1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 工程机械液压传动系统故障诊断与维修 前言 随着液压技术的应用 ,我国工程机械近年来取得了蓬勃的发展。液压传动系统工作安全可靠 ,与机械传动、电力传动和气体传动相比较 ,故障发生率较低 ,使用寿命长。但是液压传动是以液压油为工作介质 ,在相对运动表面间不可避免地会产生泄漏。液压油的黏度随温度变化而变化 ,也会影响液压系统的工作性能。因此，对液压传动系统发生的故障 ,如何能准确而迅速地查出部位和分析产生的原因 ,并及时排除 ,恢复液压系统的正常功能 ,对于施工单位而言 ,具有重要的现实意义。 本文总结了工程机械液压传动系统故障发生的原因及检测方法。 正文
2、1.工程机械液压系统常见故障： (1)液压系统表现无力和力不足。 (2)以液压为动力的运动机构不运动或运动不稳定 ,或爬行。 (3)液压系统油液泄漏 ,或渗漏 ,造成油液污染环境 ,油液的浪费 ,机械效率降低 ,甚至引起系统工作不稳定和系统的破坏。 (4)液压系统温升过高 ,油液变质变稀 ,效率降低 ,元件产生热变形 ,破坏了配合件的配合精度与配合性质 ,甚至造成元件的损坏。 (5)液压系统噪声强烈 ,甚至产生鸣叫 ,引起系统剧烈振动 ,不仅污染了工作环境 ,而且可能使系 统工作丧失其稳定性。 (6)系统堵塞 ,元件损伤或断裂 ,运动元件卡死或不能达到预定位置等。 2.工程机械液压传动系统故障
3、的特点： 工程机械液压传动系统主要是由液压泵、控制阀、变矩器、变速器和动力换挡变速阀等组成 ,其故障通常表现为行走无力或液压离合器接合不良 1。工作装置液压系统主要由液压泵、控制阀、液压马达和液压缸组成 ,其故障主要表现为马达的行走或回转无力、液压缸活塞的伸出和缩回迟缓。这 2 种系统故障的共同特点为系统压力不足。所以工程机械液压传动系统故障大致分为以下 3 类： 1.压力异常 一般工程机械液压系统管 路设计时预留很多压力测点 ,使用压力表测出读数 ,与正常值比较分析即可确定引起压力异常的液压元件。 2.速度异常 逐一调节工程机械上的节流阀、调速阀及变量泵变量机构 ,对应测试执行元件的速度范围
4、值 ,与设计值比较分析即可确定。 3.动作异常 切换工程机械上每个换向阀 ,观察相关执行元件的动作状态是否正常 ,即可找出异常换向阀 ;检查动作顺序和行程控制 ,找出异常部位。 3.工程机械液压系统故障原因： 工程机械液压系统发生故障与设计、制造、使用等方面存在的问题有关 ,正常条件使用下的自然磨损、老化、变质也会引起故障。 (1)设 计原因。由于技术、工艺等方面的原因 ,所设计的液压系统并非尽善尽美。设计问题是关系到液压系统性能的根本问题 ,如果从设计上找出故障原因 ,从而纠正设计上的失误或不足 ,是治本之法。 (2)制造原因。工程机械经装配、调试出厂后 ,一般来说 ,综合的技术性能应当合格
5、。但在维修时，需要更换一些新的液压元件。如果元件制造质量低劣 ,新元件取代旧元件之后 ,有可能造成液压系统发生预想不到的故障。 (3)使用原因。液压系统使用维护不当 ,不仅使工程机械设备故障频率增加 ,而且会降低设备使用的寿命。 4.液压传动系统的故障诊断 4.1 观察判 断法 液压传动系统的异常表现 ,如外部泄漏、执行元件动作不正常、系统有噪音、操纵手感异常、仪表指示异常及发热异常等等 ,通过观察、试操纵 ,再辅以短路、断路等检查手段 ,经综合分析 ,判断故障发生的部位和原因 ,采取措施予以排除 2。 4.2 仪器诊断法 利用 PFM 型万能液压检测仪 ,对故障的部位及性质进行判断 3。这是
6、一种可以同时监测液压系统的流量、温度和转速的检测仪器。它能够安装在系统的任何部位 ,只要液流从进口“进入”并从出口“泄出”即可测定 。 4.2.1 诊断步骤 利用检测仪进行诊断时 ,按照顺序对各个元件逐一检测 ,并依次进行判断。 4.2.2 诊断的一般要求 流量的测定与液压油的黏度关系很大 ,而黏度又与温度有关。因此 ,液压传动系统所用的液压油必须符合规定要求 ,测试时液压油的温度必须在 50左右。 4.3 元件对换法 以备用元件逐一换下可能发生故障的元件 ,观察液压系统的故障是否排除 ,继而找出发生故障的部位和原因 ,并予以排除。对于如单向阀、溢流阀、平衡阀之类体积小易拆装的元件 ,采用对换
