加速油液的变质,对元件有腐蚀作用。同时会降低油液的润滑性能,造成运动部件卡死。因此应定期检查油质,如含水量超标时应及时更换油液。表1-7中列出了不同液压系统中允许液压油的最大含水量。

液压系统中液压油的状态

最大含水量

一般液压系统液压油

<0.5

液压油在使用时部分停留在油路中,但循环时停留的油可返回油箱

0.1

部分液压油不能返回油箱

0.05

管路中有背压,油流动少,或系统中有精密仪器装置

0.03

1-7     液压油的最大含水量

4、防止液压油混入各种杂质

油液中混入切屑、纤维、金属粉末、砂粒、灰尘、磨料等(这些污染物来自于设备加工和检修当中,虽经清洗但仍然存在),或由于密封件,涂漆等被液压油侵蚀及油液变质使油液中产生的胶状物质、沥青等杂质,能引起泵、阀件等液压元件中的活动件卡死及小孔、缝隙的堵塞,导致故障的发生或严重地影响系统的工作性能。油中混入杂质,还会加快元件的磨损,引起内泄漏的增加,磨损严重时,阀件内串油,控制失效,造成液压设备不能正常工作,降低液压元件的使用寿命。

油液污染程度可以通过目测、手捻、鼻闻和油样检查来测定其污染度。目测法即用肉眼观察油液颜色,是否混浊,有无沉淀、析出物;手捻少许油滴,感觉是否有磨糙感,如有磨糙感应过滤;鼻闻是否有刺激臭味,如果有应更换液压油;用pH试纸进行酸性度试验,表1-8列出了油液污染的的目测判断和处理措施

        观

污染物

原                  

颜色变暗

氧化产物

过热,换渍不彻底(或其他油液侵入)

乳化

水或泡沫

水或空气侵入

水液分层

水侵入,例如冷却水

气泡

空气

空气侵入,例如由于液面低或吸油管漏气

悬浮或沉淀污染物

固体

磨损、污染、老化

焦油气味

老化产物

过热

1-8      油液污染的的目测判断和处理措施

三、预防措施

1、正确的维护油品

(1)使用中的过滤:新系统要有合适的过滤设备(过滤网尺寸,更换与检查周期);(该过滤为机械初步的过滤,一般系统自带,属于粗滤性质)。

使用中的检查:主要周期性的检查油温、水温,主要部位的轴承 度与震动,过滤器前后的压力,泵电流的变化等。建立适当的控制标准,当发生异常时,立即进行油品的检查。

(2)油品的添加:供应商有责任告知客户相容的可添加油品的名称与品牌,以确保油品使用中不变质。

(3)油品的现场检验:供应商应可提供简单的油品现场检验办法,当发现有可疑的现象时,供应商应提供完善的服务。

(4)油品使用状况分析:供应商提供合适的售后服务,以提高油品的使用效益。

2、适当的油品检验与过滤(预防性维护措施)

(1)定期检验油品:供应商是否提供简单便利的检验办法,以尽可能预先发现使用中发现的异常,例如用验油器化验油品(注意周期与提供的改进措施)(以发现油品遭受的污染,如水份、溶剂、杂质颗粒等)。

(2)定期过滤油品:供应商是否提供适当便利的滤油服务;过滤后的油品清纯精度应满足使用要求,并可延长油品的使用寿命(非常重要,达到清纯度的油品,既可以延长轴承与磨擦部件的使用寿命,也可延长油品的使用寿命,效益非常明显)。

(3)定期油品成分化验:比现场简单的化验更严格,可以分析油品具体成分的变化,以提供可行性的改进措施(表1-9液压油失效的指标)。

测试项目

警告讯号

立刻更换

含水量%

0.1~0.5%

>0.5%

杂质%

>0.1%

>0.2%

总酸值

原来值+0.7

原来值+1.0

黏度改变

---

±15%

添加剂PPM

---

<原来值40%

 

1-9     液压油失效的指标

四、液压系统常用清洗法

(1)常温手洗法。先用煤油、柴油或浓度2%~5 的水荆清洗液(664金净洗剂)在常温下浸泡,再用手刷洗,此法在小批零件清洗时普遍采用,但清洗效果欠佳,提高油温可增强效果但欠安全。

(2)加压机械喷洗法。2-5(特殊情况下用10)水剂清洗液,在适当温度下加压至0510MPa。经喷嘴喷至零件表面。这种方法适用中批量零件的清洗,清洗效果较好。

(3)加温浸洗法。将上述浓度的清洗液加热至7080 ,浸洗515 min,为了提高手工清洗和浸泡的效果,可在清洗液中添加一定量的添加剂,以提高去污防锈能力。

(4)蒸气清洗法。用有机溶剂(如三氯乙烯、三氯乙烷、三氯三氟乙烷或其混合物)在高温高压作用下,清除油污层。这是目前国外积极推广的生产率高、三废少的清洗法。

(5)超声波清洗法。这是目前国内清洗液压元件普遍采用的方法。超声波的频率比声波的高得多,传播能量比声波的大得多。在液体中传播时,液体分子可得到几十万倍至几百万倍的重力加速度。使液体产生压缩和稀疏的作用。压缩部分受压,稀疏部分受拉。受拉的地方就会因发生断裂而产生许多气泡状的小空腔,在瞬间又会因受压闭合产生数千至数万个大气压,这种空腔在液体中反复产生和消失,使压力产生巨大变化。即可将附着在物体上的油脂和尘埃清洗干净。

第二章    泄漏

第一节   液压系统的泄漏及其防治概述

一、液压系统的內泄与外泄

液压系统的泄漏可分为两种类型:一种是外部泄漏,另一种是内部泄漏。

1、外部泄漏

压力管道的泄漏是显而易见的。设备维护人员和操作人员应当经常检查整个系统的每个元件,及时发现泄漏点并解决。但是外部泄漏发生在泵的吸油口时则很难检测出。根据实践总结,有以下几点现象可以判断出系统吸油管泄漏:①液压油进入空气,产生气泡;②液压泵产生噪声;③油箱压力升高;④系统发热;⑤液压系统动作不稳定,有爬行现象。

2、内部泄漏

由于液压系统中的元件磨损,随着时间的推移,内泄漏会越来越明显,轻微的內泄漏可能不容易发现,但是随着内泄的增加,系统过热将成为问题。当出现此情况时,系统元件将失效。鉴别內泄的最简单的方法是在系统满载和空载时的工作周期,假如时间远大于空载时间才产生动作,就可以初步判断是泵可能失效了。

液压系统中一旦发生泄漏,不仅严重影响着系统工作的安全性,造成油液浪费、污染周围环境、增加机器的停工时间、降低生产率、增加生产成本及对产品造成污损。因此,对液压系统的泄漏我们必须加以控制。

二、产生泄漏的原因

在实际生产中,液压系统的日常故障中,由于系统的某一个环节引起的泄漏大约占50%,而液压系统泄漏的形成是从设计、生产、安装、使用的各个环节引起的。经过分析,几乎所有的液压系统的泄漏都是由以下几个原因引起的:

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;

5、软管在布局、安装时不合理产生的使用过程磨损;

6、现场操作的不合理导致系统泄漏故障;

7、工作压力高;

8、油液不清洁,造成液压元件磨损加剧。


第二节   控制泄漏措施

上一节中提到液压泄漏的原因,下面将对上述原因提出相关的控制措施,具体方法如下:

一、设计及制造缺陷的解决方法

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。这就要求技术人员在新产品设计、老产品改进中,对缸、泵、阀件、密封件、液压附件等的选择,要本着好中选优,优中选廉的原则慎重的、有比较的进行。

1、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。

2、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监控,保证装配质量。

3、对一些液压系统的泄漏隐患不要掉以轻心,必须加以排除。

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泄漏,可以采取以下措施:

1、使用减震支架固定所有管子以吸收冲击和振动。

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?;は低车乃性?。

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、尽量使用集成块代替各个配管。

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。

三、减少密封件的磨损

大多数密封件都经过精心设计,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。从设计角度讲,设计者应该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?;せ钊?,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积累。

4、使活塞杆和轴的速度尽可能低。

四、对密封件的要求

静密封件在刚性固定面之间防止油液外泄。合理设计密封槽尺寸和公差,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。

五、控制油温防止密封件变质

密封件过早变质可能是多种因素引起的,一个重要因素是油温过高。温度每升高10℃则密封件的寿命就会减半,所以应合理设计高效液压系统或设置强制冷却装置,使最佳油温保持在65℃以下;工程机械不允许超过80℃;另一个因素可能是使用的油液与密封件的相容性问题,应按使用说明书或有关手册选用液压油和密封件的材质和型式,以解决相容性问题,延长密封件的寿命。

六、软管的合理布局和安装

1、管道的敷设排列和走向应整齐一致,层次分明。

2、不应使软管位于易磨损处,否则应予以?;?。

3、长度尽可能短,以避免设备在运行中发生软管严重弯曲与变形。

4、软管的扭曲变形必须在软管说明书的允许范围内。

5、应尽量减少管路交叉,有交叉处必须有?;?。

6、安装时不允许有拉紧状态。运动管件禁止发生运动干涉。

七、规范合理的现场操作

严格按照系统设备说明书进行操作。对于机电液一体化设备必须综合考虑设备总成的操作指南。操作过程中必须考虑实际的工作环境和系统设备的允许工况。禁止粗暴操作。非专业操作人员禁止操作。杜绝系统设备带病作业。

操作人员在面对液压系统设备时不但要能操作,并且要做到会操作,对机、电、液、联系起来看待,做到真正懂得面前设备的操作方法、工作原理、操作禁忌等,并且要不断学习,达到人与设备的良好磨合,能够对操作过程中出现的各种现象做出及时准确的判断,出现问题及时?;饩?,以更好的维护设备的正常安全运行,延长设备的寿命。

第三节  密封件的失效分析

一、现场各种密封失效问题

各种因密封失效而引起外泄漏的情形主要是:液压缸活塞杆与端盖之间的密封失效、换向阀两端的密封失效、阀与阀板之间联接处密封失效、泵或马达旋转轴密封失效、油管及接头连接松动、活动油管因密封件损坏或安装产生误差等等。

各种因密封失效而引起外泄漏的情形主要是:液压件内部液流通道之间的密封损坏造成的。损坏原因可能是有关零件或密封件磨损,也可能是阀与阀板因铸造产生砂眼,裂缝或加工失误导致流道串通。因内泄的存在,使系统压力下降,效率下降、油温升高、系统动作错乱,无法正常工作。

二、现场密封失效原因

密封故障的原因可以归纳为以下四大类:

产品结构不合理;

加工装配质量差;

密封件质量不好或选择不当;

使用不当。

三、密封件的损坏原因

密封件损坏是密封失效的主要原因。以下是几种损坏形式。

磨损。密封件与金属表面滑动产生摩擦使密封件磨损。油液中有污染物(特别是金属颗粒)。金属表面粗糙度达不到要求,装配太紧等因素加速摩擦。

密封挤压变形,密封件在高压下产生液化现象,并进入密封面的缝隙,如图1-1所示。密封件与密封沟槽之间的相对运动促使这一过程,缝隙挤压导致密封件完全损坏,表面撕裂或破碎,还可能出现塑性变形。加密封挡圈可以避免挤出现象。

谷部开裂。唇形密封件的谷部,如图1-2箭头所示。是应力集中处,受到压力冲击时,容易开裂。

翻转。在使用唇形密封件(如油缸里密封件)时,以密封件从沟槽中部分地被挤出为特征的。液压设备运行时,密封沟槽里的压力很大,这个压力作用于密封件的根部,根部被磨损掉了,在摩擦力的作用下,密封件被翻过来并从密封沟槽中脱出,密封唇部被切开或压断,密封件完全损坏。

扭转。当唇形密封件在运动情况下产生较大的摩擦力时,可能产生整圈或局部的扭转。

偏磨。这是密封件损坏的主要原因。密封件本身偏心,密封支持面偏心,往复运动件与密封件配合部位拉毛,承受径向载荷等,引起偏磨。

液压系统的泄漏故障与系统的压力、温度、油中混入气体量密切相关。系统的泄漏量随着压力的增加而呈现峰值变化规律,相同压力下,温度越高,油中混入气体量就越小,系统的泄漏量就越大。


第四节   内泄漏的判别

一、液压系统出现内部泄漏机理分析

液压系统设备如液压马达、液压泵等,其运动部件磨损严重,密封元件容易产生老化、损坏、挤出、破裂等现象,而零件密封产生表面拉伤、偏磨和严重磨损情况等。这样使两运动零件表面之间的间隙进一步增大,从高压腔泄漏到低压腔的油液逐渐增加,直接影响液压系统的正常运用。在液压传动中,常见间隙形式有两种:一种是由两个平面形成的平面间隙,如柱塞泵的缸体与配流盘,其泄漏量(只考虑压差流动,不考虑剪切流动)为:

                                                     2-1

式中—— 间隙流量;

  缝隙内圆柱面直径;

 —— 压力差;

—— 内外圆同心时的间隙高度;

  液体粘度;

  密封长度。

另一种是由内外圆柱表面形成的环状间隙,如柱塞泵的柱塞和柱塞孔、换向阀的阀芯与阀体之间以及液压缸活塞与缸体之间等配合处。以环形间隙为例,其泄漏量(只考虑压差流动,不考虑剪切流动)为:

                                           2-2

式中—— 间隙流量;

  缝隙内圆柱面直径;

 —— 压力差;

—— 内外圆同心时的间隙高度;

  液体粘度;

  密封长度。

—— 相对偏心量(,为偏心距)。

由公式得,泄漏量的大小与间隙两端压力差,液体粘度,间隙的长度、宽度和高度等值有关。泄漏量与粘度成反比:当粘度下降(油的粘度往往随工作温度变化)量将增加。泄漏量和间隙高度成正比,说明间隙增加不多,会造成泄漏量大幅度增多;因此,在要求密封的地方应尽量减少间隙量。同时与缝隙长度成反比,与压力差成正比,而间隙长度与压力差是固有尺寸和工作性能指标,所以解决液压系统内部泄漏只能在间隙高度与粘度两个参数上考虑。

影响间隙高度大小的因素很多,如配合间隙选择不当、几何尺寸精度差、表面粗糙度低、加工粗糙、装配不良、有污物等外在原因等;也有设备维护、修理、使用条件等管理方面的问题。作为一名修理机员,必须注意以下问题:

 因润滑不良,油液污染(主要是磨屑等颗粒污染物)使硬颗粒嵌入间隙并使零件腐蚀、磨损,导致间隙尺寸超差或产生不必要的间隙;

 液压油选用牌号不当或油温过高使液压油粘度I1下降、油液变质,加剧磨损等,其中非正常磨损造成的间隙尺寸超差与液压油使用密切相关。显然,液压油质量的优劣将直接影响系统的内部泄漏问题,选择适合的液压油是轮机员避免内部严重泄漏的关键。

二、内泄漏的判别

一般都发生在柱塞泵的柱塞与缸体之间,配流盘与缸体接触面之间,滑靴与斜盘之间,柱塞柱塞球头与球座之间,还有方向控制阀与阀孔之间。特别是控制油泵内泄漏对机器的影响最大,几乎所有油温上升很快的原因,都是由于控制油泵内泄漏。

控制油泵内泄漏的判别方法

用一只4Mpa的压力表安装在控制油泵出口的测压口上,启动发动机。注意观察压力表的读数。然后加大油门,注意观察压力表读数的变化,如果控制泵没有泄漏,发动机小油门和大油门时压力变化不大,如果是新泵压力几乎没有变化。反之,说明控制油泵发生内泄漏。

1、有内泄漏的机器一般都是旧机,零部件磨损严重,间隙较大,而且是同时磨损。在机器日常工作中我们可以发现,有内泄漏的机器,噪音都比较大,温度升高快。内泄漏可以通过以下办法检查。把油泵里的液压油放尽,拆下两根高压出油管,然后用柴油灌入管口内,若油面下降的很快,说明油泵有内泄漏。

2、在高压油口处涂上部分肥皂沫,如果肥皂沫破裂的速度快,则说明泵发生内泄漏。

3、柱塞泵磨损多少才会产生内泄漏

从理论上讲,柱塞和柱塞孔的间隙不应大于0.05mm。由于孔径小,较难测量,一般可用如下办法检测,即把柱塞球头小孔用手指封住,柱塞孔口也同时用手封住,然后把柱塞往后拉。如果拉不动,并有强大的吸力,说明配合上尚佳,否则应更换新件。如图2-1所示。

 

2-1   柱塞的间隙

 

一般容易发生内泄漏的元件有哪些

一般都发生在柱塞泵的柱塞与缸体之间,配流盘与缸体接触面之间,滑靴与斜盘之间,柱塞柱塞球头与球座之间,还有方向控制阀与阀孔之间。特别是控制油泵内泄漏对机器的影响最大,几乎所有油温上升很快的原因,都是由于控制油泵内泄漏。

用一只4Mpa的压力表安装在控制油泵出口的测压口上,启动发动机。注意观察压力表的读数。然后加大油门,注意观察压力表读数的变化,如果控制泵没有泄漏,发动机小油门和大油门时压力变化不大,如果是新泵压力几乎没有变化。反之,说明控制油泵发生内泄漏。

 

泵内泄漏的判别方法

1)先关闭溢流阀,如果系统压力升不高,油箱回油口又很少回油,则可肯定液压泵摩损;若在正常压力下,溢流阀无开启,而工作部件速度不足,则也可断定泵有内泄漏。

2)若泵打不出油,吸油管反而冒泡,这时电机可能装反了,改变电机转向即可,这个故障发生在检修电机或电气线路之后。

(3)泵开始工作时噪声正常,但运转一段时间后就出现了较大噪声,产生一种比较低沉的叫声,这是气蚀产生的噪声,而机械噪声较尖,容易区别。此时油箱中的油液因含有小气泡而变成黄白色,证明系统中混入空气,应从防止空气进入系统着手检验。

液压缸内泄漏的判别方法

1)检测油缸有无内泄漏,把溢流阀压力调至系统极限压力,观察液压缸在最大伸出位置时的情况可断定有无内泄漏,此时如果只有很小的泄漏,说明油缸性能良好,如果泄漏较大则说明活塞上密封圈已经损坏失效。若活塞密封良好,则活塞在两个极限位置的泄漏应基本相等,否则说明油缸端盖密封有问题应及时修复。

2)油缸运动时,有滑动金属的摩擦声,这是由于滑动面的油膜被破坏或压力过高而引起的,此时必须立即停车检查,否则将导致滑动面烧结。

油缸运行过程中总是在某个部位出现爬行,这时可先卸荷,往复空行,如果活塞在同一部位阻力变大,则可能由于伤痕或烧结所致。

             第五节    实例分析

1:分析往复式液压缸活塞杆密封失效原因及防止措施

一、流体动压

1、拖拽压力导致密封失效

特定类型的密封的性能由密封界面间隙的流阻支配,界面间隙按一般工程标准很小。例如,定制浮动衬套密封形成约lO的间隙;液压橡胶密封和机械密封可能在小于1厚的自生液膜上滑动。当密封槽开在缸体上时,密封件和活塞杆之间存在着动态间隙。此外,在密封件周围还存在着可能起流体动压作用的其他功能性间隙。流体通过间隙被运动的活塞杆拖拽到密封处,导致压力升高到密封前的一较高压力,有时远远超过液压系统的工作压力,随着活塞杆往复运动的进行,最终会导致密封件严重挤出损坏。受力如图2-2所示。

 

2-2    密封圈流体动压

 

2 、防止拖拽压力措施

拖拽压力仅在被拖向密封的流体只能通过同一窄小间隙返回时发生。由于密封件与活塞杆之间的密封,大部分间隙中的流体不可能透过密封件随活塞杆流回。因此,避免这种升压的方法是给流体提供一低流阻返回的途径。在实际应用中,常采用如下方法,在活塞杆和支承环上分别切进螺旋槽和凹槽,且使螺旋槽的横截面积至少为活塞杆和支承套之间间隙的3倍。当间隙流体的压力达到一定程度时,间隙流体能通过螺旋槽流回。其结构原理如图2-3所示。

 

2-3    间隙流过螺旋返回

二、背压

1、产生背压失效的原因

在活塞往复运动的情况下,密封依靠活塞杆和密封的接触表面之间的流体膜中的弹

 

2-4     密封件受到的背压

性流体动压作用。此时,由于弹性流体动力润滑的存在,密封件或多或少会带一些油膜出去,粘附在活塞杆表面。从密封效果(泄漏)角度来看,油膜越薄,密封效果会越好。但从密封件的摩擦磨损及使用寿命角度来看,一定厚度的油膜润滑,能降低摩擦力和减少磨损,提高密封件的使用寿命。所以,活塞杆密封问题,实际上是密封和摩擦磨损及润滑的矛盾,仅使用一个密封元件,很难同时达到零泄漏和低摩擦的要求。将两个密封件串联起来使用是解决这一矛盾的最常用方法。如图2-4所示。

当两个密封件前后串联安装时,被活塞杆从油腔中拉出的微油膜会在两道密封之间的封闭区内汇集形成油环,随着活塞往复运动的进行,中间的空间逐渐的充满液体,并且一旦被充满,根据滑动速度,中间空间压力可变得很高,迫使密封分开。同时,密封件摩擦力显著增加。最后,活塞可能被卡住,密封件被从密封安装槽里挤出,或是密封件破损、永久变形。因此把这种压力称之为背压。

2、 压板外周突起能防止背压

如图2-5所示,压板的外周边缘部朝密封件方向有数毫米的凸部,密封件受到背压压紧压板时,由于压板外周具有突起部分,致使密封件倾斜,使密封件外周背部和缸体内壁之间经常保持一定间隙,这是防止背压的方法,能避免相当多油液集聚而引起的背压,由于密封件压板直径比缸体直径小数mm,还能防止密封件从活塞的密封安装槽中挤出。

 

2-5    带有凸起的压板以防止背压

3、 非对称型附沟槽Y形密封圈防止背压

这是一种新型的密封圈,密封的方式与前者不同,前者是借助于压板来起到防止背压的作用,这种非对称型附沟槽Y形密封圈以其自身的特点防止背压。该密封圈机构特点如图2-6所示。其性能特点:

(1)该密封圈正是为了防止背压,而加工了“沟槽”,特别适用于活塞,当活塞密封圈在往复运动的情况下,集聚在两密封圈之间的油液就会通过沟槽流出。

(2)选用这种非对称型,不仅能够提高密封性能,而且还能够降低最低工作压力及改良滞塞性能。

(3)不易发生因温度而导致密封圈尺寸变化等问题。

(4)由于非滑动侧的密封圈高度比滑动侧高,所以固定性较好。

 

2-6    非对称型附沟槽U形密封圈

 

三、迪塞尔效应

液压系统在正常排气后,仍有大量空气溶解在油液中。在大气压下,液压流体能够溶解相同空气体积的将近10%。只要空气溶解,就不会出现问题,但是当压力降到空气的溶解压力以下时,液压流体就会释放出大量的微小气泡,小气泡立即聚合形成较大气泡。如果系统的压力在极短的时问间隔内急剧升高,气泡就被加热到能使气泡中的气体混合物产生自燃的程度,同时伴有压力冲击和极高的局部温度,这就是迪塞尔效应。如果这种效应发生在密封件或支承环的附近,密封件和支承环将被烧焦。除了元件产生直接失效外,支承环或密封件烧焦产生的坚硬碎颗粒也将引起系统故障。

为了避免这种效应的发生,有必要抑制脱气现象,但这非常困难。通常情况下,以减少失效为目的,用耐高温性能的密封件可以缓解迪塞尔效应的问题,如PTFE同轴密封件。但在应用中,辅助弹性密封的耐热性也必须加以考虑。

四、化学物质的侵蚀

面对密封件性能要求的不断提高,各种复合材料密封件可以满足不同的需求。另一方面,密封件的物理性质也经常由于耐化学性和耐温性的提高而劣化。一般情况下,将密封件装配进其腔体时,摩擦可能引起装配困难,所以常将润滑剂用于密封和配合的表面。但是,必须记住密封件不相容的可能性。例如,对于天然橡胶、丁基橡胶或乙烯丙烯,不要使用矿物油或矿物脂;对于聚硅酮橡胶,不要使用聚硅酮油或脂。

