王曙光 陳國倉 高 風(fēng) 劉玉慧

(臨沂大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東 臨沂276005)

0 引言

液壓系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量輕、響應(yīng)快、功率密度大、精準(zhǔn)度高及抗負(fù)載剛性大等優(yōu)點，在眾多重要領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。液壓系統(tǒng)在各類設(shè)備和系統(tǒng)中往往處于控制和動力傳輸?shù)暮诵牡匚?。隨著液壓系統(tǒng)向快速、大功率、高精度的方向發(fā)展，液壓系統(tǒng)的規(guī)模、功能、復(fù)雜程度及自動化水平日益提高，液壓系統(tǒng)及設(shè)備出現(xiàn)故障的幾率同時也將提高，因此如何提高系統(tǒng)的可靠性與安全性，是液壓技術(shù)領(lǐng)域目前亟待解決的問題。

1 液壓系統(tǒng)的基本組成

一個完整的液壓系統(tǒng)由動力元件、執(zhí)行元件、控制調(diào)節(jié)元件、輔助元件和工作介質(zhì)五大部分組成。液壓泵將機(jī)械能儲存在工作介質(zhì)中，然后通過執(zhí)行元件釋放能量進(jìn)而帶動負(fù)載運動以達(dá)到預(yù)期的工作效果。液壓系統(tǒng)中液體的壓力、流量和方向通過控制調(diào)節(jié)裝置得以實現(xiàn)。輔助裝置之間的相互協(xié)調(diào)，為液壓系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的工作提供必要條件。

2 液壓系統(tǒng)故障狀態(tài)分析

2.1 液壓動力元件的故障分析

2.1.1 液壓泵工作的基本特點及分類

液壓泵是個有著相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)且其密封容積可以發(fā)生周期性變化的密封裝置。油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒大于或等于大氣壓力以保證液壓泵正常吸油。常見的液壓泵有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。

2.1.2 各種液壓泵出現(xiàn)的主要故障及改進(jìn)措施

1）齒輪泵是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的液壓泵之一。齒輪泵的故障主要體現(xiàn)在工作壓力不穩(wěn)、泄漏和噪音振動。三者之間有時同時存在，彼此相互關(guān)聯(lián)。

（1）漏油現(xiàn)象

主要泄漏的部位有油泵齒輪斷面與端蓋間、齒面的嚙合處以及齒輪外圓和殼體內(nèi)孔的徑向處。齒輪端面和端蓋間的軸向間隙對泄漏量影響最大。若該部位泄漏量過大，則無法對液壓系統(tǒng)正常供油，迫使容積效率降低，引起發(fā)熱；當(dāng)泄漏量過小時，齒輪與端蓋之間的機(jī)械損失過大，機(jī)械效率降低，噪聲增大，振動劇烈。解決措施：嚴(yán)格控制泵的軸向配合間隙，可采用齒輪端面間隙自動補(bǔ)償?shù)霓k法。當(dāng)磨損過大時，應(yīng)及時更換齒輪泵。

（2）齒輪泵工作壓力不穩(wěn)

供油壓力不穩(wěn)而發(fā)生波動的主要原因有：吸油管過長或過細(xì)；吸油濾網(wǎng)容量不足；液壓油品質(zhì)差，油的粘性過高；吸油突緣因密封不嚴(yán)導(dǎo)致空氣進(jìn)入或管道內(nèi)有氣泡等。這些故障在下面的三種泵體中都有可能出現(xiàn)，只在此進(jìn)行分析。解決措施：清理污垢，變通管道，更換濾網(wǎng)及液壓油，以減小液壓油在傳輸過程中的壓力損失。

（3）齒輪泵的噪音大

在液壓泵中，過大的噪音的除了來源于油泵內(nèi)部零件磨損、泵軸與驅(qū)動連接不同心、軸承旋轉(zhuǎn)不均勻等之外，還來源于困油故障。解決措施：修理或更換泵內(nèi)零件；重新調(diào)整驅(qū)動連接機(jī)構(gòu)；在齒輪泵的兩側(cè)端蓋上銑出卸荷槽。

2）螺桿泵，實質(zhì)是外嚙合的齒輪泵，泵內(nèi)至少有兩個螺桿，與齒輪泵一樣，作為定量泵，一般應(yīng)用到對精密度要求較高的的系統(tǒng)中。螺桿泵的故障主要體現(xiàn)在壓力小、漏油上。

（1）泵體供壓小

除了體現(xiàn)在主、從動螺桿外圓與泵體孔的配合間隙因磨損而增大進(jìn)而引起的供壓減小外，還有主動螺桿頂圓與從動螺桿根圓、從動螺桿外圓與主動螺桿根圓嚙合的嚙合間隙不符合基本要求。解決措施：保障主動螺桿外圓、從動螺桿外圓與泵體的配合間隙；用三根螺桿對研跑合的方法提高螺桿齒形精度，并保證三根嚙合開檔尺寸在規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。