7、法是比较方便的。 4.4 定期检查法 根据各种工程机械检查内容的规定 ,通过专业检查人员的直感来检查机械的技术状况 ,及时发现将出现的异常隐患 ,是使 液压系统的故障消灭在发生之前的一种科学方法。 4.5 直观检查法 直观检查法是一种最为简易最为方便的方法。通常是通过眼看、手摸、耳听、嗅、闻等手 段对零部件的外表进行检查 ,判断一些较为简单的故障。 4.6 操作调整检查法 操作调整检查法主要是在无负荷动作和有负荷动作两种条件下进行故障复现操作 ,而且最好由本机操作手进行实施 ,以便与平时的工作状况相比较 ,更快、更准确地找出故障。 4.7 对比替换检查法 在缺乏测试仪的情况下 ,通过对两台型号
8、、性能参数相同的机械进行比较 ,从中查找出故障。 4.8 仪表测量检查法 仪表测量检查 法是检测液压系统故障最为准确的方法。主要是通过对系统各部分液压油的压力、流量、油温的测量来判断故障点。 5.几种常用液压器件的故障诊断方法 5.1 液压泵的诊断 用油管将油泵的出口与检测仪器的进口相接 ,将仪器的出口与油箱相接 ,油泵开始工作 ,旋转仪器的负荷调节手柄 ,使其压力为零 ,读出流量 Q0,再转动仪器的负荷调节手柄 ,使压力逐渐上升 ,直至达到规定的工作压力为止 ,再读出流量 Q。油泵效率泵 =Q /Q0。一般规定油泵效率应大于 0. 8 ,当泵下降到 0. 65 左右时 ,油泵应该修理或更换。
9、 5.2 溢流阀的诊断 将检测 仪安装在溢流阀的后面 ,调整负荷调节手柄 ,使压力逐渐升高 ,观察流量的变化情况。当流量突然显著下降时 ,即表明溢流阀已经打开 ,记下此时的压力值。然后 ,继续旋转手柄 ,直至压力不再升高为止 ,此时压力即为系统的最高压力。当以上测得的 2 个压力值不符合规定值时 ,一般可以通过调整恢复正常 ,当不能同时满足两个指标要求时 ,则系弹簧刚度不符合要求 ,应更换。 5.3 液压马达的诊断 5.3.1 液压马达的故障信号采集 1.冲编码盘。将编码盘安装在马达轴上 ,通过计数器的脉冲记数来计算转速 ,利用测量电路中的触发信号判断转向 ,对故障表中故障现 象一栏下的马达的
10、各种异常状态也能有效地进行监测。 2.压力传感器。用压力传感器检测控制阀进口、泵的进口、溢流阀口、超载溢流阀口及泵出口的压力 ,并将压力信号转变成电信号 ,从而实时监测各处的压力。 3.转角 -数字式传感器。利用该传感器将斜盘的斜角转换成点脉冲 ,从而测定马达变量机构设定的相对角度。 4.差压传感器。装在泵的进口滤油器两端 ,将压差转换成电压信号监测油污染。 5.温度传感器。油池内装入热电阻 ,将温度转换成电信号 ,监测油液温度。 6.流量传感器。在马达进口装入流量孔板 ,将孔板压差转换成电信号 ,监测进入马 达及系统的液压油的流量。 5.4 液压油缸的诊断 5.4.1 经验诊断法 诊断液压缸
11、泄漏 ,经验方法可用“问”、“检”二字概括。具体来讲 ,“问”就是维修人员向操作人员询问故障机械的基本情况 ,主机有哪些异常现象 ,故障是突发的 ,还是渐发的 ;“检”就是亲自检查液压系统工作情况 ,使液压缸运动到极限位置时 ,可先测量液压系统的工作压力 ,一旦工作压力达不到规定值 ,并且通过调节安全阀压力仍不发生变化时 ,则可能是因液压油缸内泄造成的。 5.4.2 实验法 在未拆卸液压系统元件时 ,首先应按实验操作规程将机械开机到位 ,然后操作换向阀使液压缸的活塞运行至实验位置 ,拆开液压缸回油腔管路 ,通过观察油口是否有液压油流出 ,可判断液压缸泄漏情况。 1.对叠加过载阀液压缸 ,操作控