此外,有些高氟化密封件,如氟弹性体(FPM)在款的温度范围上耐很强的侵蚀性化学品,但可能被明显无害的极性流体如热水、甲醇、稀酸或稀碱退化。另一方面,乙烯-丙烯共聚体(EPDM)对付这些介质却很好,而对矿物油却不行。显然在选择复合材料密封件时,很有必要向密封件制造商详细咨询。

五、液压系统中的污染物

碎削、尘土颗粒、铸砂以及液压系统内产生耐磨颗粒都可能导致密封碱的严重损坏。需要在装配或维护时对所有部件仔细清洗并对液压流体连续过滤。此外,活塞杆或缸筒的粗糙表面也会导致密封件的磨损,它必须足够光滑,才不会磨损密封唇。另一方面,经验表面不必太光滑,否则密封不能磨合。所以,活塞杆或缸筒的粗糙度最佳值通常在0.2~06之间。

六、结论

密封失些 效的故障原因有多种多样,但是这种故障的发生,与压力、温度、材料及速度等众多因素有着复杂的关系,是无法完全避免的?;钊嗣芊饧е皇瞧渲械闹?。选择合适的密封件、改善液压缸的工作环境以及完善的设计、加工都能很好的解决密封失效的问题 。

 

 

2:液压缸漏油的原因与排除方法

一、液压缸的外泄漏

外泄漏是指油液从各密封不严处泄漏到液压缸外面的大气中,最常见的外泄漏有以下3处:

1.液压缸套与缸盖(或导向套)密封部位漏油。农业机械液压缸的缸套与缸盖较多采用螺纹连接,然后在螺纹端口处加0型密封圈。当此处发生漏油现象时多为0型圈损坏,只要更换合适的新0型圈即可解决问题。

2.活塞杆与导向套面相对运动处向外漏油。通?;钊嗽诖舜Φ拿芊獠捎?型圈或Y型圈,由于活塞杆与密封件之间是干摩擦,摩擦阻力较大,往往会加剧密封件的磨损;另外,活塞杆外伸表面与各种杂质接触,常使活塞杆表面产生伤痕、沟槽、麻点或锈渍等,加剧密封圈的磨损,甚至切伤密封圈。因此,当有漏油现象发生时,除更换密封圈外,还应检查活塞杆是否损伤。若活塞杆有损伤,可用汽油将其清洗干净,干燥后用金属胶涂抹在损伤处,再用活塞杆油封在活塞杆上来回移动刮去多余的胶,等胶完全固化后再投入使用。若导向套磨损,可加工一个内径略小的导向套来更换。新导向套的内径尺寸

应比原来减小0.15mm,这样,新的导向套既可以正确安装密封圈,又可以弥补磨损的间隙,从而能更好地起到密封作用。

3.液压缸管接头密封不严引起的漏油。几乎所有的液压系统在使用一段时间后,由于冲击和振动会造成管接头松动。管接头的漏油主要与连接处的加工精度、紧固强度及有无毛刺等因素有关,因此当发现此处漏油,除检查密封圈的密封情况外,还应检查接头是否正确装配,是否可靠拧紧以及接触面有无伤痕等,必要时更换或修复。

二、液压缸的内泄漏

液压缸内泄漏是指在液压缸内部油液从高压腔通过各种间隙向低压腔泄漏。内泄漏较难发现,只有通过系统工作情况,如推力不足、速度下降、工作不稳定或油温升高等来判断。如果能通过正规的测量程序来判断则更好。液压缸内泄漏一般有以下2处:

1.活塞杆与活塞之间的静密封部分。农业机械液压缸活塞与活塞杆固定连接多采用锁紧螺母形式,在两者密封表面加装0形圈。如果安装正确、可靠,可以有效地避免此处漏油。

2.缸套内壁与活塞之间的动密封部分。这是内泄漏的主要途径。引起此处内泄漏的原因是:

①缸套内壁和活塞磨损致使间隙增大超差,造成高低压腔互通。

②活塞上密封圈(Y型密封圈较多)磨损、划伤、老化致使密封不严。

③当活塞杆受力不当或导向套与活塞杆之间的间隙较大时,使活塞偏向缸壁某一方,活塞的倾斜或偏磨造成内漏。

④缸套内壁加工时,圆度、圆柱度超差或使用中局部磨损导致内漏。

发现内漏时,应首先对各配合零件进行严格检查。缸套的修复多采用镗内孑L的方法,然后配以加大直径的活塞。经验表明,若新更换的活塞Y型密封圈能用3个月左右,则新加工的活塞外径尺寸应比原来增大0.4mm;若Y型密封圈能用1个月左右,则新加工的活塞外径尺寸应比原来增大0.6mm。增大活塞外径可以有效地提高密封圈的预压缩量,使其唇边紧贴在缸壁和活塞上,起到初始密封的作用,自己加工活塞时,材料可选用耐磨铸铁或45号钢。

三、正确的使用维护

液压缸的泄漏与设计、生产加工、装配、使用以及保养等方面均有关系,除了上面提到的有关泄漏问题及解决办法外,使用和维护中还应注意以下几点:

1.合理装配与安装。拆卸后,应对所有零件进行清洗并更换新密封圈,安装密封圈时注意不要损伤密封面。紧固件和螺纹接头的拧紧力更要符合规定值,且拧紧力要均匀。

2.防止磨料、粉尘等杂质进入液压系统。若油液污染,杂质会沉积于密封槽处,导致密封不严,在动密封中,污染油液中的固体颗粒在密封件与接触表面问产生研磨,会使密封件过早磨损。

3 合理使用,正确保养。要求系统不超压使用,定期检查油液,控制油温在65℃以下,定期清洗或更换滤清器,发现系统泄漏及时处理。


第三章  液压噪声与振动

第一节  液压噪声和振动产生原因

液压设备在给人们带来诸多方便同时,液压系统的泄漏,振动和噪声,不易维修等缺点,也为液压系统的应用造成了障碍。尤其在现今随着技术水平不断提高,液压系统的噪声和振动也随之加剧,已经成为了限制液压传动技术发展的重要因数,因此,研究液压系统的噪声和振动有着积极的意义。

一、振动与噪声的危害

液压系统中的振动和噪声是两种并存的有害现像,从本质上说,它们是同一个物理现象的两个方面,两者互相依存,共同作用。随着液压传动的运动速度不断增加和压力不断提高,振动和噪声也势必加剧,振动容易破坏液压元件,损害机械的工作性能,影响到设备的使用寿命,而噪声则可能影响操作者的健康和情绪,增加操作者的疲劳度。

二、振动和噪声的来源

造成液压系统中的振动和噪声来源很多,主要来源于两方面:机械振动与噪声与流体的振动与噪声。表3-1是对液压元(部)件产生和传递噪声程度排序。

元件与部件名称

产生噪声的名次

传递噪声的名次

液压泵

1

2

溢流阀

2

3

压力阀

3

3

节流阀

4

4

方向阀

5

3

液压缸

5

2

油  箱

5

1

管  路

6

2

3-1    液压元(部)件产生和传递噪声程度排序

 

1、机械系统的振动和噪声

机械系统的振动和噪声,主要是由驱动液压泵的机械传动系统引起的,主要有以下几方面。

1)回转零件的不平衡    液压系统中的电机、液压泵和液压马达等在高速旋转时,如果转动部分不平衡就会产生周期性的不平衡离心力,就会在回转时产生较大的转轴的弯曲振动而产生噪声。随着振动与噪声的传递导致其他零部件产生噪声与振动。

2)安装不当    液压系统常因安装上存在问题,而引起振动和噪声。如系统管道支承不良及基础的缺陷或液压泵与电机轴不同心,以及联轴器柱销松动未及时紧固、橡胶圈磨损未及时更换等,这些都会引起较大的振动和噪声。

2、液压泵(液压马达)的振动与噪声

液压泵本身固有的流量脉冲引起的流体振动在液压系统中,液压泵是主要振动源,其振动量约占整个系统振动噪声的75%左右。液压泵的流量脉动是泵的固有特性,以轴向柱塞泵为例:由于液压泵有多个柱塞同时处于排油腔和进油腔,所以泵的瞬时流量为同一瞬时所有处于排油腔柱塞的瞬时流量之和,即轴向柱塞泵的输出流量是各个柱塞半正弦流量的叠加。当柱塞为奇数时:


                                                      3-1


                                                     3-2

此时输出流量的不均匀系数为:

                                             3-3

当柱塞为偶数时:


                                                      3-4

此时输出流量的不均匀系数为:

                                              3-5

其中:ω为转子旋转角速度;A为柱塞工作面积;R为柱塞在转子上分布的圆半径;为相邻2个柱塞在转子上的间距角;流体不均匀系数;为斜盘倾角; 为缸体斜角。由此可见奇数柱塞泵输出流量的不均匀系数大大低于偶数柱塞泵输出流量的不均匀数。

液压泵(液压马达)通常是整个液压系统中产生振动和噪声的最主要的液压元件。液压泵(液压马达)产生振动和噪声的原因,一方面是由于机械的振动,另一方面是由于液体压力流量积聚变化引起的。

1)液压泵压力和流量的周期变化    液压泵的齿轮、叶片及柱塞在吸油,压油的过程中,使相应的工作产生周期性的流量和压力的过程中,使相应的工作腔产生周期的流量和压力的变化,进而引起泵的流量和压力脉动,造成液压泵的构件产生振动,而构件的振动又引起了与其相接触的空气产生疏密变化的振动,进而产生噪声的声压波传播出去。

2)液压泵的空穴现象    液压泵在工作时,如果液压油吸入管道的阻力过大,此时,液压油来不及充满泵的吸油腔,造成吸油腔内局部真空,形成负压.如果这个压力恰好达到了油的空气分离压力时,原来溶解在油液内的空气便会大量析出,形成游离状态的气泡。随着泵的动转,这种带有气泡的油液转入高压区,此时气泡由于受到高压而缩小,破裂和消失,形成很高的局部高频压力冲击。

吸空现象是造成液压泵噪声过高的主要原因之一。当油液中混入空气后,易在其高压区形成气穴现象,并以压力波的形式传播,造成油液振荡,导致系统产生气蚀噪声。其主要原因有:
  液压泵的滤油器、进油管堵塞或油液粘度过高,均可造成泵进油口处真空度过高,使空气渗入。
  液压泵、先导泵轴端油封损坏,或进油管密封不良,造成空气进入。
  油箱油位过低,使液压泵进油管直接吸空。
  当液压泵工作中出现较高噪声时,应首先对上述部位进行检查,发现问题及时处理。

这种情况的判断较为简单,只需观察静液压油箱内的油位和油箱内是否有大量乳白色的气泡即可。如果油箱油位低,就补油;如果油箱内有大量气泡,就设法排气。排气时,必须使柴油机保持较高转速,使冷却风扇旋转,以使位于较高位置的侧百页窗工作油缸油管内和静液压马达内的空气通过油箱排气孔排出。

3)液压泵内的机械振动    液压泵是由很多的零件构件的,由于零件的制造误差,装配不当都有可能引起液压系统的振动和噪声。液压泵内部元件过度磨损,如柱塞泵的缸体与配流盘、柱塞与柱塞孔等配合件的磨损、拉伤,使液压泵内泄漏严重,当液压泵输出高压、小流量油液时将产生流量脉动,引发较高噪声。此时可适当加大先导系统变量机构的偏角,以改善内泄漏对泵输出流量的影响。液压泵的伺服阀阀芯、控制流量的活塞也会因局部磨损、拉伤,使活塞在移动过程中脉动,造成液压泵输出流量和压力的波动,从而在泵出口处产生较大振动和噪声。此时可对磨损、拉伤严重的元件进行刷镀研配或更换处理。

液压泵配流盘也是易引发噪声的重要元件之一。配流盘在使用中因表面磨损或油泥沉积在卸荷槽开启处,都会使卸荷槽变短而改变卸荷位置,产生困油现象,继而引发较高噪声。在正常修配过程中,经平磨修复的配流盘也会出现卸荷槽变短的后果,此时如不及时将其适当修长,也将产生较大噪声。在装配过程中,配流盘的大卸荷槽一定要装在泵的高压腔,并且其尖角方向与缸体的旋向须相对,否则也将给系统带来较大噪声。

由于静液压泵或马达的柱塞与油缸体的配合间隙过大而产生异音。当柴油机转速从高降到低,或在低转速且冷却风扇工作时,如果听到“嘎啦、嘎啦”的声音,就是因此而产生的。因为当静液压泵或马达主轴旋转时,其连杆通过柱塞的外壁推动油缸体旋转。由于油缸体与主轴的轴线成25°倾角,所以各个柱塞连杆组在作旋转运动的同时还作往复运动,这样就产生了吸、排油作用,若连杆柱塞与油缸体柱塞孔的配合间隙过大,就会影响柱塞的正常吸、排油。当柴油机转速高时,由于静液压变速箱处的噪声较大,静

液压泵或马达的异音就被掩盖,而当柴油机转速低时,就能明显听到这种声音。当柱塞连杆组、配油盘和油缸体间隙过大时,其泄漏油量必增大,将降低静液压泵和马达的容积效率,所以可通过测量其容积效率来判断,方法是将泄漏油管接头拆开,用量杯收集泄漏油量。

由于静液压泵或马达的轴承有故障而产生异音。如果静液压泵或马达工作时发出“哒啦、哒啦”的声音,且用手触摸其壳体,明显感到温度偏高,一般为轴承内外套滚动体、工作面或套圈的配合面发生磨伤、压坑、剥离,或轴承保持架出现飞边、变形、断裂故障。此故障有可能导致静液压泵或马达卡死,危害较大。

由于静液压泵主轴花键与静液压变速箱花键套配合间隙过大而产生异音。如果在静液压变速箱花键处听到夹杂着“吱、吱”的轰鸣声,且随着静液压泵消耗功率增大而变大,一般为静液压泵主轴花键与静液压变速箱花键套侧隙过大引起啮合不良,产生异音。

3、液压阀的振动和噪声

液压阀产生的噪声,因阀的种类,使用条件等具体情况不同而有所不同。按其发生的原因大致可分为机械声和流体声两大类。

1)机械声     大部分的液压阀都由阀芯,阀体,调控零件,紧固件,密封件等几部分组成,他是通过外力使阀芯产生运动,阀芯运动至相应位置使液流发生改变,满足工作要求。在这一过程中,阀内可动零件的机械接触产生噪声。

2)流体声    由于液压阀在进行节流,换向,溢流时,使阀体内液流的流量,方向以及背压发生种种变化,导致阀件及管道的壁面产生振动,从而产生噪声。按其产生压力振动的原因又可分为气穴声,流动声,液压冲击声和震荡声。

 例:溢流阀易产生高频噪声,主要是先导阀性能不稳定所致,即为先导阀前腔压力高频振荡引起空气振动而产生的噪声。其主要原因有:
  油液中混入空气,在先导阀前腔内形成气穴现象而引发高频噪声。此时,应及时排尽空气并防止外界空气重新进入。
  针阀在使用过程中因频繁开启而过度磨损,使针阀锥面与阀座不能密合,造成先导流量不稳定、产生压力波动而引发噪声,此时应及时修理或更换。
  先导阀因弹簧疲劳变形造成其调压功能不稳定,使得压力波动大而引发噪声,此时应更换弹簧。

4、液压缸的噪声

液压缸产生噪声的原因如下:
  1) 油液中混有空气或液压缸中空气未完全排尽,在高压作用下产生气穴现象而引发较大噪声。此时,须及时排尽空气。
  2) 缸头油封过紧或活塞杆弯曲,在运动过程中也会因别劲而产生噪声。此时,须及时更换油封或校直活塞杆。

5、管路的振动和噪声

这主要是由于泵,阀等液压元件的振动在管路上相互作用引起的。研究表明,当管路的长度恰好等于振动压力波长一半的整数倍时,管路会产生强烈的高频噪声。此外,外部震源也可能引起管路共振;而当管路的截面积突然变化(急剧扩大和缩小或急转弯)时,都会使其中的液流发生变化,易产生紊流而发出噪声。


第二节    噪音改善措施

为减少噪声,必须对噪声源进行实际调查,测量分析液压系统的声压级,进行频率分析,从而掌握噪声源的大小及频率特性,采取相应办法。具体列举如下。

一、防止油中混入空气

液压系统往往在运转开始的一段时间内噪声较小,一定时间后,噪声增大,若此时观察油箱中的液压油,可发现液压油变为了黄色,这主要是由于油中混入微小气泡,故此变色。对于这种情况主要从二个方面采取措施,一是从根本上解决,防止空气混入。二是尽快排除混入油体的空气。具体方法为:1泵的吸油管接头密封要严,防止吸入空气;2合理设计油箱。

二、防止液压阀产生空穴现象

液压阀的空穴现象的产生,主要作到使泵的吸油阻力尽量减小。常用的措施包括,采用直径较大的吸油管,大容量的吸油滤器,同时要避免滤油器堵塞;泵的吸油高度应尽量变小。

三、防止管道内紊流和旋流的产生

在对液压系统管路进行设计时,管道截面应尽量避免突然扩大或收缩;如采用弯管,其曲率半径应为管道直径五倍以上,这些措施都可有效的防止管路内紊流和旋流的产生。

四、采用蓄能器或消声器吸收管道内的压力脉动

管道内的压力脉动是系统产生振动和噪声主要原因。在液压回路中设置蓄能器,可以有效地吸收振动,而在发生振动部位附近设置消振器也可有效地减少系统振动。

五、避免系统发生共振

在液压系统中?;岱⑸裨矗ㄈ缫貉贡?,液压马达,电机等)引起底板,管道等部位产生共振;或是泵,阀等道等元件的共振而造成较大的噪声。对于这种现象,可通过改变管道的长度来改变管道的固有振动频率,以及对一些阀的安装位置进行改变措施来消除。

六、隔离振动

对于液压系统中的主要振源(泵,电机)常采用加装橡皮垫或弹簧等措施,使之与底板(或油箱)隔离,也可采用将振源装在底板上与整个系统隔离的办法,这些都可收到良好的减振降噪的效果。

七、注意油温

合适温度:液压系统良好工作的表示。

理想工作温度范围:50-60℃最高不超过85

检查工具:随机佩带接触式温度计和非接触式温度计各一个。

油温过高恶果:氧化加剧,油寿命下降;密封件老化加剧;油粘度下降,部件润滑不良。


第三节        

一、“炮鸣”及其原因

在大功率的液压纪、矫直机、折弯机等液压系统中,由于工作压力很高,当主液压缸上腔通入压力油进行压制、拉伸或折弯时高压油具有很大的能量,除了推动液压缸活塞下行时完成工作外,还会使液压缸机架、工作缸本身、液压元件、管道和接头等产生不同程度的弹性变形,积蓄大量能量。当压制完毕或保压之后,液压缸上行时,缸上腔通回油,那么上腔积蓄着油液的压力能和机架等上述各部分积蓄的弹性变形能突然释放出来,而机架系统也迅速回弹,就会瞬时产生强烈的振动(抖动)和巨大的声响。在此降压过程中,油液内过饱和溶解的气体的析出和破裂更加剧了这一作用,对设备的正常运行极为不利,造成压力表指针强烈抖动和系统发出很大的枪炮声状的噪声,称之为“炮鸣”。炮鸣产生在回路的空行程中。

“炮鸣”是在高压大流量系统设计中,对能量释放不足,未作处理或处理不当而产生的,即在设计上未采取有效而合理的卸压措施所致。

二、炮鸣的危害

1、在立式液压缸上升(返回)空行程产生强烈的振动和巨大的噪声;

2、振动导致连接螺栓松动,致使设备严重漏油;

3、振动导致液压元件和管件破裂,压力表振坏;

4、系统有可能无法继续工作,甚至造成人身安全和设备事故。

三、防止方法

消除炮鸣现象的关键在于先使液压缸上腔有控制的卸压,即能量慢慢释放,卸压后再换向。具体方法如下:

1、采用小型电磁阀卸压(如图3-1所示)。液压缸下行时,小型电磁阀1不通电。当主缸完成挤压以后,在三位四通电磁阀2开始换向之前,借助于时间继电器使阀1先接通2~3s;当液压缸上腔压力降至接近于预定值或零时,在接通阀2换向。由于几乎在没有压力的情况下进行换向,使油缸上行,从而消除了“炮鸣”。

3-1    采用小型电磁阀卸压

2、采用专用节流阀卸压(如图3-1所示)。主缸下腔为挤压腔(工作腔)。当2DT通电时,压力油经三位四通电液换向阀1、液压单向阀2,进入主缸下腔进行挤压,挤压力上升到要求的吨位后,电接点压力表3发讯,2DT断电,进行保压。卸压时由操作者慢慢拧开专用节流阀4,将高压油逐渐放回油箱;当压力表5所示压力值降至5~3Mpa时,再使1DT通电,大量的低压油经阀2、阀1回油箱。

 

3-2    采用专用节流阀卸压

3、采用卸荷阀控制卸压(如图3-3所示)。油缸下行压制工作时,2DT通电。当换向阀1处于中位时,液压机为制动后的保压过程,主缸上腔的高压油使卸荷阀2呈开启状态,保压结束后由时间继电器发讯,1DT通电,阀1切换到右工作位,压力油经阀2回到油箱。阀2的阀前压力使充液阀3中的泄压阀阀芯开启,泄压油流经阻尼孔回到充液油箱,待主缸上腔压力逐渐降至阀2调定的活塞回程压力之后,阀2关闭。同时,其阀前压力将阀3的主阀打开;压力油进入主缸下腔。上腔的大量回油经阀3回充液油箱,活塞得以回程。

 

3-3    采用卸荷阀控制卸压

4、用手动卸压换向阀(专用)泄压(如图3-4所示)。手动卸压换向阀由三部分组成:左端是大口径的单向阀,起充液阀的作用;中部是起换向阀作用的换向阀,右端是为使泵卸荷的换向阀,油口1接泵。

当手柄在位置时,油缸两腔封闭。通路5和6接通,油泵卸荷。当手柄向左摆,滑阀右移,通路5和6断开,油泵工作,压力油经通道7由通路2排出,活塞下降。当工作结束搬到手柄换向,滑阀向左移动时,由于在油缸压力作用下单向阀紧闭,所以当滑阀的顶端9碰到单向阀的阀柄时便停止了。这时通路2与滑阀中的小孔8接通,而使油缸通过通路2、7、8、4卸压,卸压速度由小孔8的大小决定。这时通路5和6接通,油泵卸荷。只有当油缸充分卸压后,滑阀才能继续向左移动打开单向阀,通路2和4接通,同时通路1和3 接通,而通路5和6又断开,这时才开始回程,不会出现“炮鸣”现象。

 

 

 

3-4   手动卸压换向阀的结构及原理图

 

5、采用电磁换向阀K型阀芯机能卸压(如图3-5所示)。给出信号,1DT通电,压力油经三位四通电液换向阀1进入主缸上腔进行挤压,当压力上升到预定压力时,电接点压力表2发讯,通过时间继电器延时保压。保压结束后,1DT断电,阀1在其所带阻尼器的控制下延时切换到中位,高压油也就随着K型阀芯移动,经由小到大的开口量逐步释放,阀芯移动到完全中位时,高压油的能量已大部分释放。这样“炮鸣”就大大减少了。为保证可靠换向,在图中a 处应加背压阀。

 

 

3-5  K型阀芯机能卸压回路

6、闭式回路中卸压换向阀卸压(如图3-6所示)。当活塞加压下降时,a 为压力侧,b 为吸油侧,故下滑阀开启,而上滑阀关闭,卸压阀不起作用。当工作完毕泵换向,b 为压力侧液压力克服了滑阀的弹簧力将其移动到左端,各通路接通。于是缸上腔通过a 、1、4 和节流阀7 卸压,同时泵的吸油也帮助卸荷,仅保持低压以平衡上滑阀的弹簧力。当上腔压力低于下滑阀弹簧力时,下滑阀逐渐关闭,关闭速度可通过节流阀8 来调节,以保证充分卸压。下滑阀的关闭切断了液压泵的卸荷通路,缸下腔压力上升,活塞回程上升。

 

 

 