12、制阀使被试液压缸的活塞伸出至极限位置。当液压系统升压后 ,拆开液压缸回油腔管路油口 ,观察有无液压油流出 ,如果有 ,表明液压缸内泄。 2.对叠加平衡阀液压缸 ,可操作换向阀使被试液压缸活塞适当伸出 ,通过工作装置承载 ,使液压缸无杆腔产生压力。然后 ,操作换向阀至中位 ,拆开液压缸进出油口 ,观察进出口的泄漏量。如果进油口有液压油流出 ,表明液压缸内泄 ,如果出油口有液压油流出 ,则是平衡阀泄漏。 3.对于叠加双向液压锁液压缸 ,同样操作换向阀 ,使被试液压缸活塞适当伸出 ,通过工作装置承载 ,使液压缸无杆腔产生压力。然后 ,操作换向阀至中位 ,拆开液压缸进出油口 ,观察进油口和出油口的泄漏
13、量 ,如果有液压油流出 ,说明液压锁在无杆腔方向不闭锁 ;如果活塞杆受载回缩 ,进油口无液压油流出 ,而出油口有液压油流出 ,说明液压缸内泄 ,同时液压锁在有杆腔方向不闭锁 ;如果两油口均无液压油流出 ,说明双向液压锁工作正常。 6.液压传动系统的故障分析与维修 液压传动系统的故障诊断出来之后 ,不要盲目地对液压元件进行解体 ,要经过仔细检查分析 ,找出 故障发生的部位和原因 ,以便采取技术措施 ,排除 故障 4。例 如 ,某工程一台 ZL250 型装载机由于液压转向系统有故障 ,方向盘转动沉重 ,因未经仔细检查分析 ,就断定是转向泵出了故障 ,遂将泵体解体 ,结果把油泵内的油封也拆坏了。后经
14、分析判断 ,发现是转向阀调压弹簧折断 ,引起压力不足所致。 6.1 液压泵的维修 液压泵是液压系统的动力元件。液压泵的种类很多。齿轮油泵的主要故障是泄漏 ,由于泄漏而达不到额定的压力和流量。引起泄漏的原因主要是轴承、齿轮啮合面、齿轮端面与泵盖间的磨损和密封件的老化、损坏等。另外 ,使用了一段时间的齿轮 泵 ,由于啮合挤压作用 ,在齿顶和端面会产生毛刺 ,使泵体和端盖磨损加剧 ,尤其是铝合金泵壳更为严重 ,如能用油石磨掉毛刺 ,则可以延长油泵的使用寿命。叶片泵的主要故障是定子和两侧配流盘的磨损。当将叶片解体修理时 ,发现定子内表面在过渡曲线与圆弧连接部位磨损最严重。换掉磨损严重的定子 ,可以使叶
15、片泵恢复原有的性能。叶片泵的转子、叶片的使用寿命相当于定子使用寿命的 2 倍。 6.2 液压马达的维修 液压马达如果注意日常维护 ,防止油液污染 ,一般是不会发生故障的。进入马达的液压油要仔细过滤 ,以减少杂质 ,防止过快磨损 ;更换油管时要防止马 达内油液流出 ,以免空气进入 ,引起振动和噪声。修理后的马达应注满干净的液压油 ,排除马达和系统内的空气。 6.3 液压油缸的维修 液压缸是液压传动系统的执行元件。液压缸常见的故障是漏油和运动爬行。由于缸头密封件损坏而外漏 ,更换密封件即可解决。液压缸运动爬行的原因较多 ,如油缸内漏 ,油路空气侵入 ,活塞密封件装得过紧 ,活塞杆与活塞不同心 ,液
16、压油有杂质 ,平衡阀发生故障等。检查方法 :在油缸工作时 ,将油缸回油管接头拆开观察 ,如接头处无油液漏出 ,油缸仍在慢慢缩回 ,说明油缸内漏 ,应进行维修 ;若接头处有油液漏出 ,则说明平衡阀有故障 。 6.4 控制阀的维修 控制阀是对液压系统进行控制和调节的液压元件。由于阀的配合一般都比较精密 ,所以在修理时应特别注意。如仅是阀的密封装置损坏漏油等故障 ,在修理时能不抽动阀芯的尽量不要抽动 ,以免影响阀芯体配合的密封件。再如锥形阀芯的接触线磨损 ,可采用研磨修正接触线的办法解决。此外 ,阀芯的调压弹簧损坏引起的故障也时有发生。 6.5 管接头的维修 液压传动系统中的管接头和焊接处 ,由于振
17、动频率较高 ,常常发生破坏。管路最好平行布置 ,少交叉 ,平行或交叉的油管之间至少应有 10mm 的间隙 ,以防接触和振动磨损。管路重新安装时 ,要选择无砂、无锈蚀、无氧化皮的管子。安装前先要清洗 ,一般用 20%的硫酸或盐酸进行清洗后再用 10%的苏打水和温水洗净 ,进行干燥、涂油 (用压缩空气吹干后将管路两端密封保存 ,或直接接入系统中 )。当硬管需要弯曲时 ,油管弯制后应清除管内的氧化皮 ,其弯曲半径至少应大于其外径的 7 倍。弯曲处距接头的距离至少是外径的 6 倍。管路接入系统后不允许有扭曲现象。 7.工程机械中液压系统故障的预防 7.1 保证液压油的清洁度 在液压传动系统中 ,液压油