3-6  闭式系统用卸荷阀原理及结构

7、采用单向节流阀控制卸压(如图3-7所示)。工作循环的挤压信号发出后,1DT、2DT 通电,压力油经插入式锥阀1、2 分别进入主缸和快速缸进行挤压。挤压完毕,行程开关发讯,使3DT 通电,低压控制压力油经二位三通电磁换向阀3、单向节流阀4,推开充液阀5 的小卸压阀芯,高压油经该阀芯所属的阻尼孔卸压;与此同时,行程开关还使时间继电器延时1~2s ,主缸的油压已降至5~1MPa 的低压,大卸压阀芯已开启,延时结束,4DT 得电,压力油经阀1 、单向阀6,进入快速缸下腔,将挤压横梁推回上方位置,主缸的大量油压在低压状态下卸回充液箱,从而避免产生“炮鸣”。

 

3-7  单向节流阀控制卸压回路


第四节    实例分析

1:液压系统振动

185B泵车在使用中当混凝土缸带负荷时,集流阀组就发出刺耳的噪音并且管路出现振动。观察现象发现控制抽缸换向的先导换向阀动作迟缓,似乎该换向阀的控制油路有问题,使其不能及时换向,且在此时出现了比液压溢流还尖利和有节奏的“哒、哒”声,此时手摸主供油管路,感觉脉动较大,但空载时却无异响,液压管路又基本上感觉不到脉动,所以不能完全确定主油泵有故障。当时虽然拆检了先导换向阀的控制油路,结果没有发现问题,最后拆下了主油泵进行检查,发现该柱塞泵的一个柱塞损坏,起不到供油作用,并引起了供油的脉动。当系统卸荷时,液压油路压力较低,故障表现不明显。带负荷时,系统油压增高,此时油泵的脉动供油就暴露出来了,管路出现了明显的振动。所以发现液压系统有振动时应重点考虑油的脉动,然后再查脉动的原因是油泵引起的强迫脉动还是系统自激脉动。一般常见的液压系统振动多数是由于油泵或油马达的流量脉动引起的。


 

2:针对东风4型机车静液压传动系统常见噪音判断及原因分析

一、东风4型机车静液压传动系统的构成

为保证柴油机在最佳的油、水温度范围内工作,东风4型机车设计了高低温静液压传动系统。两个系统除了温度控制阀中感温元件动作温度不同外,其他组成元件的结构原理都是相同的,均由静液压泵、温度控制阀、安全阀、油箱、热交换器、静液压马达及其他管件组成(见图3-8)。由于各种原因,静液压传动系统经常出现异音。若出现这种现象,轻者有零部件损坏,严重时会出现系统故障,危及机车行驶安全。

二、常见异音判断及分析

1、 油箱异音

东风4型机车静液压传动系统油箱,是由钢板焊接而成的特殊箱体(见图3-9)。它的下腔底部安装了一对有扩压作用的喷嘴,喷嘴内孔具有一定锥度。在静液压传动系统工作中,具有一定压力的回油自回油管路先进入上油腔,流经磁性滤清器后从上喷嘴高压喷入下喷嘴,经下喷嘴扩压后进入液压泵的吸油管,从而改善了静液压传动系统的自吸性。造成油箱异音的主要原因有以下几点:

 

 

3-8   静液压传动系统结构图

 

 (1)固定座脱焊。固定座起着固定上下喷嘴的作用,固定座脱焊会使上喷嘴失去固定,静液压油在扩压过程中,上下喷嘴产生振动,固定座与上下喷嘴碰撞敲击,发出“铛铛”声。判断时,可拆下油箱加油盖,通过耳听加以判断。

 

 

3-9   油箱结构示意图

2)上下喷嘴同轴度超限。工艺要求油箱上下喷嘴不同轴度允差为O4 him。由于油箱在工作过程中长期处于油压冲击和振动状态下,固定座经?;岱⑸湫?。同时,在检修过程中,由于油箱是整体焊接箱体,检修人员只注重固定板是否脱焊而不注重上下喷嘴的同轴度检查,因此,油箱上下喷嘴同轴度超限现象时有发生。此时,静液压油从上喷嘴高速喷人下喷嘴就会产生油压冲击,使上下喷嘴产生振动,发出“刺啦”声。判断时,可根据油箱出油管路振动情况用听棒检查。

 (3)油箱内有异物。由于油箱清洗不干净,或油质脏,或加油时有棉纱等异物掉人,使得油箱内部存有异物。这些异物会将上下喷嘴全部或部分堵塞,从而影响静液压泵的自吸能力,产生“刺刺”声,同时还会导致静液压油温度升高。判断时用听棒检查即可。

2、冷却风扇异音

东风4型机车冷却风扇选用的是扭曲叶型轴流式风扇,半径大,焊接部位多。冷却风扇异音的主要原因有以下几个方面。

(1)冷却风扇平衡量超限。工艺要求冷却风扇静平衡量不超过200gram。冷却风扇全速工作时,转速可达l 150r/min,如果冷却风扇静平衡超限,不平衡量部分会产生强大离心力,使冷却风扇产生振动,影响运转平稳性,产生“哗啦”声。

(2)冷却风扇裂纹。冷却风扇叶片是由2 mm C3钢板压型焊接的,焊缝多而长,易产生裂纹。有裂纹的风扇在全速运转时,会产生剧烈振动和共鸣,发出“嚓嚓”声。

(3)冷却风扇轮毂内孔与静液压马达主轴锥面配合不好,在冷却风扇变速运转,特别是启动和降速运转时,会使冷却风扇轮毅和静液压马达主轴发生位移,严重时还会造成滚键,同时产生断续的“咯吱”声。

3、静液压泵和马达异音

东风4型机车静液压泵、马达均采用轴向柱塞式定量泵、马达,产生异音的主要原因有以下几点。

(1)轴承异音。轴承质量差或由于管路清洁度不高使泵、马达轴承供油孔堵塞,造成轴承卡滞,产生“哗哗”声,同时造成静液压泵、马达温度偏高。

(2)活塞与油缸体配合间隙不均匀。如果静液压泵、马达的7个活塞与油缸体孔配合问隙不均匀,当静液压泵、马达工作时,7个活塞吸油排油量不均匀,会产生“嚓啦”声,同时伴有振动。实践证明,当活塞与油缸体孔配合间隙差超过O02 mm时更为明显。判断时,可用听棒检查。

(3)连杆与活塞轴向窜动量过大。工艺要求连杆与活塞轴向窜动量不大于O15mm,如窜动量过大,在静液压泵、马达工作过程中,活塞与连杆会发生撞击,产生“哒哒”声,特别是高速回手柄低速运转时更为明显。

4、 温度控制阀引起的异音

温度控制阀引起的异音主要表现在:恒温元件线性度不好时,在工作过程中,温度控制阀产生突发性开启和关闭,使冷却风扇突然运转,发出轰鸣声。

5、安全阀引起的异音

东风4型机车安全阀是特制的,其开启压力不是定值。它随着管路中压力变化而自动卡滞时,滑阀将不能平滑过渡,安全阀便失去自动调节功能,静液压管路中压力冲击将得不到及时缓解,使静液压管系出现振动,同时产生“嗡嗡”声。


第四章   气穴和气蚀

第一节    基本概念及其危害

一、基本概念

液压封闭系统内部气体的来源有两种,一种是从外界被吸入到系统内的,叫混入空气,另一种是由于气穴现象产生液压油游离出来的空气。

液压油在生产、储运及出厂前的过滤等工作都是在大气压力下进行的,因此油液中含有空气是不可避免的。我们把油中空气称之为掺混空气,掺混空气是以直径很小的球状气泡悬浮于油中,掺混空气的生成有两种方式:
 ?。?/span>1)油品在生产、储运等过程中在与大气相接触,大气与液压油相互浸润融合。实践证明溶解于油液中的空气,对油的物理性质没有什么直接的影响。但溶解了一定数量的空气处于饱和状态的油液,流经节流口或泵入口段,当绝对压力下降到油液的空气分离压时,油中过饱和的空气就被析出,使本来溶解于油中的微细气泡聚集成较大的气泡出现在系统中。
 ?。?/span>2)主要是通过油箱和泵的进油管掺混入油内,如油箱油面太低,泵吸入管口半露于油面或淹深很浅时,均可将空气吸入;若泵的进油管路漏气,则大量的空气会被吸入;再如系统回油管口高于油箱油面时,高速喷射的系统回油卷带着空气进入油中,又再度经油泵带入系统。

在液压系统管路或通道中,当局部压力过低到空气空气分离压以下时,溶解于油液中的空气大量从油中分离出来产生气泡,当压力继续降低到当时温度的饱和蒸汽压以下时,油液即汽化沸腾而产生大量的气泡,这些气泡呈游离状态混杂在油液中,是原来充满在管道和元件中的液体成为不连续状态,这种现象成为气穴现象。

气穴现象的出现,对管路系统的正常工作极为不利,因为气穴现象所形成的气泡会被液流带到高压区而溃灭,此时气穴的体积将要急剧减小,当此过程在瞬间发生时,其周围的液体便以高速向原来气泡所占据的容积,因而引起局部猛烈的液压冲击,使局部位置的压力和温度急剧上升,从而引起管路中强烈的噪声和振动,使液压系统性能变坏。液压附件的壳体和导管壁在反复的液压冲击作用,以及在高速游离出来的空气中的氧气侵蚀下,其内壁表面容易受到腐蚀而剥落,这种现象称为气蚀。

汽蚀涉及许多复杂的物理、化学现象,是一个尚需研究的问题。当前多数人认为汽蚀对流道表面材料的破坏,主要是机械剥蚀造成的,而化学腐蚀则进一步加剧了材料的破坏。

4-1    气蚀的原理图

 

二、对系统的危害
  从经济性和系统工作质量的角度来看,油中气泡对系统的危害是相当大的,主要有以下几个方面:
 ?。?/span>1)系统工作不良。油液是液压传动系统中动力的传递介质,纯净的液压油,其压缩率约为(57)×10-10m3/N,即压力增加10MPa时,容积仅被压缩减少为0.625%。因而在一般的液压系统中可以认为油是非压缩性流体,而不考虑其压缩性。一旦油中混入空气,其压缩率就会大幅度增加,油液本身具有相当高的大的体积弹性系数,严重地危害着系统的工作可靠性,如自动控制失灵、工作机构产生间歇运动等。由于气泡引起的装置误动作还会发生机械、人身事故及加工效益等。
 ?。?/span>2)油温升高。气体在瞬间压缩之后,其温度会急剧升高。气泡在达到高温之后,其周围的油便会产生燃烧,成为系统油温骤然升高的主要原因。然而空气是不宜导热的,油中存有气泡时,其导热系数降低,严重地影响着油的冷却效果。油温升高带来的不良后果有以下几个因。然而空气是不宜导热的,油中存有气泡时,其导热系数降低,严重地影响着油的冷却效果。油温升高带来的不良后果有以下几个主要方面:
  a、加速油的氧化。根据氧化的机理可知,油温在60以上时每升高10,其氧化速度成倍递增。油温的升高是促进油液氧化的主要原因。氧化后的油液通常都会生成酸性化合物,引起系统中金属件的腐蚀现象。所以更容易产生渣泥,连同铁锈、金属屑等机械杂质又作为氧化过程的催化剂,使油液加速氧化。一般希望油温能在90以下,使其具有好的化学稳定性。
  b、油的润滑性能下降。性能良好的油液能在金属摩擦表面形成牢固的油膜。油膜的强度和厚度主要取决于油液的质量。变质后的油液其油膜强度不足以承受工作负载的压力,致使金属表面互相接触,从而导致摩擦力急剧增加,加速零件的磨损,所以说油液的润滑性对于液压装置具有重要意义。
  c、加速密封件老化。液压系统中采用的密封件均由不同化学成分的材料制成各种形式的密封圈、垫,不但要求与油液有好的相容性,而且还要要求有适当的工作油温,如油温超过密封件的正常耐热温度,便会使其加速老化,失去应有的弹性,而导致过早地丧失密封性能。
 ?。?/span>3)导致气蚀的发生。油中气泡被油液带到高压区时,体积急剧缩小,气泡又重新凝聚为液体,使局部区域形成真空,周围液体质点以高速来填补这一空间,质点互相碰撞而产生局部高压,形成液压冲击,使局部压力升高可达数百甚至上千个大气压力。如果这个局部液压冲击作用在固体壁面上,可引起固体壁面的剥蚀,即气蚀现象,它对系统的危害性很大。
  油中气泡还能起系统的振动和噪声的增加以及泵的容积效率减低等不良影响。


第二节 空气混入的途径和气穴产生原因

一、油泵气穴产生原因

因一般石油基的流体,在大气压力和室温下,按体积计通常能够吸收大约9%的空气。溶解的空气并不改变流体的黏度和压缩性,溶解于流体的空气量因与流体表面的空气有关(如图4-2),譬如当气压低到的真空度时,则仅能保持7.5%的空气溶解量,结果产生过饱和现象。于是将要分解出空气,分解的速度同许多因素,包括压力、温度、流体的扰动以及化学成分等有关。

 

4-2    溶解空气量与压力的关系

油泵的气穴性能可以用气穴系数来衡量。下面就来对此作一些分析,图4-3所示为一泵吸入装置的简图。

1)有效汽蚀余量 

 有效汽蚀余量是指液流自吸液罐(池)经吸入管路到达泵的吸入口后,高出汽化压力pV所富余的那部分能量头,用NPSHa表示

2)必需汽蚀余量 

    泵必需的汽蚀余量是表示泵入口到叶轮内最低压力点K处的静压能量头降低值,用NPSHr表示。


4-3   泵吸入装置简图

 

3)汽蚀判别式

NPSHa >NPSHr                泵不发生气蚀

   NPSHa=NPSHr                 泵开始发生气蚀 

NPSHar                  泵严重气蚀

经上述分析可知:液压泵产生气穴的原因主要是液压泵吸油口堵塞或容量选择太小,驱动液压泵的电动机转速过高;液压泵安装位置(进油口高度)距油面过高;吸油管道通径过小,弯曲太多,油管长度过长,吸油滤清器或吸油管浸入油内过浅,冬天开始启动时,油液黏度过大等。这些原因导致液压泵进口压力过低,当低于某温度下的空气分离压时,油中的溶解空气便以气泡的形式析出;当低于液体饱和蒸汽压时,就会产生气穴现象。

、油泵的吸空现象及其防止

油泵的吸空主要是指油泵吸进的油中混有空气。这种情况的出现不仅容易发生气蚀、增加噪声,而且还影响泵的容积效率,还工作油液容易变质等,所以是液压系统不允许存在的现象。

混入油中空气通常呈细小气泡状悬浮在油中,使油的颜色变黄并浑浊。产生这种现象的原因时油箱结构设计和油管布置不合理,油面太低,从回油管中冲出的油使油箱油面剧烈搅动,使空气混入油内或从吸油管吸入气泡;或者是吸油管道的接头处密封不严,吸入空气。油泵吸入带有气泡的油后,同样也会产生气穴现象,因而使噪声增加。图4-4所示为混入空气的百分比对噪声的影响;图4-5表示了在油中气泡被除去后,噪声特别是高频部分降低的情况。

 

4-4   空气混入量对噪声的影响

 

4-5    油液中气泡对噪声的影响

三、液压锥阀的气穴研究

随着液压技术向着高速、高压、大功率、小型化方向的发展,在液压控制阀中的节流部位很容易发生气穴现象。气穴的产生会使阀的特性变坏,使液压系统产生振动、噪声,使金属表面气蚀、损坏零件,缩短液压元件和管道的寿命;造成流量的压力脉动,使系统刚性降低,以及油液变质等等不良后果。因此认识液压阀中产生气穴的状况、气穴与阀口形状的关系,以及液压阀中气穴产生的界限,以避免产生气穴现象是极其重要的事情。本文就锥阀阀口的形状与气穴的关系进行了分析研究。

 

 

4-6   阀座无倒角的情况

1 、锥阀座倒角长度的影响

锥阀几乎没有倒角时(如图4-6所示) ,液流通过阀口进行节流。对于扩散流动和收缩流动两种情况,只要一节流就在下游侧射流表面上产生气穴。而当阀座上有倒角s (如图4-7所示) ,开始在下游侧射流表面产生很少的气穴,很快在倒角入口处开始产生气穴。

 

 

4-7   阀座有倒角的情况

 

2 、气穴对锥阀口流量的影响

通过锥阀口的流量可写成公式:

                                            式4-1

式中 h ———阀座与阀芯之间间隙;

 Δp ———锥阀口上、下游两侧的压力差

 Cq ———锥阀口的流量系统,

                                                  4-2

对倒角相对长度s/ h 不同的锥阀口, 把上游压力p1 固定, 让下游压力p2 变化, 即使其两侧压差Δp = p1 - p2 变化,压差Δp 变化与通过阀口的流量Q 及流量系统Cq 的关系如图3 示。当阀座没有倒角时如图4-8(a) , 气穴的产生不影响流量特性, 流量系数为常数, 流量随压差的增大而增大。当阀座有倒角s ,s/ h > 1 ,从阀座倒角入口0. 1mm处取进入点, 其压力为p0. 1 (如图4-8 (b) ) 。随着气穴的产生, p0. 1 几乎等于零, 流量饱和———阀口流量处于闭锁状态,流量系数变小。当s/ h 近似1 , 阀的流量特性如图3 (c) 所示。随着气穴的产生, 倒角入口处的压力p0. 1 不连续地下降,流量Q 和流量系数Cq不连续地增加, 其后p0. 1 慢慢接近于零时, 阀口的流量处于闭锁状态, 稳定在一定值上, 而流量系数则减小。

3、扩散流动与收缩流动时锥阀座倒角处的压力分布

 

4-7   气穴对锥阀口流量、流量系数的影响

如果把图4-6 (a) 的扩散流动与图4-6 (b) 的收缩流动进行比较,锥阀芯表面与阀座倒角( s) 处的表面虽然是平行的,但过流断面面积却发生了不同的变化。设锥阀顶角为,在扩散流动时,倒角入口处的过流断面面积为πdh , 而出口处的面积为π( d +2 hsin φ) h ,面积的扩大比为1 + 2shsinφ;而在收缩流动时,却是完全相反的。所以, 在扩散流动的锥阀中,在倒角入口处流道最狭窄, 往后逐渐扩大。实际上流束在入口处因急骤收缩, 流束更为狭窄。根据伯努利方程, 在入口流束收缩断面处压力最低(如图4-8(a) 所示,比下游压力p2低的多,因此容易产生气穴。而在收缩流动时, 因流道面积越往后越窄, 所以倒角处表面上的压力是从上游压力p1 向下游压力p2 慢慢地下降,如图4 -8(b) 所示。因此在收缩流动的倒角处很难发生气穴现象。实际上在倒角入口处,因为有流束的分离、收缩, 在该处有一压力下降的现象。

 

 

4-8   锥阀在倒角处压力分布

4、锥阀口气穴的分析

液流通过阀口时,表征气穴发生倾向的系数K为下游压力p2 与上下游压力差Δp = p1 - p2 之比值,:

                                                          4-3

K 值越小,越容易发生气穴。

在阀口流量处于闭锁状态时, 因倒角入口处的压力几乎等于零, 此时的流量可用上游压力p1 与倒角入口处的压力p0. 1 之差表示为:

                           4-4

式中 Cqc ———临界流量系数,不发生气穴的最大流量系数。

由式(2) 、(3) 、(4) 可得到:

                                                   4-5

当锥阀口的s/ h 变化时, 求出气穴产生的临界气穴系数Kc 如图4-9 所示。

 

4-9   锥阀口的零界系数

由图可知,s/ h 接近1 , Kc 值最大, 因而最容易产生气穴。当s/ h 再增大时, Kc 值开始减小。s/ h 0  2 , Kc 值较小,即不容易发生气穴现象。另外从图4 能够看出扩散流动比收缩流动容易产生气穴, 而从图5 也可看出, 收缩流动的Kc 值均较扩散流动的Kc 值为小,即扩散流动比收缩流动容易产生气穴。

5 、结论

由以上分析知,为了避免或尽量减少气穴产生的可能性,在设计锥阀时,需要注意,如果取阀座的倒角长度S ,节流处间隙h ,S / h 1 ,容易产生气穴,而且随着气穴的产生,流量和轴向推力发生不连续的变化。另外, 阀座有倒角时,扩散流动也比收缩流动容易产生气穴。气穴系数K 的临界值为0.4。

 

第三节   气泡的处理措施

一、防止空气混入的措施

1、选用的油液要保证油品质量和适宜的粘度。严格按油尺标准加油,特别是对装有大型液压缸的液压系统,除第一次加入足够的油液外,当启动机械后,油进入液压缸后,油面会显著下降,甚至使滤清器漏出油面,此时需重新加注油液。保持系统清洁。加油时必须注意清洁,切勿带进水分和杂质;加冷却水时,水中一定不要含腐蚀物质。工程机械的各种油液油尺均标有上限和下限刻度,控制油量的正常标准有利于降低穴蚀。应定期清洗磁铁粗滤器,更换各种滤芯,保持油液清洁。注意检查油位。油质和油色,如果发现工程机械液压系统中有水珠、油液变成乳白色或油液呈泡沫状时,应仔细查找水和空气的来源,检查油冷却器和各管接头处的密封性。

2、定期清洗或更换滤油器。

3、油箱设计要合理。如进出油管的距离应有一定的间隔。

4、回油管应在插在最低油面以下(约10mm),回油管要有一定的背压,约0.3-0.5Mpa。

5、注意各种液压元件的泄漏情况,应为泄漏点也是进气的地方。

6、在没有排气装置的油缸上增设排气装置或打开最顶端的接头放气。

7、在油中添加消泡剂。

二、液压泵的气穴防治方法

1、严格按照使用说明书上的使用方法使用。

2、吸油管内流速控制在15m/s以内,管子尽量缩短且减少弯曲。

3、要定期清洗或更换吸油滤油器。要使滤油器在液面以下。

4、管接头要拧紧,防止空气进入。

5、防止油温过高,合理设计散热系统,保证油温正常。如果出现故障,应进行分析,及时排除。如出现油路不畅通,冷却水过少或内、外泄漏时,应立即排除。

6、减少液压冲击。操纵各液压操纵阀、分配间不宜过快、过猛,也不宜过于频繁地加大油门,以减轻液压冲击。

7、保持各结合面的正常问隙。在制造或修理时,按装配的公差下限装配可以减少穴蚀的影响。如已发生穴蚀现象,只能用金相纸抛光除去积炭,切不可用一般的细砂纸打磨。

8、正确保养冷却系统。保证散热器压力盖完好并能正常工作,可以减少穴蚀的产生;让冷却系统的温度保持在合适的范围,以降低气泡破裂的能量;使用适量的冷却液添加剂,可抑制锈蚀作用。

9、操作过程要平稳,避免压力冲击。

三、节流处气穴的防治(具体请看上节关于液压锥阀的气穴研究

1、尽量减小压差,若不能减小压差,可以用多级节流的方法,使每级压差减少。

2、选择节流性能好的阀口形式,要有一定背压。

3、尽力减少通过的压力和流量。

四、传统气泡去除方法的剖析
  人们对气泡研究及其危害性的认识虽然存在不同的看法,但在液压装置的设计制造过程中均考虑了气泡的去除问题,那就是利用系统中必备的油箱进行气泡的去除,尽管油箱的结构上采取了多种措施,如水平截面积大于油液深度、设置隔板而延长油在油箱内的停留时间、进出油口尽量设置得远些以及体积要大等。但从气泡去除效果以及装置结构方面来看仍有下列不足:
1、气泡去除效果差
  采用油箱自然去除法,就是靠气泡自身的浮力而自行浮至油面溶入大气的方法。如果气泡界面的油液没有作向上运动的话,完全要靠自身浮力克服油液的摩擦阻力而向上运动。由于泵的搅拌作用,微细化后的气泡再经阀口高速喷出成为乳化液状气泡,即使在油箱内滞留相当长的时间,靠自行浮上也是极其困难的。因此,仅靠油箱来去除气泡,其效果是相当差的,研究和开发强制式气泡去除装置势在必行。
2、液压装置结构增大
  油箱除具有储油、冷却功能之外,体积大的一个根本原因就是考虑气泡的去除,我国

油箱的体积一般为泵流量的3~5倍,美国行业规定油箱的体积不得小于泵流量的3倍。由于采用大体积油箱,往往使装置整体结构变大,且不经济。

五、强制式气泡去除器

由于传统气泡去除方法存在不足,现在应用一种新型的气泡处理装置,处理效果大大改善。
1、 基本结构与原理
  强制式气泡去除器主要由进油腔、工作腔、导向叶轮、出油腔及排气管等组成。当油液从切线方向进入油腔时,以一定的动能冲向导向轮叶片,在导向轮的作用下,液体作螺旋加速运动,由于油液质量大于气泡质量,在离心力的作用下,气泡向中心轴线处集聚,中心轴线上的压力是随着液流螺旋加速度的增加而递减的,在工作腔最小直径处的中心压力最低,气泡在中心轴线上的压差和接近中心液流的连带作用下向工作腔最小直径处运动而集合,在工作腔与出油腔结合处的右侧附近,液流由于没有螺旋运动,所以此处的压力高于出油腔入口处的压力,大量聚积起来的气体在压力的作用下通过排气管排出装置之外。
2、本装置的主要特点
 ?。?/span>1)由于液流的在工作腔的旋流半径很小,气泡很容易向中心方向移动?;褂性诠ぷ髑坏囊禾?,有较大的离心加速度,所以在半径方向上形成了较大的压力梯度,十分有助于气泡的析出。
 ?。?/span>2)进入到工作腔的液体在导向叶轮作用下具有较大的角动能,促使液体能够维持较长距离的加速旋转运动,这就增加了气泡随油在工作腔内的旋转次数,所以有着相当高的气泡去除效率。
 ?。?/span>3)本装置具有较大的压差范围,所以有较大的流量适应区域,即对于某一规格的装置来说,最大流量不小于最小流量的三倍,通过控制进油压力,可使本装置在一定流量范围内的任一流量下均处良好的气泡去除工况。
 ?。?/span>4)适用于动力传递介质的任何粘度油液的气泡去除。
 ?。?/span>5)由于本装置体积较小,可以忽略其内部通流液体的重量,所以具有任意的安装位置,而不影响汽泡去除效果。
3、应用方式及其效果
 ?。?/span>1)单独作用。将本装置的进油腔与系统回油路相接,出油腔直接通向油箱,一遍去除效果最高可达99.9%。
 ?。?/span>2)与泵组合使用。将本装置的进油腔与系统回油路相接,出油腔与泵的进油口相接,一遍去除效果最高可达100%。
  两种方式共同的特点:一是均安装于油箱内,不怕泄漏;二是安装方便,组成简单;三是无需专用动力,节省能源。
  就谋求油压系统高效率、低成本,把着眼点放在油的质量上,这种说法一点儿也不过份。从液压装置的使用成本来看,除了动力源耗能之外,就要数液压油了。如果能延长油的使用周期,那么就可以使液压系统长时间地处于高效率、低成本的良好状态。事实说明,要使液压油长时间的质量稳定,关键的问题是要解决好油中混入空气这一对油液危害最大的难题。因此,开发和应用强制式液压油气泡去除装置有着十分重要的意义。

 

第四节 
应用实例---关于液压缸的气蚀的防制

液压缸的质量好坏对工程机械的使用效能有着重要的影响。我们在对工程机械的液压缸进行维修时,经??梢钥吹揭貉垢啄诒?、活塞或活塞杆表面有一些蜂窝状的孔穴,这都是气蚀所致。液压缸发生气蚀的危害是相当大的,它会导致配合表面变黑,甚至出现支承环、密封圈烧焦的现象,从而造成液压缸产生内泻。当气蚀与其他形式的腐蚀共同作用时,将会几倍甚至几十倍地加速液压缸主要零件的腐蚀速度,从而严重影响工程机械的正常使用。因此,对液压缸的气蚀作针对性的预防,是十分必要的。

一、产生气蚀的主要原因

1、气蚀的实质分析。气蚀的产生,主要是由于液压缸在工作过程中在活塞和导向套之问的油液中混人了一定量的空气。随着压力的逐渐升高,油液当中的气体会变成气泡,当压力升高到某一极限值时,这些气泡在高压的作用下就会发生破裂,从而将高温、高压的气体迅速作用到零件表面上导致液压缸产生气蚀,造成零件的腐蚀性损坏。

2、液压油质量不合格导致气蚀。保证液压油的质量,是防止产生气蚀的一个重要因素。如果油液的抗泡沫性差,就很容易产生泡沫,从而导致气蚀的发生。其次,油液压力的变化频率过快、过高,也将直接造成气泡的形成,加速气泡的破裂速度。油过热也会增加气蚀发生的几率。

3 、制造及维修不当导致气蚀。由于在装配或维修时未注意使液压系统充分排气,从而导致系统中存有气体,在高温、高压的作用下即可产生气蚀。1-4冷却液质量有问题导致气蚀。当冷却液中含有腐蚀介质,如各种酸根离子、氧化剂等,则易发生化学、电化学腐蚀等,在它们的联合作用下,也会加快气蚀的速度;若冷却系统维护得好,就可以使散热器的冷却液压力始终高于蒸气压力,从而防止气蚀的产生。性能良好的节温器可以使冷却液保持在合适的温度范围内,就能降低气泡破裂时所释放的能量。

 

二、预防措施

预防气蚀的措施虽然气蚀的产生原因是多方面的,但只要采取必要的措施进行积极地预防,气蚀现象还是可以避免的。

1、严把液压油选用关。严格按照用油标准选用液压油。选用质量好的液压油.可以有效地防止液压系统在工作过程中出现气泡。在选用油液时,应根据不同地区的最低气温进行选择,并按油尺标准加注液压油,同时还应保持液压系统的清洁(加注液压油时,应防止将水分和其他杂质带入),经常检查液压油的油质、油位和油色,如果发现液压油中出现水泡、泡沫或油液变成乳白色时,应认真地查找油液中空气的来源,并及时消除。

2、防止油温过高,减少液压冲击。合理设计散热系统、防止油温过高,是保持液压油油温正常的关键。如果出现异常,应查找原因,及时排除。在操纵液压操纵杆和分配阀时,要力求平稳,不宜过快、过猛,也不宜频繁地加大发动机油门,尽量减轻液压油对液压元件的冲击。同时,还应及时地维护冷却系统,使冷却系统的温度保持在合适的范围内,以降低气泡破裂时释放的能量。在不影响冷却液正常循环的同时,可以适当地添加一定量的防腐添加剂来抑制锈蚀。

3 、保持各液压元件结合面的正常间隙。在制造或修理液压缸的主要零件(如缸体、活塞杆等)时,应按照装配尺寸的公差下限值进行装配,实践证明,这样可以很好地减少气蚀现象的发生。如果液压元件已经出现气蚀现象,则只能采用金相砂纸抛光技术除去气蚀的麻点和表面积炭,切不可用一般的细砂纸进行打磨处理。

4、 维修时要注意排气。液压缸在维修后,应使液压系统平稳地运转一定的时间,以使液压系统中的液压油得到充分循环;必要时,可将液压缸进油管(或回油管)拆开,使液压油溢出,以达到单只液压缸排气的效果。

 

三、总结

液压缸是工程机械的重要作业部件,它一旦出现故障将直接影响工程机械的正常使用,气蚀现象是液压缸的主要故障之一。正确认识、了解气蚀现象产生的原因,及时采取措施预防,将大大延长液压缸的使用寿命。


第五章   液压冲击

在液压系统中,控制元件或工作负载的状态发生突变时,由于液流和负载质量的惯性作用,致使系统中的局部压力急剧升高并交替变化,这种现象称为液压冲击。液压冲击所产生的冲击压力可高达正常工作压力的3~4倍,常使得密封元件、管道或其他液压元件遭到破坏,并产生振动和噪声,使液压系统升温,导致连接件松动漏油,使压力阀的调整压力发生改变,严重时可使系统完全损坏,甚至造成人身安全。

压力冲击是一个比较单一、故障部位和产生原因涉及面较小的故障。进行分析判断时,要以故障产生的机理为线索,对系统进行认真仔细的分析,在确定系统压力正常的清空下,着重考虑换向阀的换向性能,油缸的缓冲作用,以及与之连接的机械机构是否完好,就可以顺利的解决故障。

 

第一节    产生原因

一、对管路中阀口突然开闭产生的液压冲击产生原因

如图3-1所示,管路左端连接一体积较大的容积(如液压缸或蓄能器),右端装有阀门。当阀门开启时管道中的流体以流速v流动,设管路中压力恒定不变,若阀门突然关,则管路中流体立即停止运动,即产生完全液压冲击。液压冲击的实质是管路中的流体突然停止运动而导致动能向压力能的瞬间转变。

根据能量守恒定律,经计算推导得出完全液压冲击时压力升高值为为:
                                                    式5-1

                                               5-2

式中:Ρ———流体密度

c———冲击波在管路中的传播速度

ν———流体速度

Ρmax———流体峰值压力

Ρ———流体正常工作压力

由上式可知,对于一定的油液种类和管路来说,均为常数,唯一只能减小的方法是加大管路同通流截面以降低流体速度值。

 

5-1   管道中液压冲击

由图5-1,分析液压冲击的过程,液压冲击的实质主要是管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬间转变,其产生的主要元器件是液压缸和换向阀

时      间

过      程

t=0

阀门瞬间闭死

t=0Ι/C

管中液体自阀门开始向容腔方向依次停下,动能变为压力能,认为有一高压波以波速c由阀门向容腔推进

t=Ι/C

整个管内液体ν=0,处于冲击压力作用下。容腔和管道交界面处于压力不平衡,管道中压力大于容腔中的压力

由交界面开始,管中液体依次向容腔方向松动,已流速向左运动,压力依次恢复正常压力,认为有一正常压力波由容腔向阀门推进

管中压力恢复正常压力,但以流速向左运动,液体有脱离阀门的趋势

从阀门开始管中液体依次停下,压力也依次下降为低压,认为有一低压波由阀门向容腔推进

整个管内液体,处于低压作用下,容腔和管道交界面处于压力不平衡,容腔中压力大于管道中的压力

由容腔开始,液体依次向阀门方向流动,恢复正常压力和正常流速,认为一正常波由容腔向阀门推进

管中液体以流速向右运动,压力以正常压力,和液压冲击未发生前的情况一样,如此结束液压冲击的一个循环

以后的过程周而复始地继续下去。但由于液体由粘性,液体和管道有弹性,所以在液压冲击中要消耗能量,实际上,液压冲击时管道中的压力变化是一个围绕正常压力的逐渐衰减的振荡过程

5-1   液压冲击的过程


5-2   关闭液流通道时管内液压冲击的压力升高值


 

二、高速运动的部件突然被制动、减速或停止而产生的液压冲击

例如:液压缸活塞在行程中途或缸端突然停止或反向,主换向阀换向过快,均会产生液压冲击。

三、系统产生故障原因

系统中含有大量的空气。液压油温度升高,黏度降低,泄漏增加,节流缓冲作用减弱。系统压力调节过高。系统设计不合理,在速度和压力转换环节中都会产生液压冲击。

四、某些元件动作不够灵敏

如系统压力突然升高,但溢流阀反映迟钝,不能迅速打开便会产生压力超高现象。


第二节   处理措施

一、 换向时产生的冲击

1、减慢换向阀的关闭速度,即加长换向时间t。方法是:在换向阀两端采用阻尼器采用单向节流阀调节换向阀的动作速度。如果速度比较稳定,在换向阀两端的油口的接头里加装一个阻尼板。采用电磁换向阀的换向回路中,因速度快而产生的液压冲击,可以换用带阻尼装置的电磁换向阀;适当调低换向阀的控制压力,防止换向阀两端油腔产生渗漏。

2、在滑阀完全关闭前减慢液体的流速。办法时:改进换向阀进、回油口控制边的结构?;幌蚍Ы?、回油口控制边的结构有直角形、锥形和轴向三角槽形等多种型式。当采用直角控制边时,液压冲击较大;采用锥形控制边时,如制动角大,则液压冲击较大;采用三角槽形控制边,则制动过程教平稳;采用先导阀预制动的效果较好。在阀芯的棱边上开长方形或V形直槽,或做成锥形(办锥角为2°~5°)节流锥面,较之直角形控制边液压冲击减小。

3、正确地选择三位换向阀的中位机能。对于多泵分别驱动开式系统,如果供油泵不提供控制油液,换向阀可以选择H型、M型、K型、X型机能,换向阀处于中位瞬间,可实现泵的卸载或基本卸载运行,避免泵与换向阀之间产生液压冲击。如果供油泵提供控制油液,换向阀中位可设计成X型机能或在回油路上设置背压阀,使换向阀处于中位瞬间,由于阀节流口的作用或背压阀的作用,液压泵处于低压状态运行,回路仍保持一定的压力,这样即可满足控制回路的压力要求,又可缓解泵与换向阀之间的压力冲击。对于单泵联合驱动开式系统,换向阀的中位机能应考虑控制回路的要求。

4、适当加大管路的管径,缩短换向阀与油缸之间的管路,减少管道的弯曲。

5、如平面磨床及外圆磨床上快跳动作不能越位,即在结构与尺寸的匹配上保证换向阀快跳后处于中间位置。液压缸左右两腔互通连通油池,可减少制动时的冲击压力。

 

二、高速运动的部件突然被制动、减速或停止而产生的液压冲击

1、对液压缸活塞在行程中途突然停止或反向等所产生的液压冲击。在液压缸进出油口处分别设置,反应快、灵敏度高的小型安全阀;采用动态特性好(如动态调量?。┑难沽刂品?;减小驱动能,即在所能达到的驱动力的情况下,尽可能的减小工作压力;在带有背压阀的系统中,适当的提高背压阀的工作压力;在立式快速下降的液压控制回路中,应设置平衡阀(立式液压机)或背压阀(卧式液压机)以控制下降或水平运动时的冲击速度;采用双速转换。

2、对液压缸活塞在行程终端突然停止或反向等所产生的液压冲击。这种情况一般在液压油缸中设置缓冲装置,来减慢活塞运动速度。如在液压缸进、出油口加装单向节流阀或减速阀。

3、设置行程(开关)阀。

 

三、系统产生液压冲击其他注意事项

1、在系统中设计蓄能器(蓄能器的作用:储存能量,减少冲击),以吸收回路中的瞬时高压;

2、采用液压软管吸收液压冲击能量。

3、防止系统进入空气、注意油温。

4、油缸缸体配合间隙过大,或者密封损坏而工作压力调节过大时都容易产生冲击。

 


第三节   应用实例

1:速度转换时产生的冲击故障

现象:如图5-2(a)所示系统中,由换向阀1对调速阀2和3进行转换,使液压缸进行动作,该系统在工作过程中所产生的液压冲击如5-2(b)所示,即开始慢速启动时

 

5-2液压系统故障图例

 

5-3  液压系统改进图例

也会产生液压冲击,由快速转换慢速时同样也会产生液压冲击。

产生上述故障的原因:首先看此系统设计是否完善,系统没有教明显的液压冲击的因素。由此看来此液压系统的回路并不完美。但按照第一节介绍的液压冲击产生的机理分析,符合第一条体积较大容腔到较小管道的转换原则,存在动能向压力能的瞬间转变。调速阀2和3串联,出现调速阀3出来的压力能经过调速阀2和3两次急剧变化,从而使系统压力产生液压冲击。

系统改进:如图5-3所示,将调速阀2和3并连起来,并不影响系统的动作要求,以消除流量转换时所产生的液压冲击。目的是使慢进转快进和快进转慢进的过程中的冲击均消失。再去掉换向阀5,这样使调速阀2和3在油缸慢速启动前进入工作状态,而不是在油缸慢速启动后慢慢进入工作状态。这样就可以消除慢速启动时的液压冲击。

 

 

2:ZL50装载机动力换档冲击分析及处理

ZL50装载机采用液力机械传动方式, 具有变速平稳、传动比大、作业效率高和无级变速等特点, 是一种应用广泛、性能良好的国产工程机械。使用中有时出现换档冲击故障, 即换档后装载机不能平缓起步, 而是出现短暂的动力传递中断, 然后猛然结合, 使整机出现荷载冲击现象。

一、 ZL50装载机变速器档位

其变速器采用行星齿轮式动力换档变速器,在变速器前部采用双涡轮液力变矩器, 两个涡轮输出轴采用超越离合器连接起来; 变速器后部采用两个行星排, 具有两个前进档和一个倒档。ZL50装载机液力传动机械如图5-4所示。

变速器挂入前进1档时, 制动器11起作用,把右行星排齿圈锁住, 这时左行星排不起作用,仅右行星排传动。动力由变速器输入轴5经太阳轮从行星架、2档受压盘18传出。变速箱挂入前进2档时, 离合器12起作用, 输入轴5、输出轴和2档受压盘18直接相连, 因此这时为直接档。变速器挂入倒档时, 制动器9起作用, 将左行星排的行星架锁住, 此时右行星排不起作用, 仅左行星排传动。动力由输人轴5经太阳轮从齿圈、二档受压盘18传出。

 

5-4   ZL50装载机液力传动机械示意图

 

二、操作系统

换档操作系统为液压式, 主要由液力变矩器、变速操作阀和换档操纵油缸组成。

1、故障分析

ZL50装载机变速器的变速操作液压系统结构如图3-5所示。变速操纵阀主要由主压力阀、弹簧、蓄能器、换向阀和制动脱档阀组成。主压力阀的作用是保证变速器操纵阀的适当油压(1.1~1.5MPa)把压力油一方面通向变速操纵阀, 另一方面通向液力变矩器, 当油压过高时还可起安全?;ぷ饔??;幌蚍в糜诳刂屏礁鲋贫骱鸵桓隼牒掀鞯墓ぷ?/span>, 从而根据使用需要变换不同的档位。制动脱档阀用于制动时使变速器自动脱档, 从而增强制动效果并减少动力消耗。

从图5-5可知, 保证装载机平稳换档的关键零件是弹簧蓄能器和主压力阀。其工作原理: 蓄能器端部的活塞装在活塞缸内, 下方顶在弹簧上,大小弹簧下端分别顶在主压力阀和壳体的凸台上?;钊隙擞攵瞬康穆萑湫纬捎褪?/span>A, 并通过油道与换向阀的连通油道相通。在这段油道上装有单向阀和节流孔?;坏凳庇吐返囊貉沽魅牖坏道牒掀鞯挠透?/span>, 从而使油路中油压降低, 蓄能器油室A的油室经单向阀补充油液, 使制动器或离合器迅速结合。同时由于油室A的油流出, 在主压力阀控制油道(a-b)的作用下, 阀杆左移使系统的油压下降, 当主、从动盘贴紧时, 油缸停止移动, 油压上升, 一部分油液经节流孔流向油室A, 油室A的压力逐渐升高, 推动活塞右移, 压缩弹簧, 主压力阀的阀杆右移, 这样系统的油压便逐渐升高, 使主、从动部件结合平稳, 实现平稳可靠换档。

 

5-5    变速器操纵液压系统

单向阀的作用在于及时向换档制动器或离合器的油缸补油, 使换档迅速。同时在补油后, 使主压力阀的阀杆左移, 降低换档开始时系统的压力。节流孔的作用在于换档后使系统的压力逐渐地上升, 从而换档制动器或离合器的主、从动摩擦片逐渐压紧, 使换档柔和无冲击。从以上换档时变速操纵阀的动作过程分析见, 实现平稳换档需要弹簧蓄能器与主压力阀的配合, 使油压在换档后逐渐上升。假如没有弹簧蓄能器及油道上的单向阀和节流孔, 也能换档, 但换档过程由于没有系统油压的先降后升, 必然是有冲击的。

在实践使用中, 如果出现换档冲击, 应先检查位于油室A的端间的阀体上的单向阀的节流孔有无堵塞, 可以用压缩空气或细铜丝疏通。另外, 由于只有弹簧蓄能器的活塞和主压力阀的阀杆的移动才能实现系统油压的变化, 因此也需要检查活塞和阀杆有无卡死现象。根据实践经验,如果油路系统没有按照规定时间清洗, 油液杂质过多, 容易导致节流孔的堵塞和活塞的卡死。这是导致换档冲击的常见原因。

2、 故障处理

为了保证ZL50装载机变速性能完好可靠, 一方面需要保持整个液压系统的清洁, 防止杂质堵塞液压油管; 另外在维修保养过程中必须保证主压力阀的工作压力处于厂家设定的范围内, 否则需要进行调整。

 


第六章  液压系统温升发热

第一节    液压系统高温的危害

液压系统的温升发热和污染一样也是一种综合故障和表现形式。液压系统在进行能量传递的过程中不可避免要造成一定的能量损失,致使系统油温升高,一般油温控制在30~55℃的范围内比较理想,因为此时油液的粘度、润滑性和耐磨性均处于最佳状态,系统传递效率最高。温度过高将会引起一系列故障的发生。

(1)使机械产生热变形,液压元件中热胀系数不同的运动部件因其配合间隙变小而卡死,引起动作失灵、影响液压系统的传动精度,导致部件工作质量变差。

(2) 使橡胶密封件变形,加速老化失效,降低密封性能及使用寿命,造成泄漏。

(3)使油的粘度降低,泄漏增加,泵的容积效率和整个系统的效率会显著降低。由于油的粘度降低,滑阀等移动部件的油膜变薄和被切破,摩擦阻力增大,导致磨损加剧。如导致溢流阀锥阀阻尼降低,使锥阀稳定性变坏,引起自激振荡噪声,溢流阀高频啸叫,使溢流阀不能正常工作。

(4) 加速油的氧化。根据氧化的机理可知,油温在60以上时每升高10,其氧化速度成倍递增。油温的升高是促进油液氧化的主要原因。氧化后的油液通常都会生成酸性化合物,引起系统中金属件的腐蚀现象。所以更容易产生渣泥,连同铁锈、金属屑等机械杂质又作为氧化过程的催化剂,使油液加速氧化。一般希望油温能在90以下,使其具有好的化学稳定性。并析出沥青物质,降低液压油的使用寿命。析出物堵塞阻尼小孔和缝隙式阀口,导致压力阀卡死而不能动作、金属管路伸长而弯曲,甚至破裂等。

(5)使油的空气分离压降低,油中溶解空气逸出,产生气穴,致使液压系统工作性能降低。

各种机械设备对液压系统温升均有严格的规定,并且有关的国家标准或行业标准,比如机床行业的机床液压系统应贯彻JB/T 10051—1999《金属切削机床液压系统通用技术条件》中规定,液压系统温升不得超过30℃。

第二节 液压系统发热的原因

一、外部热源

液压设备使用场地不同,其外部热源也各不同。例如:热带地区的高温;热加工处理设备(炉子、浇铸机等)本身温度较高,且设备周围散热条件不良所引起的热源等。

二、内部热源

液压系统的各种能量损伤必然带来发热温升。液压装置一般情况和液压系统的能量损失情况如图6-1与图6-2所示,根据能量守恒定律,这些能量损失必然转化为另一种形式----热能,从而造成温升、发升。

 

6-1   液压装置一般损失情况

 

6-2    液压系统的能量损失情况

1、机械磨损损失。由两个或两个以上的零件的相对运动,如滑阀与阀孔之间,柱塞与缸筒之间的摩擦而产生的热量。

2、压力损失。由液体流过的管道、阀孔、节流孔等引起。

3、容积损失。由高低压两腔之间的内泄漏以及管接头处的外泄漏引起。

三、设计不合理

目前液压系统温升过高,有相当一部分是由于设计和装配不当引起,可以归纳为以下几个方面。

1、油箱面积小、散热条件差及散热系统出现故障时导致温度升高

油箱面积应根据不同系统的使用状况和散热条件来确定。设计不合理,安装位置不当,可造成散热不良,使油液发热。

散热器是液压油的冷却装置,一般多采用风冷式结构。当其上的散热片表面沉积污物过厚时,将造成散热器通风不良,致使油液过热。带节温装置的散热系统,如节温器失去作用,也将造成系统油温过高。油箱中液面过低时系统循环的油量不足,也会出现油温过高的故障。

2.压力调整不当造成系统温升过高

当系统压力调整过高时,溢流阀不能正常溢流降压,造成内泄漏增加,致使系统油温升高。对回油路上带背压阀的液压系统,若背压阀调压过高,也会因回油阻力过大而造成温度过高。当回油滤芯堵塞或回油管路老化脱层时也将造成背压偏高,增加油液流动时的压力损失,造成温升过高。