18、既是工作介质又是润滑剂 ,所以油液的清洁度对系统的性能 ,对元件的可靠性、安全性、效率和使 用寿命等影响极大。液压元件的配合精度很高 ,对油液中的污物杂质所造成的淤积、阻塞、擦伤和腐蚀等情况十分敏感。因此 ,应严格防止液压油中侵入污物和杂质 5。 造成污物杂质侵入液压油的主要原因 ,一是执行元件外部不清洁 ;二 是检查油量状况时不注意 ;三是加油时未用 120 目的滤网过滤 ;四是使用的容器和用具不洁净 ;五是磨损严重和损坏的密封件不能及时更换 ;六是检查修理时 ,热弯管路和接头焊接产生的锈皮清理不干净 ;七是油液储存不当等。在使用、检查和修理过程中注意解决这些问题 ,可以减少和防止液压系统故
19、障的发生。 7.2 液压油的更换 液压油在达到报废标准后必须予以更换 ,应严格按设备说明书中提供的液压油型号、规格进行添加 ,不能随便使用替代品 ,即使要用 ,也要经过严格测试对比 ,合格的才可使用。 7.3 防止液压油中混入空气 液压系统中的液压油是不可压缩的 ,而空气的可压缩性很大 ,即使系统中含有少量空气 ,其影响也是非常大的。溶解在油液中的空气 ,在压力较低时 ,就会从油中逸出产生气泡 ,形成空穴现象 ;到了高压区 ,在压力的冲击下 ,这些气泡很快会被击碎 ,急剧受到压缩 ,使系统产生噪音。同时 ,气体突然受到压缩时 ,就会产生大量热能 ,引起局部发热 ,使液压元件和液压油 受到损坏
20、,造成工作不稳定 ,有时会引起冲击性振动。所以须防止空气进入液压系统。具体做法 :是避免油管破裂、接头松动、密封件损坏 ;二是加油时避免不适当的向下倾倒 ;三是回油管插入油面时 ,避免液压泵入口滤油器阻塞使吸油阻力增大 ,不能把溶解在油中的空气分离出来。 7.4 防止液压油温度过高 液压系统中油液的工作温度一般在 55 60比较好 ,在使用时必须注意防止油温过高。温度高于 65 ,液压系统就要报警 ,应检查水冷装置是否出了问题。如油箱中的油量不够、液压油冷却器散热性能不良、系统效率太低、元件容量小、流速过高、油液黏度 不正确等 ,都会使油温升高过快。黏度高增加油液流动时的能量损耗 ,黏度低会使
21、泄漏增多 ,因此在使用中能注意并检查这些问题 ,就可以预防油温过高。此外 ,对液压油定期过滤 ,定期进行物理性能检验 ,既能保证液压系统的工作性能 ,又能减少液压元件的磨损和腐蚀 ,延长油液和液压元件的使用寿命。 结束语 工程机械液压系统出现了故障 ,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。一般液压元件均有可能发生故障 ,有时 ,虽然是同样的故障 ,但产生的原因也不尽相同。这就要求在不断积累维修经验的同时 ,逐步研发诊断仪器 和设备 ,用科学手段检测液压系统的故障 ,更主要的是要建立机械设备管理制度 ,正确操作和维护液压系统 ,及时发现故障并排除故障 ,提
22、高机械的使用寿命 ,确保设备发挥更大的效益。 参考文献 1吴卫荣 .液压技术 M.北京 :中国轻工业出版社 ,2006. 2张和平 .液压传动与控制 M.西安 :西北工业大学出版社 ,2005. 3杨国平 .现代工程机械液压与液力实用技术 M.北京 :人民交通出版社 ,2003. 4黎启柏 .液压元件手册 M.北京 :机械工业出版社 ,2000. 5韩敏 .汽车与工程机械用油常识 M.北京 :人民交通出版社 ,1997. 6武汉大学测绘学院测量平差学科组 .误差理论与测量平差基础 M.武汉 :武汉大学出版社 ,2003. 7石博强 ,赵 金 .MATLAB 数学计算与工程范例教程 M.上海 :中国铁道出版社 ,2005. 8鲁铁定 ,周世健 ,张立亭 ,官云兰 .测量平差教学中 MATLAB 软件的应用 J.地矿测绘 ,2004. 9王志忠 .测量平差中模型误差处理理论 J.测绘学报 ,2000.