3.液压油牌号选择不当造成系统油温过高

标志油液牌号的重要参数是油液粘度指标。油液粘度大小直接影响系统工作状况,粘度过高,油液流动损耗增加,传递效率降低,造成油温升高;粘度过低,泄漏量增加,系统容积效率下降,也会造成油温升高。反过来,温度又是影响油液粘度的重要因素,如图6-3为LAN32粘温特性曲线,由图可知,油液粘度随温度上升而显著下降。如油液牌号选用不当,特别是油液粘度选用不当,将严重威胁液压系统的正常工作。

 

6-3     粘温特性曲线

4.变速箱换档制动片滑摩产生油温过热(属于机械磨损)

变速箱换档制动片滑摩产生的热量是液压传动系统油温过热的另一主要原因。变速箱换档制动片在开始接合与开始分离的瞬间有极短时间的滑摩,这是机械无法克服的。这时液压传动油就起到润滑与冷却的作用,换句话说,滑摩产生的热量要传递到液压传动油中。如滑摩时间过长,液压传动油的工作温度就会迅速升高。造成变速箱换档制动片滑摩时间较长的原因主要有三个。

(1)摩擦制动片磨损严重,摩擦力减少,转矩大时无法达到完全接合。

(2)换档工作液压缸的压力达不到规定值,致使制动片夹紧无力。工作油缸压力降低的原因是系统内密封失效,产生内泄或液压泵磨损严重,供油压力不足或压力调节阀被卡住或弹簧失效。

(3)传动油过滤器阻塞,油路不畅,流量不足,压力建立迟缓。

5、液压元件选择不当

例如:油液流过阀口时压力降低,换向阀换向时液压冲击过大,滑阀与阀孔之间的间隙过大导致泄漏等。

1)定量泵回路中的溢流流量过大。采用定量泵节流调速调速系统其溢流量过大,使油液发热严重。当活塞移动速度由快进转至工进时,实际通过节流阀的流量是泵输出流量的30%,则经过溢流阀的流量是泵的70%,如果活塞工进行程时间占整个工作时间T的30%,则在这种情况下的发热损失功率为

3)管道内油流速选择过高,使管道内压力降增大,尽量使管道弯曲减少,特别是90°的弯头。

6、加工制造和使用不当

元件加工精度以及装配质量不良,相对运动件之间的机械摩擦损失大。

相配合件的配合间隙太大,或使用磨损后导致间隙过大,内、外泄漏量过大,造成容积损失大,如泵的容积效率降低,温升快。

 

四、发热损失功率的计算

液压系统的发热损失功率,应根据具体系统的实际压力损失和容积损失进行逐项计算。

1、 泵的发热损失功率


第三节    防止温升的措施

一、合理设计油箱

油箱除了储油之外,还有一个作用就是散热。油箱面积小,散热条件差会导致温度升高,所以,改善散热条件,有效地发挥箱壁的散热效果,适当地增加油箱容量,是抑制液压系统油温过高行之有效的办法。

一般的实践经验,开式液压系统油箱的有效容积为泵每分钟流量的35倍。在系统连续工作时,应按计算发热量来确定。油箱的有效容积为

从上面的公式可求出油箱的有效容积,以便为系统提供合理的散热面积。

若不便于增加油箱容量,可采取强迫冷却措施即安装冷却装置降温。图6-4所示是冷却器的一种连接方式,油冷却器在液压系统中应串联安装在回路中或在溢流管路中,因为这时的油液温度较高,冷却效果好。液压泵输出的压力油直接进入液压系统,已经发热的回油和溢流阀溢出的热油一起通过油冷却器进行冷却。并联的安全阀用来?;び屠淙雌?,当不需要冷却时将截止阀打开。

 

6-4油冷却器的连接方式

1.过滤器   2.油泵   3、6.溢流阀   4.截止阀   5.安全阀

二、合理选择液压油

合理选择液压油,针对某一液压系统,只能选用特定的粘度范围且粘温特性曲线变化尽量小的液压油。若粘度偏高,应更换粘度较低的液压油。对于不同精度液压设备,应选择相应档次和质量的液压油,并尽可能采用粘温特性曲线变化较小的液压油。如有特殊情况可用牌号指标相近的油液代用,但严禁不同牌号的油液混用,否则将因油液变质,而使油温过高。

同时,工作油在使用过程中的状态经常发生变化,应经常观察,防止使用变质油液。对于工作油气泡、水油混合物、污染等要特别注意。工作油的适用期取决于其清洁程度,它与机器作业条件、工作油质量、油温和过滤精度有关。当油温超过规定值时,即应卸载进行空运转,待油温正常后再工作,必要时要检查过热原因并予以排除。

三、选用节能液压泵

使系统产生热量损失并使油温升高的主要根源之一就是液压泵,所以选用节能液压泵非常重要。限压式变量叶片液压泵适用于机床执行元件有快速行程和工作进给的情况?;部焖偾敖?,液压泵的供油压力小于预先调定的压力,泵的流量接近最大;当机床工作进给时(有负载),泵的供油压力大于预先调定的压力,泵的流量急剧下降。这说明限压式变量叶片液压泵的排量与系统的需要量相适应,它和采用一个高压大流量的定量泵相比节省了功率损耗,减少了油液发热,可控制温升。

四、设计卸荷回路

当液压机械短时间停止工作,或在某段时问内保持很大压力,而运动速度极慢时,液压泵的油液经溢流阀流回油箱,而溢流阀的压力已调定,这样,溢流阀就会在消耗很大能量的情况下工作,使系统温度升高。所以,必须设计液压泵卸荷回路,减少能量损失。

6-5所示为用换向阀使液压泵卸荷的回路,换向阀在中问位置时,液压泵可通过换向阀连通油箱。在这个位置时,机床执行元件停止工作。

 

6-5   用换向阀使液压泵卸荷的回路


第四节    
实例分析——外啮合齿轮泵由温升造成的失效


在长时间过度的超载和油温作用下,齿轮泵会过早失效,具体表现为以下一些现象和特征。

一、浮动侧板内侧与齿轮轴轴肩互相咬死。

拆卸后会发现,侧板内侧被拉毛。这是因为在高温高压的作用下,侧板与齿轮轴轴肩的相对间隙变小,使它们在相对高速旋转的过程中互相挤压。这样,在径向不平衡力和油液中固体颗粒污染物的复合作用下,就极易咬死。

二、轴承和齿轮轴相互咬死

在高温的作用下,DU轴承与齿轮轴的相对间隙变小,加速了轴承的磨损;在高压的作用下,齿轮和轴承受到过高的径向不平衡力,加速轴承的磨损。当轴承严重磨损后,轴承和齿轮轴之间润滑油膜被破坏,摩擦阻力增加,磨损增大,造成轴承和齿轮轴咬死。另外油温过高引起粘度下降,也会引起润滑油膜的破坏。

三、齿轮泵壳体内壁吸油偶严重磨损(即扫膛)

过高的油温使齿顶与泵壳体之间的径向间隙变??;压力越高,径向不平衡力也越大,当径向不平衡力很大时,能使齿轮轴弯曲,使齿顶与泵壳体内表面接触,造成严重磨损。从表1中可以看出,扫膛所占的比例达到29 ,相对较高。因此,对油温和压力必须加以控制。另外,过高的油温会导致侧板外侧沟槽内的支承环变软、密封圈硬化。而过高的压力极易引起轴封的损坏。


第七章 爬行

第一节  液压爬行的机理和产生原因

一.基本概念

液压设备的执行元件常需要以很低的速度(例如每分钟几毫米甚至不到1mm ) 移动(液压缸)或转动(液压马达)。此时往往会出现明显的速度不均,断续的时动时停、一快一慢、一跳一停的现象,这种现象称为爬行,即低速平稳性问题。不出现爬行的最低速度,称为运动平稳性的临界速度。

 

二、爬行的机理

    当物体在滑动面上移动时,摩擦力F 取决于正压力N 和摩擦系

μ,即F=μN 。摩擦系数的数值决定于摩擦表面粗糙度、摩擦面材料性质、摩擦面间的润滑条件、相对运动速度大小及摩擦面运动前的停止时间等。


 

7-1  μ-v关系图

 

7-1所示,当两对滑动面为金属并有液体润滑时,摩擦系数随速度的变化规律。纵坐标为摩擦系数,横坐标为相对运动速度。图中从1到2,随着运动速度增加,摩擦系数下降,下降至最低点2 为止,这就是所谓摩擦力降落特征,也就是运动物体产生振动的主要原因。摩擦系数随运动速度增加而下降的原因,主要是由于润滑条件的变化。物体静止时,两润滑面间的润滑油被挤出,呈干摩擦或近于干摩擦。运动后润滑剂不断增加,两润滑面间由于摩擦转化为半摩擦,直至速度增加到点2,完全转化为湿摩擦,这时两金属面间建立了一层油膜,被油分子隔开。当速度继续增大,自2到3摩擦系数也增大,这时摩擦系数有正阻尼性质,能阻止物体产生高速振动。

其次产生爬行的原因是油液刚度不稳定,特别是液压系统中混入一定的空气,空气的可压缩性,从而导致油液刚度减小。油液刚度愈大,产生爬行的可能性愈小,在其他条件不变的情况下,一切使油液刚度变小的因素,都会产生爬行。

再次是液压缸制造和使用不当方面的原因造成的爬行。

 

三、产生爬行的原因

同样是爬行,其故障现象是自区别的:有有规律的爬行,有无规律的爬行;有的爬行无规律且振幅大;有的爬行在极低的速度下才产生。产生这些不同现象的爬行,其原因各有不同的侧重面,有些是机械方面的原因为主、有些是液压方面的原因为主、有些是油中进入空气的原因为主,有些是润滑不良原因为主。液压设备的维修和操作人员必须不断总结归纳,迅速查明产生爬行的原因,予以排除。现将爬行原因具体归纳如下:

(一)静、动靡擦系数的差异大

1、导轨精度差;

2、导轨面上有锈斑;

3、导轨压扳镶条调得过紧。

4、导轨刮研不好,点数不够,点子不均匀;

5、导轨上开设的油槽不好,深度太浅,运行时己磨掉,所开油槽不均匀,油槽长度太短;

6、新液压设备,导轨未经跑合;

7、油缸轴心线与导轨不平行;

8、油缸缸体孔内局部段锈蚀(局部段爬行)和拉伤;

9、油缸缸体孔、活塞杆及活塞精度差;

10、油缸装配及安装精度差,活塞、活塞杆、缸悻孔盐缸盖孔的同轴度差,

11、油缸活塞或缸盖密封过紧,阻滞或过松;

12、?;奔涔?,油中水分(特别是磨床冷却液)导致有些部位锈蚀;

13、静压导轨节流器堵塞,导轨断油。

(二)液压系统中进人空气,容积模数降低

1、油泵吸入空气

1)油箱油面低于油标规定值,吸油滤油器或吸油管裸露在油面上;

2)油箱内回油管与吸油管靠得太近,二者之间又未装隔板隔开<或未装破泡网),回油搅拌产生的泡沫来不及上浮便被吸入泵内;

3)裸露在油面至油泵进油口处之间的管接头密封不好或许接头因振动松动,或者油管开裂,而吸进空气;

4)因泵轴油封破损、泵体与泵盖之间的密封破损而进气;

5)吸油管太细太长,吸油滤油器被污染物堵塞或者设计时滤油器的容量本来就选得过小造成吸油阻力增加;

6)油被劣化变质,因进水乳化,破泡性能变差,气泡分散在油层内部或以网状气泡浮在油面,泵工作时吸入系统;

7)泵内零件磨损严重,间隙过大,引起输出流量和压力不足或产生波动,阀配合间隙过大,高低压油腔相通,严重泄漏,引起压力、流量不稳定;

8)液压缸未设排气装置进行排气;

9)油液中混有易挥发的物质(如汽油、乙醇等),它们在低压区从油中挥发处理形成气泡;

11)泵排量及压差变化、脉动;

12)电机转速不均匀,电压不稳定;

13)油的黏度不合适,润滑不充分,润滑性差,温升导致油液黏度变化,使摩擦阻力变化。

 2、空气从回油管反灌

    1)回油管工作时或长久裸露在油面以上;

    2)在未装背压阀的回油路上而缸内有时又为负压时;

3)油缸缸盖密封不好,有时进气,有时漏油。

(三)液压元件和液压系统方面的原因

1、压力阀压力不稳定,阻尼孔时堵时通,压力振摆大,或者调节的工作压力过低;

2、节流阀流量不稳定,且在越过阀的最小稳定流量下使用;

3、泵的输出流量脉动大,供油不均匀;

4、活塞杆与活塞不同心。

5、活塞杆全长或局部弯曲。

6、液压缸的安装位置偏移。

7、液压缸内孔直线性不良(鼓形锥度等)。

8、缸内腐蚀、拉毛。

9、双活塞杆两端螺冒拧得太紧,使其同心度不良。

10、油缸内外泄漏大,造成缸内压力脉动变化;

11、润滑油稳定器失灵,导致导轨润滑油不稳定,时而断流;

12、润滑压力过低,且工作台正又太重;

13、管路发生共振;

14液压系统采用进口节流方式且又无背压或背压调节机构,或者虽有背压调节机构,但背压调节过低,这样在某种低速区内最易产生爬行。

(四)液压油原因

1、油牌号选择不对,油的黏度不合适,润滑不充分,润滑性差,温升导致油液黏度变化,使摩擦阻力变化。

2、液压油污染严重,压力阀时堵时通,压力阀振荡引起压力脉动;滑阀移动不灵活,造成系统压力波动大。

(五)其它原因

    1、油缸活塞杆、油缸支座刚性差,密封方面的原因;

2、电机动平衡不好、电机转速不均匀及电流不稳定;

3、机械系统的性能差等。


第二节  消除爬行的方法

根据产生爬行的原因,消除爬行主要从使用和制造两个方面入手,主要措施如下:

    1、在制造和修配零件时,严格控制几何形状偏差、尺寸偏差和配台间隙。

    2、修刮导轨,去锈去毛刺,使两接触导轨丽接触面积75%,调好镶条,油槽润滑油畅通。

    3、以平导轨面为基准,修刮油缸安装面,保证在全长上平行度小于0.1mm;以V形导轨为基准调整油缸精塞杆侧母线,二者平行度在0.1mm之内?;钊擞牍ぷ魈ú捎们蚋绷?;

    4、油缸活塞与活塞杆同轴度要求≤0.04/1000,所有密封安装在密封沟槽向不得出现四周上的压缩余量不等现象,必要时可以外圆为基准修磨密封沟槽底径。密封装配时,不得过紧和过松;

5、采用合适导轨润滑用油、必要时采用导轨油,因为导轨油中含有极性添加剂,增加了油性,使油分子能紧紧吸附在导轨面上,运动停止后油膜不会被挤破而保证流体润滑状态,使动、静摩擦采数之差极??;

6、增大液压系统的刚度,刚度愈小,愈容易产生爬行,空气混入油液,系统的刚度会大幅度减小。因此,要防止空气进入系统内,并通过系统中的排气装置进行排气;泵的吸油管与系统的回油管口要尽可能地低,两者之间要有尽可能要等距离,并在两者之间加设隔板或消泡网;泵的转速不宜选取过高,以1000r/min 为宜,最好不要超过1500r/min;

7、液压系统起动后,要先空运行几个周期,然后再带负载工作,一是提高系统温度,二是利于系统中的空气排出。三是让各个运动表面得以充分利用;

8、减少系统泵站流量和压力的波动,对泵而言,螺杆泵的流量脉动最小,其次是叶片泵、柱塞泵,最严重的是齿轮泵。在系统重要回路上设置减压阀、节流阀稳定压力和流量,还可以设置蓄能器,吸收系统压力冲击;

9、减少动、静摩擦力的差值,为此要使相对运动表面保持良好的润滑状态,必要时,采用静压导轨、滚动导轨代替普通滑动面,并用高压润滑代替滴油润滑,在润滑油中添加极性添加剂,以提高润滑油膜的强度,满足重载工作条件;


12、设置合理的背压,设置背压可使系统的负载均匀,稳定系统的刚度,从式7-3可以看出,如果系统的运动速度愈低,系统中的背压就需设置得高一点,但系统背压设置愈高,消耗的无用功就越多,所以,系统背压要均衡考虑;

13、严格缸筒、活塞组件的制造技术要求,特别时形状精度、位置精度和表面粗糙度,如活塞与活塞杆同轴度误差、活塞杆圆柱度误差、液压缸圆柱度和圆度误差、液压缸轴线的直线误差等,制造时必须保证,缸筒要采用滚压或研磨工艺,装配后液压缸的起动压力为0.06~0.04:额定工作压力),低速运动的液压缸的起动压力应在0.1Mpa 以下。

14、液压缸后市和活塞杆出的密封要采用接触应力小、摩擦力小的结构形式,如星形密封圈,Z-L 密封圈,T-V密封圈等新型密封形式,这些结构的密封圈与O 型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈相比,摩擦力小,可有效地降低临界速度;或采用组合式密封结构,用弹性大的O型密封圈和摩擦系数小的格来圈、斯特圈构成组合密封结构。


第三节   实例解析

1:液压缸运行阻力过大的原因分析及处理

液压缸在运行中常常出现阻力过大(即别劲) ,它是液压缸产生爬行现象的主要原因之一。液压缸运行阻力过大对液压系统的正常运行危害很大。下面就液压缸运行产生阻力过大的原因进行粗浅的分析。

一、安装技术质量问题引起的液压缸运行阻力过大

液压缸在装配时如不严格按照装配工艺要求,很容易造成阻力过大。

a) 载荷运动方向与缸的轴心线不一致活塞杆与载荷的连接点应该在液压缸的轴心线上运动,但在实际装配中难以实现。因此,在安装时应使缸体滑动部位的间隙以及活塞杆的挠曲等能有效吸收,就能使液压缸运行过程中不产生别劲现象。

判断装配过程中是否会别劲,可将活塞杆放到拉出位置、中间位置以及最里位置,把跟载荷相连接的部位脱开,如活塞杆能顺利地装上或拆离开,即认为正常。

如轴心线有少许不重合,那么当活塞处于最里位置时,应作到中心线重合,没有偏差;而活塞在向外运动时,可允许有些偏差,这主要是因为活塞杆抽出后,因自身重量的关系将有挠曲,稍许的位置偏差可以被吸收。

b) 缸体与载荷的连接方法不理想用固定式液压缸来驱动作大半径圆弧运动的工程机械,如图7-2所示,这样做很容易产生阻力过大。虽然,连接部件上做有长形孔,连接销随摆臂的运动,不断移动其位置,使之与活塞杆的轴心线相吻合。但除去摆臂与活塞杆成直角的位置以外,连接销推动的是一个斜面,当运行一阻滞,则立即在活塞杆上产生较大的垂角方向的力,使活塞杆承受横向载荷而导致运行时的阻力过大。

按上述方式运行,在设计液压缸时,应充分考虑到承受该允许横向载荷数值。

修理补救措施:一是摆臂滑动面一定要保持光滑和润滑;二是在连接销上安装滚动套圈。但最彻底的方法是尽量避免该类连接方法,如改成活塞杆齿条———齿轮的型式。

c) 缸体受热拱曲变形液压缸在油液温度及内压作用下,应该可以自由伸展,安装时若伸长方向受到限制,如定位档块设置不当,一块装在缸盖前面,一块装在缸底后面,特别是对大行程液压缸,其长度方向无法膨胀,必然会使缸体弯曲变形,从而引起液压缸运行阻力过大。在安装时为避免缸体因受热而弯曲变形,就不能限制住缸体的热膨胀线性延伸。当缸体行程较大时,应一端固定起来, (通常是在缸盖端) ,另一端则采用滑动、浮动等方式使其保持自由状态。

 

7-2    易产生横向力的连接方法

 

二、因载荷反作用力使液压缸歪斜从而引起运行中的阻力过大

这种情况大都是液压缸工作时才产生的别劲现象。无载荷时,许多场合检查不出来。带底座的液压缸,因安装底座刚性不足引起的挠性变形就属于此类。液压缸在工作时钢板底座承受着缸体推力的反作用力而产生变形。如图7-3(a) 所示,脚架安装的液压缸,底座因刚性承受不了负载而导致变形。图7-3(b) 所示,法兰类安装时,也会由于底座刚性不足,引起安装变形的情况。

 

a —脚架安装类;b —法兰安装类

7-3  底座刚性不足

检测方法:在液压缸与载荷之间,联接牵引力测力器,或在活塞杆滑动部分的顶端贴上应变仪传感器进行测定。求出实际载荷与液压缸实际运动时所产生牵引力的差值,便可确定。

处理方法:更换底座板或将底座板拆下,如底座板变形应先压平或敲平,再焊接加强筋、三角撑等加固结构。

三、液压缸行程过大引起运行时的阻力过大

  对卧式大行程液压缸,当活塞从缸体的最里位置或最外位置开始运动时,活塞杆工作条件处于最不利的状况,尤其是前一种状况最为严重。因活塞杆的质量对活塞产生一个倾倒力矩,造成活塞滑动部位两端的接触面压力极大增高?;钊顺奶咨弦泊嬖谕榭?/span>,活塞杆的转矩也作用在衬套滑动部位的两端局部圆面上,形成很大的表面接触压力。当表面接触压力过大时,极有可能造成滑动面断油,出现爬行现象。

处理方法:为防止面压升高,可减轻活塞杆的重量,增加活塞的宽度。例如采用无缝钢管作活塞杆,加长活塞体,外层铸上铜合金或加聚甲醛支承环作为滑动部分等。

四、缸壁和衬套的烧接现象

前述故障如不能及时排除,进一步发展,很可能发生缸壁和衬套的烧接现象。如果缸内进有异物,会加快烧接故障的发生。发生烧接部位的工作阻力增高,此时液压缸将不能平滑运行。

 

 

2:液压缸低速爬行故障的解除

液压缸产生低速爬行的主要原因是,有杆腔和无杆腔存有气体且在压力作用下,体积发生变化甚至瞬间产生气体爆炸,造成液压缸速度不稳定;液压缸活塞和缸体、活塞杆和导向套之间的滑动配合间隙太大或太小,零部件制造存在误差,造成滑动面的受压与摩擦力不均匀,引起液压缸低速爬行;液压缸内导向元件摩擦力不均匀,如非金属支

撑环尺寸不均匀,随油温变化尺寸增大或减小,使配合间隙变化,导致液压缸的速度不稳定:丁腈橡胶、聚胺酯橡胶、聚四氟乙烯等密封件材质,若其硬度、强度和跟随性有问题,将直接影响其和滑动表面的摩擦力,另外,对于唇口密封,油压波动会使密封区的接触压力产生变化,从而使液压缸速度发生变化;液压缸缸体内壁和活塞杆表面的加工精度和几何精度(尤其是加工中难以保证的直线度)对液压缸的低速稳定性影响很大。

排除方法是,排除有杆腔和无杆腔内的气体,必要时可在管路或液压缸的两腔设置排气装置;正确设计液压缸活塞和缸体、活塞杆和导向套之间的滑动配合间隙,理论

上的配合基制为H9 h9 ,也有H8f8(根据笔者经验,液压缸的缸径和杆径由小到大,如都按此来设计配合间隙,对于 200mm的较大缸径和 140 mm的杆径,此配合间隙就显得过大,在实际应用中,这类液压缸的低速爬行现象较小缸径的严重, 如间隙设计为005015 mm,则低速爬行现象明显改善):优先采用QT5007、ZQAL9-4

材质的金属支撑环,亦可选用在油液中热膨胀系数小的非金属支撑环,同时,必须严格控制支承环的厚度尺寸公差和均匀性;在工况允许的前提下,应优先采用以聚四氟乙烯作为密封的组合密封圈,如常用的格莱圈、斯特封等(如唇口密封优选丁腈橡胶或类似材料的密封件,其跟随性较好);目前,活塞杆表面加工基本上是车后磨削,保证直线度问题不大,但缸体内壁加工因国内管材坯料直线度差、壁厚和硬度不均匀等因素,直接影响缸体内壁加工后的直线度,因此建议采用镗削一滚压、镗削一珩磨工艺。若直接珩磨,则必须首先提高管材坯料的直线度。

此外,液压缸的缸体壁厚安全系数尽量选大一些(特别是高压工况下使用的液压缸),以减小油压下的缸体变形,防止缸体变形引起的低速爬行现象。

 

 

3:液压天线升降平台爬行现象分析

某公司一台液压天线升降平台,其液压系统的执行机构为双作用两级液压缸,额定工作压力10MPa,工作负载5t。工作时要求液压缸必须正向安装(活塞杆向上伸),伸缩平稳,且在任意位置可以随时停止、保压;同时液压缸回收速度可以调节。系统原理如图7-4(a)所示,采用双向液压锁进行压力保持,锁紧液压缸?;幌蚍Р捎?/span>H型机能,使换向阀处于中位时双向液压锁后腔油路与油箱连通,有利于双向液压锁锁紧。在液压缸无杆腔油路加装了一个单向节流阀,该阀既可以起到控制液压缸回收速度的目的,也可以调节一定的背压,使液压缸回收运动平稳。

 、故障原因

该系统现场调试未加负载时 切正常,加载后液压缸在顶升过程中运行平稳,但在下降过程中整机产生抖动(爬行)现象,用单向节流阀节流调速,液压缸下降的速度慢下来了、背压上去了,但液压缸下降时抖动的现象没有好转。经查系统所用的液压泵、电磁换向阀、溢流阀和双向液压锁等均无异常。仔细观察发现,机架抖动是由液压缸的抖动引起的,且抖动时系统压力表指针振摆严重,摆幅达010 MPa,其振摆规律与双向液压锁的启闭规律极为近似。

分析液压缸抖动的原因如下:

1、负载运动方向与液压缸活塞杆回收(下降)方向一致,液压缸活塞杆快速下降时有杆腔供油不足产生真空,发生液压缸“失速”现象,有杆腔吸空。

2、由于液压缸有杆腔存在真空,供油不及时使有杆腔的压力快速下降,当有杆腔压力低于液压锁的开启压力014020MPa时,无杆腔双向液压锁控制油路的压力会迅速下降而使其迅速关闭。由于无杆腔闭锁,无法加油,液压缸停止回收。系统继续向有杆腔供油使有杆腔油路升压,直到油路压力升至液压锁的开启压力后,再次打开无杆腔液控单向阀,液压缸再次回收,这样无杆腔液控单向阀会时开时闭,造成活塞杆回收运动时断时续,产生抖动。

3、无杆腔油路设置了单向节流阀,起调速和增加该油路背压的作用,即增加无杆腔的压力,加大液压缸回收功耗,但没有增加无杆腔液压锁的控制压力。

根据以上分析,可以判定液压缸下降抖动的原因是,双向液压锁的设置不合理。

 

7-4   天线顶升液压系统

1、滤油器     2、齿轮泵    3、电动机    4、单向阀     5、溢流阀    6、压力表

7、电磁换向阀     8、单向节流阀      9、双向液压锁      10、顶升缸

 、改进措施

只需将回路中的双向液压锁换为双向平衡阀即可(见附图7-4b)。双向平衡阀的结构使其不仅具有双向液压锁的锁紧功能,同时还具有平衡液压缸两腔压力和流量的功能,能控制液压缸失速。它可以在有杆腔油路压力降低时,自动控制无杆腔油路的过油面积,保证阀锁启闭过程中节流开口面积变化缓慢,从而使液压缸伸缩平稳,达到使用要求。

第八章  液压卡紧和其它卡阀现象

第一节  卡紧的危害及原理

一、液压卡紧的危害

因毛刺和污物楔入液压元件滑动配台间隙,造成的卡阀现象,通常为机械卡紧。

液体流过阀芯阀体(阀套)间的缝隙时,作用在阔芯F的径向力使阀芯卡住,叫做液压卡紧。液压元件产生液压卡紧时,会导致下列危害。

1、轻度的液压片紧,使液压元件内的相对移动件(如阀芯、叶片、柱塞、活塞等)运动时的摩擦阻力增加,造成动作迟缓,甚至动作错乱的现象;

2、严重的液压卡紧,使液压元件内的相对移动件完全卡住,小能运动,造成不能动,(如换同阀不能换向,柱塞泵柱塞不能运动而实现吸油和压油等)的现象,手柄的操作力增大。

二、滑阀卡紧力公式推导

阀芯和阀套之间由于加工的原因出现锥度缝隙, 将其展开就成为倾斜平面缝隙(如图8-1 所示) , 两个平面倾斜成一个微小的角, 平面间的油液在平面两端具有压强差(P1-P2) 或平面具有相对运动时均会出现倾斜平面缝隙流动(如图8-2所示) 。

 

8-1   阀芯锥度

 

8-2    倾斜平面缝隙

2、压强分布与流量

3、滑阀“卡死” 原因

 

8-3  不产生卡紧力的情况

 

8-4   产生卡紧力的情况

 

但如图8-4所示,当液流流向缝隙较大一端,也就是沿液流方向缝隙逐渐扩张时,有:

                                                 8-10

用类似的方法推演,则会得到:

                                            8-11

据此,本别绘出柱塞上面和下面的压强分布曲线,如图阀芯上面缝隙较大一侧的压强大于阀芯下面缝隙较小一侧的压强, 因此形成合力F推柱塞向下, 于是阀芯将与阀套发生局部接触, 这时想要移动阀芯必须克服静摩擦力F,如果电磁换向阀的设计推力达不到这一数值,则柱塞“卡死”。

所以当液流流向缝隙较大的一端,缝隙沿流动方向逐渐扩张,就有可能形成一个阀芯的卡紧力F, 因此在阀芯和阀套中最好避免出现这种沿液流逐渐扩张的锥度间隙。


第二节    产生原因

产生液压卡紧和其它卡阀现象的原因主要有:

1、阀芯外径、阀体(套)孔形位公差大,有锥度,且大端朝着高压区,或阔芯阀孔失圆,装配时二者又不同心,存在偏心距e(如图8-5a所示),这样压力油通过上缝隙a与下缝隙 b 产生的压力降曲线不重合,产生一向上的径向不平衡力(合力),使阀芯更加大偏心上移。上移后,上缝隙 a 更缩小,下缝隙 b 更增大,向上的径向不平衡力更增大,最后将阀芯顶死在阔体孔上。

2、阀芯与阀孔因加工和装配误差,阀芯在阀孔内倾斜成一定角度,压力油经上下隙后,上缝隙值不断增大,下缝隙值不断减少,其压力降曲线也不同,压力差值产生偏心力和一个使阀芯体孔的轴线互不平行的力矩,使阀芯在孔内更倾斜,最后阀芯卡死在阀孔内(如图8-5b所示)

 

8-5   各种情况下的径向不平衡力

3、阀芯上因碰伤有局部凸起或毛刺,产生一个使凸起部分压向阀套的力矩(如图8-5c所示),将阀芯卡在阀孔内。

4、为减少径向不平衡山,往往在阀芯上加工若干条环形均压槽。若加工时环形槽与阀芯外圆不同心,经热处理后再磨加工后,使环形均压槽深浅不一(如图8-6所示),产生径向不平衡力而卡死阀芯。

 

8-6  偏心均压槽,径向液压力不能抵消,产生液压卡紧力

5、污染颗粒进人阀芯与阀孔配合间隙大,使阀芯在阀孔内偏心放置,形成图8-5b所示状况,产生径向不平衡力导致液压卡紧。

6、阀芯与阀孔配合间隙上,阀芯与阀孔有肩尖边与沉角槽的锐边毛刺清倒的程度不一样,引起阀孔轴线不同心,产生液压卡紧。

7、其它原用产生的卡阀现象

1)阀芯与阀体的配合间隙过??;

2)污垢颗粒锲入间隙;

3)装配扭斜别劲,阀体阀芯变形弯曲,

4)温度变化引起阀孔变形,

5)各种安装紧固螺钉压得太紧,导致阀体变形,

6)困油产生的卡阀现象。


第三节   滑阀卡紧解决方案

一、提高加工工艺

提高加工精度,尽可能减少阀芯和阀套的锥度是减少卡紧力的有效途径,加强阀芯与阀体形状公差和位置公差的检查, 看是否由于二者的锥度和椭圆度等公差超标或装配方向不正确造成两轴线相倾斜。此外要减少使得液压元件的边缘生成毛刺的机会, 因为在高速、高温油液作用下毛刺脱落容易卡在滑阀的间隙中造成液压卡紧。所以要求液压元件的材料不仅要有适当的强度,也要有适当的延伸率和变形硬化指数,加工及热处理工艺也需适当。结合面各连接螺钉的紧固力应均匀,以避免组合螺栓预紧力过大。严格执行装配工艺规程。实测各相配件的尺寸和形位工程根据要求选配间隙。严格控制阀芯和阀孔的制造精度,一般阀芯的圆柱度控制在0.003mm。

 

二、设计平衡槽

由于加工阀芯和阀套时不可能绝对无锥度, 况且换向阀往复运动,总有一个方向容易产生卡紧力, 所以卡紧力是客观存在的,所以只能采取措施减小它。其中行之有效的方法是在阀芯上开平衡压强的平衡槽, 因为既然产生液压卡紧力的原因是阀芯上压强分布不均匀,则开了平衡槽就能使阀芯上不同压强区互相沟通使压强分布趋于均匀,摩擦力自然减小就不易产生卡紧现象。

 

三、控制油液清洁度

由于液压元件受污染物的磨损和侵蚀,致使摩擦副摩擦变形,产生不同心度,也会发生液压卡紧。油液中杂质颗粒有效直径大于lO0 mm会对摩擦副产生磨损, 而大于15的杂质颗?;嶂苯拥贾驴ㄋ?。所以提高油液清洁度也能有效避免引起液压卡紧现象。

四、系统工作参数选择适当

如果系统工作压力偏高,则换向时液动力会对阀芯产生很大的冲击,使阀芯偏离行程范围,容易产生较大的卡紧力,所以在选用时应尽可能选择有过渡机能的阀,以避免

由于流量突变引起的液压冲击。


第四节  实例分析

1:关于液压阀失效分析与消除措施

在液压系统中,除需要液压泵供油和液压执行元件来驱动工作装置外,还要配备一定数量的液压阀来对液流的流动方向、压力的高低以及流量的大小进行预期的控制,以满足负载的工作要求。因此,液压阀是直接影响液压系统工作过程和工作特性的重要元件。液压阀的失效也是引起液压系统故障的主要原因之一。因而对液压阀的失效分析就有了很重要的意义。本文阐述了液压阀的主要失效形式:液压卡紧、气穴和气蚀、磨损及它们产生的原因,并提出相应的消除措施。

一、液压卡紧

当阀芯与阀套间液流的径向力不平衡,而使阀芯偏心加大到最终使阀芯压向阀套内壁面,出现卡紧现象,称为液压卡紧。

(1)产生液压卡紧的主要原因 :径向液压力不平衡。由于滑动副的几何形状误差和同轴度的变化,使配合间隙内液压力不平衡而产生径向力。油液中极性分子的吸附作用。径向力的作用使阀芯向阀体一侧靠近,因而产生阻碍阀芯运动的摩擦力。停顿一段时间后,轴向启动所需之轴向力突然大大增加,甚至在泄压后仍然紧密粘附在孔壁上,这种现象是由于油液中的极性分子(如油性的酸类物质)堵塞所致。油中脏物楔入配合间隙。

(2)消除液压卡紧的主要措施在阀芯表面开均压槽,这种方法目前应用较多。均压槽深度比间隙大得多,可以认为槽中各处压力相等。由于均压槽把圆锥部分分成几段,故每段径向不平衡力就很小了。各段加起来的总的径向不平衡力也比原来小得多。缝隙中沿轴线方向的压力分布基本上趋于均匀。同时,还能使油中的脏物存入槽中,大大减小了径向液压力。据研究实验证明,在阀芯凸肩中部开一条槽,其径向力可减小到不开槽时的40%;开等距3条均压槽可减小到6%:开7条均匀槽可减小到27%。槽的深度和宽度应至少为间隙的10倍。一般宽度为0305mm,深度为081mm,节距为34mm。将阀芯工作台肩受高压一端作出微小的顺锥,锥部大端与小端半径差一般不大于0003mm。这样,既可防止泄漏增加,又可产生一个自动定心的液压力,从而减小滑阀运动阻力。严格控制加工精度。通常把滑阀与阀孔的圆度和圆柱度控制在00020004mm以内。其表面粗糙度为 0402。精密过滤油液,一般采用525 的精滤油器。

二、气穴和气蚀

在温度恒定的条件下,由于油液流经节流孔口或阀口时易形成高速射流,而使液体的绝对压力降低到低于该液体的蒸气压,液体中产生大量蒸气泡,称为气穴。气穴发生时除流动性能变坏外,并伴有噪声和振动。当附着在金属表面上的气泡破灭时,它所产生的局部高温和高压会使金属剥落,使表面粗糙,或出现海绵状的小洞穴,节流口下流部位??煞⑾终庵指吹暮奂?,这种现象称为气蚀。

(1)产生气穴和气蚀的主要原因 过流截面狭窄。由伯努利方程式可知,在流量一定的情况下,过流截面越小,其流速越高,则该处液压力越低,越易导致气穴现象。液压阀阀孔前后的压力差。在液压系统中的任何地方,只要压力低于空气分离压,就会产生气穴和气蚀现象??掌苯踊烊胗鸵褐?。

(2)消除气穴和气蚀的主要措施采用短孔式和厚壁式阀口,且把阀口的阀座入口做成圆角,因液不收缩,在此处的压力不下降就不会在阀口处产生气穴和气蚀。减小阀孔前后的压力差。一般控制阀口前后的压力比小于3.5。提高零件的抗气蚀能力—— 增加零件的机械强度,采用抗腐蚀能力强的金属材料,提高零件的表面加工质量等。尽可能降低油液中的空气含量,避免压力油与气体直接接触而增加溶解量。接头与元件的密封要良好,以防止空气侵入。

三、磨损

液压阀阀芯、阀体等机械零件的运动副之间,在运动时不断产生摩擦,导致零件表面的尺寸、形状和表面质量发生变化时即形成磨损。

 

2:SD7型推土机液压系统安全阀卡滞故障的分析

SD7型推土机的工作装置液压系统采用的是带有差压溢流阀的节流液压系统。现将该液压系统的两种典型故障的产生原因分析如下。

1.安全阀中的工作阀芯卡在某一开口较大的位置I(如图8-7所示)

这时,安全阀处于高压常溢流状态,工作装置表现为动作无力,严重时可能导致无动作;同时,系统元件发热,温升居高不下。在这种情况下,安全阀处于高压常溢流状态,导致工作装置液压系统效率降低,系统一部分压力能转化为热能使系统急剧发热;

据多次试验测定,在室温(20℃)下使系统人为憋压,可使控制箱油温(控制箱是该系统的油箱)在10-30 min之内从平衡温度设计值的基础上上升30-50℃。因为SD7型推土机上无报警显示装置,所以驾驶员不易及时发现,一旦发现则系统油温已经达到120℃以上甚至更高,系统温度远远偏离了设计的温度平衡范围,极易损伤管路和密封件以及加速这些元件的老化失效,同时导致油品变质、内泄加大。

2.安全阀中的工作阀芯卡在某一开口较小的位置Ⅱ(如图8-7所示)

这时,安金阀处于小开口高压常溢流状态,工作装置表现基本正常,但系统温度升高异常,因而故障危害同上。

造成上述两种故障的原因主要是,液压系统中含有过多的杂质。据试验观察知,造成卡紧的杂质以非金属杂质居多,如橡胶类密封件、聚四氟乙烯密封件以及其他非金属元件在制造和装配以及运动过程中脱落的杂质,这些杂质不能被磁铁吸附,且硬度较低又有弹性和韧性,极易使运动阀芯造成卡死。有时,造成卡紧的杂质在液流的冲刷和推动下,正常运动状态。它所造成的短期温升使人不易觉察,但实际上已经对系统产生了不良影响,如使油温升高、内泄增大、油品变质。所以,驾驶员应经常观察系统油温,若发现异常则应及时检查予以排除。在常温(20℃)下,SD7型推土机工作装置液压系统的平衡温度设计值应为90-100℃。附图所示的I、Ⅱ位置是SD7型推土机上安全阀最

容易卡死的部位,这与安全阀在系统中放置的位置有关,也与系统的特点有关,因为此安全阀不处于常溢流状态,一般情况下不打开(这一点与国内许多机型不同),所以此处极易产生杂质沉淀而造成卡死。

 

8-7   安全阀工作阀芯卡滞示意图

1、工作阀芯    2、工作弹簧    3、先导小锥阀

4、调压弹簧    5、背母    6、调节螺杆

 

出现上述两种故障情况后,应首先检查安全阀阀芯,看有无杂质卡住,若有,则予以清除;同时应观察其配合面的磨损情况,对于磨损严重者应更换和修理;还应观察油液的清洁状况,有条件时应予以更换和过滤,对于污染严重和明显变质的油液应坚决予以更换。

据观察和分析知,上述故障的发生与以下几种情况有着直接的关系:

(1)在恶劣的环境中拆装、维修液压系统。此时极容易造成液压系统被污染,使杂质和水以及空气进入液压系统,从而造成阀芯卡死;水和气混入油液中还会引起气蚀,从而造成工作阀芯加速磨损。

(2)新机保养期过后没有按规定彻底地更换液压油。这样,使系统在磨合期间产生的杂质没有得到较为彻底的清除,从而影响了系统的正常运行。因为阀和接头等金属件在加工制造过程中其内表面会附着些铁屑、毛刺以及铸造砂粒,这些微粒经过振动和液流的冲刷会从附着表面脱落而进入液压油中,造成液压系统污染,从而导致系统工作异常。

(3)维修后重装控制阀时各螺栓的拧紧力矩不合适。这种情况下,造成控制阀受力不均匀而发生较大变形,一旦系统达到平衡温度,在热应力的作用下使变形进一步加大,从而使各阀杆运动不畅,甚至出现阀芯和阀杆在某个部位卡死。

(4)维修人员误将各阀杆运动不灵活简单地判断为配合间隙过小。为此随意研磨阀芯,引起阀杆和阀体配合间隙过大而导致产生的径向卡紧力过大,因而造成径向卡紧,严重时会导致元件报废。

上述分析也可供进行其他液压系统维修时参考,特别是对于存在大量非手动阀杆和阀芯的阀类更为实用。


第九章  压力失常

第一节  压力失常的原因

压力是液压系统的两个最基本的参数之一,在很大程度上决定了液压系统工作性能的优劣。工作压力的大小取决于外负载的大小。工作压力失常表现在当对液压系统进行调整时,出现调压阀失效,系统压力建立不起来(压力不够)或者完全无压力,或者压力调不下来,或者上升后又掉下来以及压力不稳定等。

一、压力失常的影响

1、压力调不上去,则执行元件(液压缸、马达)可能不动作;或者随动作,但一带负载便停止运动或动作无力,克服不了负荷而做功;

2、液压系统不能实现正确的工作循环,特别是在压力控制的顺序动作回路中;

3、执行部件处于原始位置不动作,液压设备根本不能工作;

4、伴随出现噪声、执行运动部件速度显著降低等故障,甚至产生爬行。

二、压力失常产生的原因

1、油泵原因造成充流量输出或输出流量不够

1)油泵转向不对,根本无压力油输出,系统压力一点儿也不上去.

2)因电机转速过低,功率小足,或者油泵使用日久内部磨损,内泄漏大,容积效率低,导致油泵输出流量不够,系统压力不够。

3)油泵进出油口装反,而泵又是不可反转泵,不但不能上油,而且还冲坏轴封。

4)其他原因-如泵吸油管太小,吸油管密封不好漏气,油液粘度太高,滤油器被杂质污物堵塞,造成泵吸油阻力大产生吸空现象,使泵的输出流量不够,系统压力上不去。

2、溢流阀等压力调节阀故障

例如溢流阀阀芯卡死在大开口位置,油泵输出的压力油通过溢流回油箱,即压力油与回油路短接;也可能是压力控制阀的阻尼口堵塞,或者调压弹簧折断等原因而造成系统无压力。反之当溢流阀阀芯卡死在关闭阀口的位置,则系统压力下不来。

3、在工作过程中发现压力上不去或压力下不来,则很可能是换向阀失灵,导致系统卸荷或封闭,或者是由于阀芯与阀体扎之间严重内泄漏所致。

4、卸荷阀卡死在卸荷位置,系统总卸荷,压力上不击。

5、系统内外泄漏。

三、压力调不上去或失去控制

1、先检查以下几种情况:

(1)溢流阀锥阀磨损,磨出痕迹的深度;

(2)系统中各类元件内漏过大,包括溢流阀;

(3)液压油的温度升高;

(4)液压泵的容积效率过低等。

2.解决方法:

(1)先检查溢流阀的锥阀磨损情况,图9-1所示三级同心溢流阀的阀芯上端与阀盖的配合间隙 “X”若超过规定值时,不但内漏成倍增加,从而系统压力随之下降,所以当系统压力调不到原先的调定值时,要首先检查溢流阀的上述两个部位。

(2)再检查换向阀和其他控制元件的内漏、泄漏以及沿程的外漏。

(3)最后检查液压泵的容积效率。如若没有条件检查各种元件的内漏和泵的容积效率时,可先更换同型号的溢流阀,能够解决问题就不必往下检查了.

3.压力失去控制:

压力失去控制这种现象,一般发生在液压泵刚启动或工作过程中突然间,只有这两种情况下才舍发生。首先看这个系统的组成,都采用了哪几种控制元件,才能断定问题出在何处。

(1)若系统使用电磁溢流阀,其机能为“H一型时,泵启动后不给电磁导阀电讯号,是建立不起来压力的。如有电讯号而无压力指示,这种现象是否电磋}铁线圈烧坏,应更换电磁铁,也可能是控制电路出问题;

(2)电磁溢流阀的机能为"”型时,先导阎芯卡住未能复位造成的,检查清洗可以解决;

(3)若采用三级同心式溢流阀时,工作过程中压力冲击把主阀卡在同盖上,不能闭合造成的,拆开溢流周检查清洗就能解决;

(4)弹簧变形或断裂,但这种情况很少发生。若正规液压件厂生产的溢流阀,不会发生这种情况。

 

 

9-1   溢流阀的阀芯上端与阀盖的配合间隙

 

四、压力表有指示液压缸(马达)不工作

压力表有指示液压缸(马达)不工作,这表明液压泵正常排油,故障出在换向阀或机械以及其他部位:

1.为换向阀出故障未能将液压油输进到执行元件,也可能是执行元件机械部位出问题。

(l)先检查换向阀:如新组装的液压系统,则是换向阀没有工作的原因有如下情况:

1)若采用电液挟向阀时,M、H、K型滑阀机能时,其“0”口应有0·4MPa以上的背压。

2)如外控供油时,其主阀体内有个l/8"的锥螺塞(与“P”腔连通)未堵上所致。

(2)若是旧设备时,即是换向阀芯未能换向,小型系统时阀芯被杂质卡??;

1)检查机械部位是否有脱离情况,或执行机构受卡,或控制电路短路等。

2)主系统内其中有个减压系统时,减压阀二次出口没有载荷,执行元件是不会工作的。

(1)系统中有液控单向阀,又采用外控时,外控油路压力低或没通油.

(2)系统中若有顺序阀时,其压力调节过高或过低,执行元件也无法工作。

 3.解决方法;

(1)检查主换向阀的滑阀机能I若采用外控供油时,将1/8”螺塞堵上;

(2)换向阀芯若卡住时,清冼液压系统,检查控制电路及交流接触器;

(3)减压阀的出口应建立起来压力;顺序阀压力调节要适当|

(4)检查液控单向阀的外控油路系统;

五、使用过程中压力不稳定时高时低

液压系统运行中,压力这十参数调定好之后,是很稳定的不会有变动。但在负载变化大的设备,如液压机类,到载荷尖峰的瞬间,压力表指针有一次波动,它与压力不稳是两个概念。

    在载荷变化不大的液压传动系统,当运行中着发生压力表指针波动(非每个循环),并时有发生这种现象,这类信号表明,油液已经氧化了,应更换油品,清洗油液和系统,不然就要发生故障了。

其原因是;液压油氧化后产生结晶颗粒,在系统内随着油液流动,当游到元件内有时将阻尼孔堵塞时,压力表指针就发生一次波动.油流将颗粒冲走后,压力又恢复到原来的调定值,这种结晶颗粒在油中是越来越大,等大到把阻尼孔堵死,流体再也冲不走的时候,故障就发生了。

1、故障表现的形式如下:

(1)刚开始时是渐进性的,这时对工作尚无影响,因此也不会引起人们的重视。

(2)压力表指针波动,从瞬间稍有延长,这时工作人员是有感觉的,但还可照常生产。

(3)压力波动比以前明显频繁,持续时间也延长,等结晶颗粒大到一定形状时,由频繁波动一下降到零,故障终于发生了。

2、解决的方法:

(l)先检查溢流阀,将其解体放入煤油中清洗洁净,检查阻尼孔有无堵塞物,把阻尼孔对准灯光看,也来发现什么堵塞,但用细铁丝捅一下,掉出一个颗粒,它是胶质透明的。

(2)对系统要彻底清洗,包括元件、管路、油箱及吸、回油滤油器等。将质变的油液清除干净,更换运动粘度适宜的液压油。

(3)这种压力波动与油温升高时的压力下降不同。在日常使用中要经常监视压力表的变化至关重要,发现反常情况时,分析原因及时解决,把故障消灭在萌芽中。

六、运转中噪声过大效率渐低

液压系统正常运转中的声音,不应有杂音与噪声,若发现运转声音异常,要立即停止运转查清问题。异常情况有如下几种:

1、液压系统运转声音,从正常发展到无规律的杂音,而这种杂音随着工作时间的延长,从无规律发展到连续杂音;

(1)这种杂音是液压泵的配油盘及摩擦副研伤的早期讯号。

(2)配油盘研伤的原因是:液压油污染造成的,系统中有未清除净的细铁末和细小砂粒,以及油内混入杂质等。

2、运转中噪声过大的现象是:

(1)藏匿系统正常运转中,突然发生噪声时,是油箱内的油位低于规定高度,泵吸入空气造成的。

(2)油箱内壁喷涂油漆,经长期使用而脱落,将吸油滤油器遮盖住,液压泵吸空所致,应及时清理油箱。

(3)若使用箱外滤油器时,有的自身密封不良时,会给泵造成不同程度的吸入空气,如果叶片泵,可听到气泡的破裂声。

3、液压传动设备经多年使用,其工作效率是应逐渐降低的,这类效率低是不明显的,原因如下:

(1)泵经常处于高压下和在常温以上运转,流体中仍有过滤不净的杂质或金属粉末掺于油中,它在运动零件内起到研磨作用,油泵的容积效率渐低。

(2)液压系统内有未清理净的细铁屑、阀体中残余铸砂及管路中的氧化物,这类杂质污秽混入介质内。

(3)由于上述原因对系统中的控制元件起到磨损作用,使其间隙增大而内部泄漏严重超过规定值。

各类控制阀的运动频率低于油泵,通??翘迨侵?,硬度在HB170~255上间,它与淬火的阀芯配合,经长年使用,间隙增大了,而间隙与泄漏戚正比。系统中使用控制阀越多,输送到执行元件的越少,这就是效率渐低的主要原因。


第二节   实例分析

一、液压泵压力检测和调整的顺序和方法

液压泵是起重机液压回路的动力源。它为整个液压系统的正常起吊、伸缩提供能量保证。所以,在液压部分出现故障,新更换或检修液压泵后,必须对液压泵的压力进行检测、调整,使之达到标准的预定压力值。

现以KATO NK-4 00E-Ⅲ 全液压式汽车超重机三联液压泵为例,谈谈液压泵压力检测和调整的顺序和方法。

对于长期停止运转和使用经过分解后重新装配的以及新更换的液压泵.在检测、调整前,应拧松各主安全阀的调整螺钉,以0压力进行5~l0r/min的怠速空转,开始运转后,立即检查液压泵的噪声、振动,用手触摸泵壳检查温度等看有无异常,接头、进、出油管座是否漏油。若外界气温较低,应充分进行液压泵的低速空转,使其升温。

然后,扳动支腿操作用控制阀,打好支腿。打支腿的工作场地应平整坚固。最好是平整的水泥地面。若地面松软、不平或倾斜则应在支腿座下边垫上钢板,以保证地面水平坚固,避免起吊重物时支腿下陷。支腿粱完全伸出后必须插进支腿止动销,以防止起重机调整作业中支腿粱移位带来不安全因素。

在检测、调整时,应按照先车下、后车上的原则。

首先检测三联泵的第三泵压力(供给支腿回路)

3泵压力检测与调整检测方法:

① 将第3泵压力表安装孔与压力表相接。

② 扳动与控翩阀柱塞滑阀相联的操作杆,读取使油缸活塞移动到其行程极限位置时压力表指示值(P 泵预定压力值为20.58MPa)

调整方法:

① 如果实测值小于(或大于)预定压力值,拧下主安全阀的盖形螺母,拧松防松螺母后,用螺丝刀将调整螺钉向右(或向左)缓慢拧转,必须边观察压力表指示值边调整,使压力升(或降)到规定的预定压力值。

② 结束调整作业后,用螺丝刀固定调整螺钉,拧紧防松螺母.然后安装盖形螺母。

③ 再次测量压力值,以确定实测值与预定压力值相符。再检测车上液压系统压力

2泵 (用于臂杆伸缩缸、变幅缸和卷扬机液压马达的增速)压力检测与调整。检测方法:

① 将压力表连接到压力表连接孔。

② 在臂杆升到最高角度,发动机达到最高转速状态下.将臂杆变幅操作杆继续向后拉动时,压力表即可指示第2泵的压力 ( 泵的预定压力值为24.5MPa)。

调整方法:

在调整安全阀的预定压力时,先要拧松相应主安全阗的调整螺钉(成为低压),然后

按顺时针方向缓慢拧紧该螺钉.调整至预定压力值。

1泵(用于卷扬机回路)压力的检测与调整。

检测方法:

① 将压力表连接到压力表连接孔。

② 在发动机达到最高转速,使每股钢丝绳承受6t以上载荷的状态下,将卷扬机操作杆向后拉动时,压力表即可指示第1泵的压力(泵的预定压力值为23.52MPa)。

调整方法:

在调整安全阀的预定压力时,先要拧松相应主安全阀的调整螺钉(成为低压),然后

按顺时针方向缓慢拧紧该螺钉,调整至预定压力值。

总之,运用以上顺序和方法,调整三联泵各泵压力,省时、省力.一次调整即可成功。对于二联泵、单泵的压力检测与调整也可以此作为参考。

 

 

二、08-32型捣固车液压作业系统压力不稳的原因及办法

08—32型自动抄平起拨道捣固车是我国1984年从奥地利普拉塞与陶依尔公司引进整机,1990年又引进生产制造技术,由昆明机械厂国产化生产,逐步装备在全路各线路大修段、机械化维修段。目前,虽然国产化的机型有09—32连续式捣固车、08.475道岔捣固车、09—3X三枕捣固车等更加先进的大型养路机械机型,但08—32型捣固车仍然是应用最广泛的大型养路机械。

该车是集机电液气为一体的机械,采用了电液伺服控制技术、自动检测技术、微机控制技术、激光准直技术等。该车能对线路一次完成起道、拨道、枕端夯实、捣固等作业,能优质、高效地提高线路设备质量。

1、08-32型捣固车液压系统简介

液压系统是捣固车作业系统的重要组成部分,主要完成捣固车的液压走行、捣固装置比例下插、捣固振动、起道、拨道、夯拍及夯拍振动、夹实等功能。液压系统的性能和技术状况直接影响捣固车的作业效率和作业质量,与行车安全息息相关。捣固车的液压系统分为高压系统和作业系统,作业系统由调压阀、安全阀、蓄能器、作业电磁阀、伺服阀、比例阀、液压走行马达以及各工作油缸等组成。作业系统的压力油由T2SDCB三联泵提供,由作业系统调压阀调定为14MPa的系统压力,分别产生捣固装置比例下插、起道、拨道、油压走行、夯拍、夹轨、液压支承、捣固架自动横移等动作。

2、捣固车作业系统压力不稳的主要原因

只有保持捣固车作业系统压力的稳定性,才能保证捣固车的作业质量和作业效率,更好地发挥其在线路施工中的优越性,更好地为安全生产服务。在实际工作中,经常发生作业系统压力不稳的情况,成为捣固主要液压系统故障之一。

造成捣固车作业系统压力不稳的原因是三联泵、蓄能器、液压油温度和发动机转速的影响。

(1) 三联泵的影响

T2SDCB三联泵属于叶片泵,由于叶片磨损或者配流盘内泄,造成叶片泵每转的排量不足。作业系统处于静态时,由于各液压装置没有流量,则三联泵的输出流量可以保证14 MPa的系统压力;而在捣固车开始作业,捣固、起道、拨道、夯拍、振动及夹持等动作同时产生,各作业系统液压元件所需的流量在短时间内迅速增大,三联泵输出的流量不能满足作业系统流量的需要,这时,作业系统的压力就要下降,这一点可以通过作业系统压力表直接观测到。这时,捣固车油压走行速度缓慢,作业速度减慢且无力。

(2)蓄能器的影响

液压系统中设置蓄能器是为了吸收系统脉冲压力和冲击压力的作用,使执行元件运动平稳,它能够储存液体压力能,并在需要时将压力能释放出来的能量储存装置,设置蓄能器可以提高液压系统的稳定性。由理想气体状态方程式:

通过以上计算可以看出蓄能器氮气充气压力过高则其排油容积减少,补油能力降低。

在作业系统中,由于液压泵的流量脉动和溢流阀的脉动,将造成液压系统压力的脉动,以致影响工作机构动作的稳定性。同时,在液压走行、起道、拨道、捣固等作业时,短时间内各工作装置需要消耗大量的压力油,特别是在捣固装置下插时,由于其自身惯性大,再加之在一定的下插压力作用下,捣固装置在极短的时间内下插,两提升油缸的行程都>300 mm,如果此时补油不及时,作业系统的压力就会下降,从而造成液压系统压力不稳。蓄能器在正常情况下,完全能够吸收压力脉冲,缓和压力冲击。当作业系统需要大量压力油时,蓄能器向作业系统补油,以维持作业系统14MPa的工作压力。如果蓄能器内氮气压力过高时,它吸收脉冲、缓和冲击以及补油能力将大大降低,从而造成作业系统压力不稳。

(3)液压油温度的影响

1)如果捣固车的液压油散热不良,温度过高,液压油的粘度就会降低,造成三联泵、工作油缸以及走行马达等液压元件的内泄量增大,那么工作装置作业时所需的液压油量就不足,作业系统的压力稳定性就差。

2)液压油温度过高,造成蓄能器中氮气温度升高(和液压油等温,可达80℃ 以上),氮气压力随之增大,致使蓄能器的补油能力降低,作业系统压力因而不稳定。从作业系统压力表可以观测到:在捣固车作业时,统压力瞬间迅速跌落,严重时瞬间可以跌落为零,作业完毕后又迅速回弹。


(4)发动机转速的影响

捣固车在作业时,发动机额定转速应为2 000 r/min,三联泵的额定流量是在发动机转速2 000r/min时的流量。如果发动机的转速达不到2 000 r/min,则三联泵单位时间输出的液压油流量不足,造成捣固车在作业时系统压力不稳。

(5)其他因素的影响

① 作业系统14 MPa压力调节阀和17.5 MPa安全阀动作不正常,造成作业系统压力不稳定;② 作业系统压力截止阀和轴支承、各种控制阀、液压油缸等内泄,致使作业系统压力不稳;③ 三联泵吸油滤芯堵塞,致使三联泵输出流量不足,从而造成作业系统压力不稳。

3、解决作业系统压力不稳的办法

① 保证发动机技术状况良好,在作业中调整其转速为2 000 r/min。② 经常检查并调整作业系统蓄能器氮气压力,保证其压力稳定为8.5 MPa。③ 经常检查压力油冷却系统,保证其工作正常,当液压油温度达到40℃时,冷却系统开始工作。④ 经常检查并维修作业系统的泄漏处,保证各处泄漏不超标。⑤ 定期用滤油机过滤作业系统液压油(新油加入系统前也需要过滤),并清洗三联泵滤芯,保证液压系统油路清洁。⑥在夏季施工时,可采用N68号抗磨液压油代替N46号抗磨液压油。

 

三、PC200-5型挖掘机液压系统常见故障现象的诊断和排除方法

1、PC200-5型挖掘机液压系统的工作原理
  PC200-5型挖掘机液压系统是由一些基本回路和辅助回路组成,它们包括工作回路、限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流调速和节流限速回路、行走限速回路和先导阀控制回路等。其元器件主要由工作泵、补油泵、先导控制阀、分配阀、安全阀、大臂油缸、小臂油缸、铲斗油缸、油箱及相关管路等组成。
  PC200-5型挖掘机液压系统在工作过程中,液压油自油箱底部通过滤油器被工作泵吸入,从油泵输出具有一定压力的液压油进入一组并联的分配阀。通过手柄—→先导阀—→工作阀组来实现相应的动作,系统通过总油路上的总安全阀限定整个系统的总压力,各组工作油路的安全阀分别对相应油路起过载?;ず筒褂妥饔?。
2、PC200-5型挖掘机液压系统故障诊断与排除
  PC200-5型挖掘机,液压系统的调定压力为30MPa,小于该压力则为系统压力偏低。液压系统的故障主要表现在两个方面:大臂举升缓慢无力;回转缓慢无力。引起两个故障的主要原因是工作油压偏低,而造成压力偏低的主要原因是堵塞和泄漏。油路畅通、密封好是系统正常工作的保证,堵塞和泄漏是最常见的液压传动故障,因此检查液压传动故障一般从液压油路方面开始检查。以下是对液压系统不同故障现象的诊断和排除方法。
2.1大臂举升缓慢无力,而其它动作正常
2.1.1 故障诊断
  在液压系统中,如只是动臂举升缓慢无力,而转斗翻转正常。从工作原理图不难看出:其它工作正常,这说明工作泵、总安全阀是正常工作的,他们所提供给整个系统的压力足够,同时也说明泵进油端的管路和滤油器以及油箱的油量、油质没问题。此时只需检查大臂滑阀、大臂油缸、大臂部分的油管、及其密封件了。
 ?。?/span>1)检查油路堵塞情况
  先作常规处理,拆下油管,拆下大臂滑阀阀体、阀杆及相关部件进行清洗,把油道清洗干净并用压缩空气吹通吹干。
 ?。?/span>2)检查油路泄漏情况
  液压系统的泄漏一般都是在使用一段时间后产生。从表面现象看,多为密封件失效、损坏、挤出或密封表面被拉伤等造成。主要原因有:油液污染、密封表面粗糙度不当、密封沟槽不合格,管接头松动、配合件间隙增大、油温过高、密封圈变质或装配不良等。泄漏分为内泄漏和外泄漏,通常故障主要由于内泄漏引起。
 ?。?/span>3)内泄漏故障的处理
  该部分内泄漏主要产生于动臂滑阀和油缸内泄漏。内泄漏主要发生于阀体和油缸内部,不易检查。但我们可以借助一些辅助方法来判断泄漏情况。
 ?。?/span>4)对大臂油缸的检查
  当大臂油缸活塞收到底后,拆下无杆腔油管,使大臂油缸有杆腔继续充油。若无杆腔油管口有大量工作油泄出,说明液压缸发生内漏;也可以使铲斗装满载荷,举升到极限位置,大臂操纵杆置于中位,并使发动机熄火,观察大臂的下沉速度;然后,将大臂操纵杆置于上升位置,如果这时大臂下沉速度明显加快,也说明内漏发生在液压缸;如果下沉速度变化不明显,则内漏原因出在大臂滑阀。
 ?。?/span>5)对大臂滑阀的检查
  大臂滑阀的泄漏主要是因为阀杆与阀体的配合间隙太大、调压弹簧损坏、阀内密封件损坏等。检查阀杆和阀体的配合间隙,检查压力弹簧,看阀体内密封件是否有损坏。
2.1.2 排除方法
  如油缸内泄漏测试结果超过规定值,应予以拆开作进一步检查,如密封圈损坏则更换,如缸壁拉伤严重则更换;如动臂阀磨损严重则更换。
2.2 大臂工作正常;小臂(铲斗)工作缓慢无力
2.2.1 故障诊断
  在液压系统中,如大臂工作正常;小臂(铲斗)工作缓慢无力。从工作原理图不难看出:大臂举升正常,这说明工作泵、总安全阀是正常工作的,同时也说明泵进油端的管路和滤油器以及油箱的油量、油质没问题。此时只需注意检查小臂(铲斗)工作滑阀、安全阀、及其密封件。
2.2.2 排除方法
  液压传动故障诊断与排除方法大同小异,同样小臂(铲斗)部分与大臂部分的故障处理方法也基本相同,因此对于处理小臂(铲斗)工作部分的故障可参照2.1故障现象的处理方法进行操作。
2.3 大臂举升缓慢无力;回转缓慢无力
2.3.1 故障诊断
  在工作装置液压系统中,大臂和回转工作都不正常,引起这一原因比较多,它可能包含了前面故障现象外,还与总安全阀、液压泵、滤油器、液压油、分配阀进回油路故障有关。由于涉及点比较多,我们可从由易到难、从关键点开始检查起。我们先检查最直观的点,检查油箱油量足不足,检查液压油的清洁度、颜色、粘度、稠度和气味。液压油从高压侧流向低压侧而没有作机械功时,液压系统内就会产生热。液压油温度过高,会使密封件变质和油液氧化至失效,会引起腐蚀和形成沉积物,以至堵塞阻尼孔和加速阀的磨损,过高的温度将使阀、泵卡死。有问题先排除,接着检查几个关键部位。从几率上来讲,大臂滑阀和回转滑阀同时损坏,大臂油缸和回转油缸同时发生内泄漏的可能性比较少。因此我们首先进行系统压力的检测。系统压力的检测:在测压点装上40MPa量程的压力表,发动机在额定转速下,将大臂提升到最高位置,此时表显示最高压力,此时读数应为27~28MPa。
2.3.2 排除方法
  如果系统压力偏低,应主要从以下几个方面分析和排除:
 ?。?/span>1)分配阀有内漏:分配阀内泄漏主要原因有:总安全阀的主阀芯被卡死,阀杆与阀体的配合间隙太大,调压弹簧损坏,阀内密封件损坏或阀体有砂眼等。拆检总安全阀的锥阀是否被卡??;检查阀杆和阀体的配合间隙,正常的配合间隙应在0.005~0.025mm之间,修理极限为0.04mm;检查主阀芯于主阀套配合间隙,正常配合标准间隙为0.010~0.018mm,修理极限为0.03mm。检查压力弹簧及阀内密封件是否有损坏。
 ?。?/span>2)工作泵内漏:泵内漏表现为:工作时噪声大、发动机转速越高,则噪声越大;在滤油器中可见到大量铜屑。应拆检泵,如有损坏,应修复或更换。
 ?。?/span>3)在检查并处理好在系统总的压力问题后,如仍工作不正常则可按2.1、2.2条分别对动臂部分和转斗部分排除。
 ?。?/span>4) 若以上检查都正常时, 则测量相应工作油路的压力,用压力表测得,当处于“回转”“大臂提升”两种工作状态时,其工作油路的压力仅为10MPa,先导控制系统油压仅为0.5MPa,(正常值为2.8MPa)。而处于其它工作状态的工作油压、先导控制系统油压符合正常值,后对液压的工作原理图进行仔细分析,发现回转控制优先的先导油路与大臂控制优先的先导油路与左行走控制阀、直线行走阀的油路可相通,因此初步判断可能由于“左行走控制阀”中有高压油作用于“直线行梭走阀”,至使“直线行走梭阀”的阀蕊不在中位,“回转”和“大臂提升、下降”的先导控制油路通过 “梭阀”、“直线行走阀”后被旁通泄压,后轻微操作“左行走”操作手柄时,“回转”和“大臂提升”两者动作有所加快,因此判断“左行走控制阀”的端部“弹簧和油封”损坏,经拆卸“左行走控制阀”发现油封、弹簧已明显损坏,更换新弹簧及油封后,该故障排除。
3、维修挖掘机液压系统注意事项
  本文只介绍了PC200-5挖掘机液压系统的典型故障及其维修方法,实际上还有其他一些故障,如行走缓慢、管接头经常冲断等等,但无论什么缘故,所有的液压传动问题都可归纳为:压力、流量、方向三大问题。而引起三大问题的原因一般都是泄漏、堵塞、油管接错、调压不对造成的。因此我们在维修液压系统故障时必须注意:
  (1) 液压元器件一定要清洗干净,油路处理畅通后方可组装。
  (2) 不要使用不干净的液压油,不用劣质的密封件。
  (3) 一定要正确组装元件,如“Y”型圈开口不能装反,油管不能接错。
  (4) 对工作泵排量及安全阀的调整在未弄清楚之前不要乱动,以免引起调大了冲坏液压元件,调小了工作缓慢、无力或无动作。
  总之,当液压系统出了故障,不要盲目处理,按照“先易后难、先外后内、先重点后一般”的顺序分析和解决问题,一般先检查外部泄漏情况,检查油量油质,检查堵塞情况,对于元器件内部磨损引起的故障,要先弄懂原理后作针对性的检查,通过对液压系统更加深入的了解和掌握,不断提高技术和工作能力,才能更好的解决好液压设备使用者面临的主要问题,管理好液压系统。当系统出现问题时能找出引起系统故障真正的原因,更多的工作是从平时的日常点检开始,注重设备检查和维修工作的细节,在故障早期就将引起故障的各种因素消除,通过对工作循环不断的改进与提高,从而使预知维修工作能在不断变化的工作环境中更进一步,确保设备发挥更大的效益,实现设备事故为零的目标。

第十章        

第一节   欠速产生的原因

液压设备执行元件(液压缸及液压马达)的欠速包括两种情况:一是快速运动(快进)时速度不够快,不能达到设计值和新设备的规定值:二是在负载下其工作速度(工进)随负载的增大显著降低,特刖是大型液压设备以及负载大的设备,这一现象尤为显著,速度一般与流量大小有关。

欠速首先是影响生产效率,增长了减压设备的循环工作时间;欠速现象在大负载下常常出现停止运动的情况,这便要影响到设备能否正常工作了。而对于需要快速运动的设备,如平面磨床,速度不够影响磨削的表面粗糙度。

一、快速运动的速度不够的原因

1、油泵的输出流量不够和输出压力提不高;

2、溢流阀因弹簧永久变形或错装成弱弹簧、主阀芯阻尼孔被局部堵塞、主阀芯卡死在小开口的位置,造成油泵输出的压力油部分溢回油箱,使通入系统给执行元件的有效流量大为减少,使快速运动的速度不够;

3、系统的内外泄漏严重:快进时一般工作压力较低,但比回油油路压力要高许多。当油缸的活寒密封破损时,油缸两腔因串腔而内泄漏大(存在压差),使油缸的快速运动速度不够,其它部位的内外泄漏也会产生这种现象;

4、快进时阻力大:例如导轨润滑断油,导轨的镶条正板调得过紧,油缸的安装精度和装配精度差等原因.造成快进时摩擦阻力增大。

二、工作进给时,在负载下工进速度明显降低,即使开大速度控制阀(节流阀等)也依然如此

1、系统在负载下,工作压力增高,泄漏增大,所调好的速度因内外泄漏的增大而减少;

2、系统油温增高,油液粘度减少,泄漏增加,有效流量减少;

3、液压系统设计不合理,当负载变化时,进入液压设备执行元件的流最也发生变化,引起速度的变化;

4、油中混有杂质,堵塞流量调节阀节流口,造成工进速度降低;时堵时通,造成速度不稳;

6、液压系统内进有空气;

7、同上述一中的1、2、3。

三、流量不足或无流量

液压系统在使用中,若发现流量不足,这种情况比较复杂,首先要看这台设备使用多长时间了,其表现形式是什么?

1、要表现在执行机构速度减慢时;

(1)液压泵的容积效率低;

(2)液压油温度升高后,系统内泄增加,大量液体损失在沿程各类元件自身;

(3)这种情况就是液压系统效率低,应彻底大修或更换元件;

(4)若泵运转声音异常时,是油箱中的油位低于规定高度;

2、要表现在设备刚启动时,运动速度特慢;

(1)这种情况发生在寒冷季节,气温较低液压油运动牯度过高;

(2)若是新设备出现这种现象时,则为油液的牌号未选对,或油温过低;

3、液压泵运转声音正常,有压力无流量;

发生这类情况时,要检查机械机构及换向阎部分,可能原因有;

(1)电磁铁的绕组短路,或控制线路及交流接触器出问题;

(2)电磁铁安装螺钉松动,或阀芯卡死未换向;

(3)长期使用电磁换向阀的推杆头部,被铁芯打劈影响阀芯位移,

(4)调速阀的节流口被杂质悖物堵塞;

(5)M、H、K型机能滑阎未换向;

凡是有压力而无流量这类现象,除液压油严重污染外,故障发生在电气系统、换向阀和机械机构上边。

四、执行机构速度渐慢

执行机构的运动速度减慢,这种现象发生在系统工作一个时期以后,其原因有以下几种情况:

1、发生这类现象,一般是老设备,运转时间久了,加上液压油污染促使液压件内部磨损加快,使其工作效率低;

(1)液压设备刚启动时,比较正常,当工作一会运行速度渐慢,越来越慢;

(2)油液温度上升到50℃以上时,液压油的运动粘度下降,系统内泄漏严重;

(3)油箱的容积小,油温上升的也快,如若采用齿轮泵时,本来容积效率就不高,使用时间久了,内部泄漏严重,

(4)液压设备通风不良,油温上升的快,在我国的南方夏季气温较高,若户外作业的设备,不要让阳光直接照射。

2.解决的方法如下:

(1)气温较高的地区要安装冷却器,应保持油渣温度在50℃以下,或按季节更换不同运动粘度的液压油。

(2)要检验液压元件的内部泄漏技术指标,首先检测溢流阀,再检测液压泵的容积效率,若没有检测手段的,先更换溢流阀,再更换液压泵。


第二节  动作各种故障解析

一、起动不正常

液压设备工作时,当按下起动按钮后,系统应该正常平稳地起动。但是在实际中,特别是新设计、新安装的设备初次试车时,常常发生“下不正常现象;如起动时系统压力剧升,电机负荷剧增,产生特大噪声和振动、电机油泵起动不了。出现起动不正常现象时,应立即停车,以免设备损坏。

系统起动不正常时,应按如下步骤进行检查;

a.首先检查机械安装质量。检查时用手转动电机与液压泵之间的联轴节,看转动是否灵活。如果有偏重和卡死现象,应予排除,直至轻便灵活.

b.检查电力系统是否正常。检查时注重检查电舟电压是否符台要求和电机工作是否正常。

e.检查液压系统存在问题。检查时首先检查系统安装是否正确,然后再根据不正常现象,对系统内部可能存在的问题作进一步的深入分析。

如果起动时,系统压力不高、电机电流也不大,只是有巨大的噪声和强烈的振动,说明系统有严重进气,应用浇油的方法查找进气部位。如果起动时,系统压力剧升,电机负荷猛增甚至电机液压泵起动不起,说明系统有严重超载。这时,首先放松溢流阀调压螺钉,使系统降压,再作起动。如果起动还不正常,可检查系绕总回油口的回油情况,发现没有回油或回油很少,说明系统有严重堵塞。再用分段检查法,找出堵塞部位,最后予以排除。

1:  由安装不当造成的液压泵起动不了故障。

现象:有一系统,起动时电机一泵起动不了,并烧坏了电瓶保险。

检查结果;发现电机一泵同联轴器转不动,联轴器两半间接触面处无间隙。

处理:重新安装电机一泵,使联轴器两半间保持l~2mm间隙,达到运转轻便灵活。

效果:系统起动正常。

故障解释:该故障是由于电机一泵安装不当、两半联轴器拼死,进一步使电机和泵上的轴承也挤死无法转动。台理安装后,联轴器、电机和泵轴上的轴承保持合理间隙,运转灵活,故障随之消失。

2:  由电机电源线接错引起的起动不了故障。

现象:一系统在起动时,产生巨大响声,电机电流超过电流表指示范围,电机、泵起动不了。

检查结果:电机电源接线中的零线与火线接反。

处理与效果:改接电源线,系统起动正常。

故障解释:该故障是由电机电源线接错引起。

3:  由泵严重进气引起的系统起动不正常故障。

现象:有一双联叶片泵在试验台上进行试验时,发现即使溢流阀已调至最松,系统压力接近零,但在泵起动时,系统产生严重噪音及震动,无法继续进行运转。

检查结果:l)电机-泵联轴器转动灵活,2)起动时系统压力表指针有强烈振摆,但压力不高3)电机电流表指针也接近于零。

分析判断:该故障与机械安装和电力系统无关,也不是由于系统超负荷引起,应该在系统内部查找原因。

试验:用浇油法,给泵轴头密封处浇油,故障现象有所减轻。

处理:修理泵,排除泵轴头处进气,

效果:严重噪声及震动消失,起动达到正常。

故障解释:该故障系由于泵装配不良,运转中轴头密封处大量进气造成。

4:  油路堵塞引起的不能起动故障。

现象:如图10-1所示系统,起动时电机发出怪叫声,电流大大超过其额定值,保险烧坏,刚一起动立即停车,并发生倒转。

检查结果:1)系统所用泵和溢流阀,安装前检查正常;2)系统中的单向阀3为旧式Г51型直角式,这种单向阀有时会产生阀内堵塞。

分析判断:由该故障现象来看是一个明显的超负荷起动故障,再结合调查得知单向阀3有产生内堵塞可能,因此,可认为有可能是由阀3堵塞造成。

拆卸检查:打开单向阀3检查,发现阀内有堵塞。

 

10-1   系统故障图例

处理及效果:修好单向阀再试,系统起动正常。

  故障解释:该故障是由于单向阀3堵塞压力急剧升高,电机严重超负荷所引起。

  5  系统设计不合理引起的系统起动不了故障。

  现象:如10-2(a)所示系统,在运转中将调速阀1逐渐关闭时,系统噪声增大、电机电流增大,进一步关闭时,电机一泵停转,停转后发生倒转。

   处理:将原系统改为图10-2(b)所示,即将溢流阀2置于调速阀l前,接近泵处。

   效果;调速阀1任意调整,系统工作和起动都正常。

故障解释:图10-2 (a)所示系统,关闭调速阀1时,造成油路堵塞、电机超负荷,故系统工作不正常,系统起动不了。图10-2(b)所示系统中,关闭调速阀l时,溢流阀2控制系统压力,故系统工作和起动都可正常。

 

10-2    系统故障图例

 

二、不能动作

液压系统起动正常后,各个执行部件应按照要求完成各自的动作程序,以保证设备正常工作。但在实际巾往往会发生某些执行部件的动作程序不能动作。发生不能动作故障,设备将无法进行工作。故障的产生涉及机械、电气、液压各个方面。因此,分析判断故障时,要全面考虑,在排除了机械、电气方面的原因后,再封液压系统进行认真仔细的分析。采用分段法,也可有效地查出故障部位。

1  由电液换向阀先导阀控制油路不通造成的液压缸不能换向故障。

现象:图10-3所示系统,液压缸活塞杆只能伸出,不能退回。

检查结果:1)安装前液压缸经过试验,换向动作正常;2)换向阀I进出油口连接正确,但安装前阀未经试验。

分析判断:根据调查结果认为造成上述故障有两种可能:1)活塞退回油路不来油; 2)来油压力不够。

调整试验:打开活塞退回油路,发现确实不来油。

拆卸检查:经检查发现电液阀1主闻A端端盖装配错位90°,致使先导阀来的控制油无法进入主阀。

处理与效果:将主阀端盖掉换90°安装,活塞杆进退动作正常。

故障解释:该故障是由于主阀一端端盖装配错位90°造成。阀盖错位90。,使先导阀对主阀进行换向控制的油路不通,主阀无法换向造成活塞杆伸出后不在缩回。

 

 

10-3   系统故障图例

2:液压缸两腔串通引起的缸不能动作故障。

  现象:一外圆磨床,在工作中出现工作台不能往复运动。

  检查结果:该设备已使用过3年,未进行过修理。

  试验与分析:为查出故障原因,按以下步骤进行试验与分析。

  l)将系统压力略为升高再试,故障未能消除,说明该故障与压力无关;

  2)将液压缸活塞杆与工作台脱开,对液压缸进行试验,发现以下情况:a、用手推动活塞杆往复运动正常;b、给液压缸两端装上两只压力表,发现液压缸两腔压力相等; c、活塞杆运动时推力不大,人手可以顶住。试验结果表明:由于液压缸两腔压力相等,推力不足,无法带动工作台运动。

  3)液压缸内泄漏检查,液压缸活塞处采用间隙密封,配合间隙0.02~0.04mm,系统

压力在1.5~2MPa时,内泄漏情况正常。

  4)操纵箱检查,发现端盖处纸垫破裂,两槽不该互通而互通了。

  处理与效果:重换一纸垫,工作台运动正常。

  故障解释:纸垫上两槽分别与液压缸的两腔相通,纸垫上两槽互通,引起披压缸的两腔相通,其压力相等,液压缸丧失推力,所以工作台不能运动。

3:系统背压过高引起的活塞杆不能退回故障。

现象:如图10-3所示系统,活塞杆伸出后不能退回

检查结果:1)换向阀来油正常,压力油已进入液压缸前腔;2)油缸结构合理;3)系统背压调整过高。

处理及效果:适当降低系统背压,活塞杆即可正常退回。

故障解释:该故障是由于系统背压过高引起。系统背压过高时,液压缸后腔油对活塞的反压力增大,以至液压缸前腔油对活塞的总压力,克服不了后腔油的反压力与活塞移动时摩擦阻力之和,所以活塞杆不能退回。

三、速度达不刭要求和调速范围小

设备运转中,当词谜闷嗣到最大开u位置时,如尿莲动部件的最快速度,仍低

1:设计要求,即速度达不到要求,这种故障在使用年久的设备中较为常见,由于某些原因新设备有时也会出现这种故障。这种故障的产生,是由于液压缸或液压马达中油的流量不足,或设备负荷(包括摩擦阻力),相对于系统工作压力过大引起的。

出现这种故障,会给设备及其工作带来以下不利影响:

A、影响加工过程正常进行、降低工作质量、严重时会使设备无法进行工作。

B、使设备的工作效率降低。

C、如果故障是由于机械安装不当造成,还会加剧设备的磨损以至损坏。

在处理这种故障时,首先将系统压力按要求调到正常值,如果压力调不到正常值,应按前面压力达不到要求故障所述,先使系统压力达到正常。压力正常后,再看速度是否能达到要求。如果还达不到要求,可先将液压缸与运动部件脱开,检查缸的速度是否达到要求。如果缸速度达到要求,就应对机械部分深入检查,如果液压缸速度达不到要求,就应在系统内部查找。查找时,可先打开液压缸进油管,看进入缸中油的流量是否正常。如果流量正常,就应对液压缸进行深入检查;如果流量不足,则应继续在系统内查找。直至找出影响流量的原因。

1:液压泵磨损、容积效率降低引起的动作缓慢故障。

现象:一台设备在工作中,开始速度正常,工作一段时间后,速度逐渐降低,直至无法工作。

检查结果:l)系统采用的液压泵为齿轮泵;2)该设备使用时间已超过半年;3)工作过程中,随着不断使用,油温不断升高; 4)吸油滤网上被黑色胶质物糊满。

试验与分析:1)将滤网上黑色胶质清洗掉再试,速度稍有加快,但还选不到正常;

2)设备运转3~4h后,油温可升至60~70℃,此时设备就不能动作了;)随着使用系统压力也有所下降,即使可再调高点,对提高速度也不起作用。上述试验说明泵的容积效率已经很低。

拆卸检查:经检查齿轮泵磨损严重,轴向、径向问隙已很大。

处理与效果:更换新的齿轮泵,设备工作进度正常。

故障解释:该故障是由于泵磨损严重,容积效率已经很低引起的。设备开始工作时油温较低、粘度较高、内泄漏较少,因此工作速度还可以达到工作要求。随着时间加长,正常工作引起的油温升高,加之泵本身容积效率低所产生的能量损失形成的热量,使油温加速升高。油温加速升高,使泵的内泄漏进一步加重,并形成恶性循环,直至设备不能工作。

2:  系统产生不正常的多缸同时动作引起动作进度减慢故障。

现象:如图10-4所示系统,工作时液压缸I动作速度缓慢。

3:双联泵系统中,由于大泵不该卸荷而卸荷,引起的速度达不到要求的故障。

现象:图10-4所示系统中,按程序缸l应该进行快速动作时,而实际仍为慢速动作。

  检查结果:l)系统中,卸荷阀2动作转换的压力调为4MPa,系统最高工作压力为6.5MPa。当系统压力大于4MPa时,卸荷阀动作,大泵正常卸荷;2)系统压力达6.5MPa后,按程序缸Ⅱ应进行快速动作,实际仍是慢速动作。

 

10-4    故障系统图例

检查发现,当缸Ⅱ应该进行快速动作时,大泵仍处于卸荷状态。进一步查找发现,设备控制电路接错,电磁铁应该工作而没有工作。

处理与效果:更正控制电路接线,让电磁铁按时工作。油缸Ⅱ动件速度加快。

故障解释:系统该程序是靠电磁铁工作,系统压力油通过换向阀3,进入阀2上部压下滑阀,强行使大泵工作而实现的。现因电磁铁没有工作,系统压力油未进入阀2上部,大泵仍为卸荷,只有小泵油进入缸Ⅱ,所阻缸Ⅱ只能慢速动作。

 

四、速度调节控制失慢

设备部件的运动速度,是通过调节系统中的节流阀、或泵的变量机,以及改变系统的流量,来进行调节和控制的。工作中部件运动速度的调节和控制应灵敏、可靠。但是在实际调节时,有时会出现以下不正常情况;1)调节时速度始终不变,或变化缓慢;2)节流阀调至最小极限位置,乃至全部关闭时,部件运动不能停止;3)节流阀和泵的变量机构调至最大极限位置时,部件运动速度迭不到最大极限值的要求。这一故障的产生,是由于节流阀,或泵的变量机构,对系统的流量不能进行有效控制所致。出现这一故障,将给速度调节带来困难,同时也会使动作速度无法满足工作的要求。

基于这一故障一方面是系统流量无法进行有效控制造成的,另一方面,这一故障也常常和系统压力及工作速度达不到要求故障交织在一起,因此这种故障较为复杂。分析故障时,应充分考虑以上两故障对调速的影响。处理故障时.一般地首先使系统压力、最大工作速度及工作负荷达到正常,然后再对速度调节和控制失灵的原因,进行深入的分析。

 

五、负荷作用下速度明显下降

设备空载运转,都件运动速度在调定后,转入负荷运转时,应基本保持不变,但有时会出现明显下降。这种故障的产生,是由于在负荷作用下,系统进入油缸(或油马达)中的工柞流量显著减小所致。

出现这种故障会影响设备的正常工作,降低工作质量、使设备的工作能力下降,严重时部件无法动作,设备失去工作能力。

基于这一故障的产生,既与系统的流量、压力因素有关,又与设备的机械结构及其工作负荷有关,因此,在分析故障原因时,要将这些原因综合在一起全面考虑。处理故障时,首先要对机械结构和工作负荷对工作速度的影响予以查清、排除,然后再深入对液压系统进行分析研究。在系统内查找故障原因时,可先将系统压力调至正常,最后再着手查找影响系统工作流量的原因。

 

六、往复速度误差大

设备在工作过程中,工作台往复运动速度应基本相等。但是,有时发现在行程及节流开口不变的情况下,向右、向左运动速度有着显著的差别,这就是往复速度误差大。对双活塞杆液压缸,允许速度误差10%,超过此范围即为往复速度误差大。

这种故障的产生,是由于工作过程中,进入液压缸两腔油液流量不等所致。出现这种故障,会影晌设备的正常工作,造成工作质骨下降,使设备的生产效率下降。

这一故障是由于进入液压缸两腔流量不同造成的,但有时也和工作负荷、机械安装质量有关,因此,处理这种故障时,也应该首先排除工作负荷,机械安装对速度的影响,然后再在系统内寻找故障原因。

 

七、换向精度差

有些设备工作时,要求工作台换向达到一定的精度要求,即工作台在阿一速度、同一油温,及不同速度、不同油温下,换向点位置之差应分别限制在一定的范围之内。例如:外圆磨床同速、同温下该误差不得超过0.03,不同速度、不同油温下该误差不得超过0.2。但在实际中,有时该误差值会很大,严重时甚至出现中途返向,或严重超程。这就是换向精度差。

外圆磨床出现这种故障,会影响工件外圆及端面的磨削质量,严重时会碰坏工件和砂轮,并引起人身安全事故。这种故障的产生,是由于在各种因素的影响下,液压缸换向,油未能按照要求即时进入液压缸I或未能按照要求及时完成部件的换向动作所致。这种情况的产生,可能是机械、电气、及系统内部多方面原因引起的。因此,分析故障时要全面考虑综合分析,处理故障时,首先应排除机械和电器方面的原因,然后再在系统内部认真查找。

 

八、换向时出现死点

设备工作,当部件运动到达一端后,就应该换向返回,以便进行下一个动作循环。实际中,有时会出现到达一端后不能换向返回现象。这就是换向时出现死点故障。出现这种故障,设备将无法继续工作。

这种故障的产生,是由于在各种因素的作用下,液压缸活塞运动到达一端后,推动缸内活塞运动的压力油没有换向,或者虽已经换向,但缸推力太小,甚至没有推力,无法推动部件向另一个方向运动所致。

    设备的机械装置和电气、被压系统,都可能引起这种现象的产生。因此,分析故障要全面考虑、综合分析。处理故障时,要先排除机械、电气方面因素的影响。在系统内查找故障时,可从液压缸的进出油口起往前,逐段检查,即可找出故障部位。

 

九、换向起步迟缓

工作台捷向需要一个过程,此过程的长短J吐符台设备工作的需要。如:外圆磨床设计规定,无停留时的换向停留时间不得超过0.5s。但在实际中有时出现换向时不能及时起步,或起步后的一段行程中,运动速度比正常速度慢,使得换向过程超出要求的现象,这就是换向起步迟缓故障。出现这种故障,会影响设备的正常工作,降低设备的生产效率。外圆磨床出现这种故障,会使磨削精度降低,磨削工敢下降。

这种故障的产生是由于换向阎的换向过程缓慢,以及换向后,进入液压缸工作油的流量、压力不能及时达到正常引起的。设备的机械、电气、液压系统,都可能引起这种故障。在系统内部查找故障时,应紧紧抓住换向阐的换向过程是否正常,以及系统压力是否可及时建立这两个环节。

例:  由换向阀换向动作缓慢引起的换向起步迟缓故障。

现象:图10-3所示系统,活塞在两端换向时起步迟缓,起步后往复速度正常。

检查结果:1)液压缸安装前经试验正常,两端换向时无起步迟缓现象,2)观察系统压力,发现换向后压力可爱时建立;8)工作时负甜不犬,甚至在空载下同样出现按向起步迟缓。

分析判断:根据检查结果,认为该故障可能是换向阀换向动作缓慢造成。

拆卸检查:1)打开液压缸两端油管,发现换向阀换向时两端油管来油慢,2)检查换向阀时,发现先导阀至主阀芯移动换向的控制油路通道孔径?。?/span>

处理:将控制油通道扩大。

效果:换向起步迟缓的故障消失。

故障解释:该故障是由于电液换向阈中控制油路通道窄小引起的。由于该通道小,控制油通过缓慢,进而推动主阀芯移动速度也缓慢,使整个换向阀的换向动作减慢,而引起该故障。通道扩大后,按向阀换向动作正常,故障随即消失。

 

十、动作的自动循环不能正确实现

多工序自动化设备中,设备是按照预先设计的程序,自动循环进行工作的。工作时电气控制系统按照程序,发出一连串指令,电磁铁接受指令后操作各种控制阀,完成程序规定的各个动作。设备工作中有时实际工作程序与设计程序会不符,产生错乱现象,这就是自动循环不能正确实现的故障。

出现这种故障,破坏了设备正常的工作顺序,使设符无法进行工作,严重时可能引起工具、模具以至设备的损坏。

这种故障的产生,是由于从控制指令到执行部件的各个环节,乃至系统的压力、流

量等参数出现偏差而引起的。设备的机械,电气、液压系统都可能引起这种故障。分析故障时要全面考虑、综合分析。查找故障时应按电气、液压、机械三部分遂段检查,找出故障部位予以排除。

例:由多种原因引起的动作自动循环不能正确实现的故障。

   10-5所示,其最高工作压力由溢流阀1限定为6.6Mpa。液压缸Ⅰ前进时最高工作压力,由溢流阀4限定为5Mpa。大泵卸荷阀2动作压力调定为4Mpa。系统工作中压力低于4Mpa时,大小泵油同时进入系统工作,完成各个快速动作。压力高于4MPa肘,

大泵卸荷,只有小泵油进入系统工作,完成各个慢速动作,此时如要完成快速动作,只要电磁铁工作,系统压力油通过阀3进入卸荷阀2上部,强迫大泵工作,大泵油进入系统即可。

 

 

10-5系统故障图




参考文献

 

[1]雷天觉主编.新编液压工程手册.北京:北京理工大学出版社,1998

[2]颜容庆,李自光,贺尚红编著.现代工程机械液压与液力----基本原理、故障分析与排除.北京:北京交通出版社,2001

[3]马玉贵,马治武主编.新编液压件使用与维修技术大全.中国建材工业出版社,1998

[4]张建寿,谢咏絮等编著.机械和液压噪声及其控制.上??萍汲霭嫔?,1987.3

[5]林履尧主编.进口工程机械液压系统维修问答.广东科技出版社,2003.4

[6]黄迷梅主编.液压气动密封与泄漏防治.北京:机械工业出版社,2003.3

[7]陆望龙编著.液压维修工速查手册.化学工业出版社,2009.1

[8]杨海军,王建斌,王吉龙编著.船舶液压系统振动与噪声的分析与对策.液压气动与密封.2005.6

[9]乔中华,王海栓编.液压锥阀的气穴研究. 太原重型机械学院学报.2001.3

[10]邹建华,吴榕编.分析液压缸活塞杆密封失效原因及防止措施. 液压气动与密封.2007.5

[11]林文城.船舶液压系统内部泄漏产生的原因和消除的措施.船舶.2006.8

[12]Paker.液压过滤指南

[13]黄继红.过滤在液压润滑中的重要作用及应用实例.冶金动力,2004.3

[14]高郁,冯旻.液压系统油温过高的分析及改善措施.通用机械,2004.1

[15]史纪定.液压系统油发热的原因及其计算.

[16]李宁,张玉峰,王建成.液压系统的冲击的分析与控制.机床与液压,2007.4

[17]齐晓峰.预防液压冲击的措施.工程机械与维修,2003.6

[18]张强.液压冲击的防治.工程机械与维修

[19]郭攀成.液压爬行现象与对策.液压气动与密封,2002.2

[20]刘军营,李素玲,徐宁.液压缸爬行分析与消除措施.液压与气动,2002.2

[21]刘涛.液压缸低速爬行故障的排除. 工程机械与维修,2006.9

[22]罗绍亮,汪建新.液压滑阀卡紧现象的理论分析和解决方案.机电工程技术,2008.6

[23]PALL.污染控制与过滤原理

[24]童良锋.DF48B型机车静液压系统异音故障的判断和解决措施. 铁道机车车辆工人,2004.3

[25]罗汉杰. ZL50装载机动力换档冲击分析及处理. 广东交通职业技术学院学报,2005.12

[26]梁宏璞. 东风48型机车车体侧百叶窗控制油缸漏油的处理方法. 内燃机车,2001.4

[27]张利平主编.液压阀原理、使用与维护.化学工业出版社2005.4

[28]贾培起编.液压缸.北京科学技术出版社.1987.6

[29]www.jxcad.com.cn

[30]www.baisi.net

[31]张磊编.实用液压技术300题.北京:机械工业出版社,1998


下一篇: www.6662016.com