（2）漏油現(xiàn)象

該故障主要出現(xiàn)在兩齒嚙合處。與齒輪泵的解決措施類似。

3）葉片泵，它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中的專用機(jī)床、自動線等中低壓液壓系統(tǒng)中。在工作中除了和齒輪泵一樣有壓力不穩(wěn)、噪音、泄漏等故障外，還存在異常發(fā)熱的現(xiàn)象。

（1）噪音產(chǎn)生原因及解決措施

①定子表面不光滑，出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象等。解決措施：精確的加工定子表面和裝配定子。

②吸油區(qū)定子過渡表面磨損。解決措施：輕者可用紗布拋光即可，重者應(yīng)在磨床上利用仿形靠磨修復(fù)。

③吸油口處密封不嚴(yán)，可能有空氣進(jìn)入。解決措施：用涂脂法檢查，拆開吸油管接頭，然后清洗干凈，涂上密封膠再密封擰緊。

④出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。解決措施：檢查吸油管、油箱、過濾器、油位及油液的粘性等。

（2）壓力波動現(xiàn)象明顯

除了主要原因是因限壓式變量葉片泵的調(diào)壓彈簧變形大之外，還因泵體的磨損而引起。同時伴隨著噪音，例如定子內(nèi)曲線磨損。解決措施：更換合乎規(guī)格的調(diào)壓彈簧；對于噪音伴隨的壓力波動的解決措施和相對應(yīng)的噪音解決措施一樣。

（3）泄漏

和齒輪泵體一樣，主要是泵體和泵蓋的間隙間的泄漏。解決措施：正確制定配合間隙，當(dāng)磨損過大時，更換葉片泵。

（4）發(fā)熱異常

電流過大易引起發(fā)熱，在葉片泵工作時，引起電流過大的原因很多，比如說葉片被卡、阻力過大、泵長時間在超過或接近額定壓力的情況下工作等。散熱系統(tǒng)不好也容易引起發(fā)熱故障，同時磨損也是導(dǎo)致發(fā)熱的重要原因，特別是各個滑動配合面的間隙過大或過小。解決措施：定期進(jìn)行一些常規(guī)的檢查,排除葉片出現(xiàn)的故障；經(jīng)常添加潤滑油可以有效的保證磨損；正確裝配也能保證磨損小，浪費??；對于電流控制,最好進(jìn)行安裝合適的保險裝置,以防不測。

4）軸向柱塞泵故障及解決措施

（1）壓力偏低

①吸油管和濾油器堵塞。軸向柱塞泵所需要的工作介質(zhì)必然通過吸油管濾油器與油箱相通，濾油器堵塞必定導(dǎo)致流量不足。解決措施：利用清潔劑清吸油管和濾油器等。

②柱塞與柱塞孔之間磨損拉傷出現(xiàn)軸向溝槽等。由于柱塞與柱塞孔間存在摩擦，往返運動，必然出現(xiàn)磨損。解決措施：對于柱塞磨損，采用電刷鍍技術(shù)修復(fù)表面，而對于柱塞孔可采用研磨修復(fù)，但必須嚴(yán)格控制柱塞與柱塞孔的工作精度要求。

③變量泵的變量機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障。變量頭軸圓弧面磨損嚴(yán)重；控制閥芯彈簧損壞；斜盤傾角過小乃至固定在最小的位置等。解決措施：變量頭軸圓弧損壞時，利用電鍍的方法進(jìn)行修復(fù)；彈簧損壞時只能進(jìn)行更換；斜盤角度過小，調(diào)整或重新裝配變量活塞及變量頭，使之活動靈活。

④配油盤與泵體間存在固體雜質(zhì)或粘稠污物，從而出現(xiàn)接觸不良。應(yīng)清理污染物，重新裝配。

（2）變量機(jī)構(gòu)或者壓力補(bǔ)償變量機(jī)構(gòu)失靈

①單向閥彈簧折斷時，應(yīng)更換彈簧。

②斜盤與變量殼上的軸瓦圓弧出現(xiàn)磨損，轉(zhuǎn)動不靈。若磨損輕微可刮削后再裝配，反之則應(yīng)該更換軸瓦。

③若吸油管道被污染物堵塞，應(yīng)利用洗潔精清洗干凈，并吹干吸油管道。

④當(dāng)伺服活塞或者變量活塞被卡死。及時檢查伺服活塞或者變量活塞是否靈活，并注意配合間隙是否合適，若出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行拆裝。

⑤伺服閥芯端部被拉斷，應(yīng)更換伺服閥。

（3）泵體噪音大，沖擊大

①泵吸油管道進(jìn)入空氣，造成泵體噪音大，壓力波動大。應(yīng)加強(qiáng)管道和濾油器的密封性，特別是濾油器。

②伺服活塞或者變量活塞不靈活，油液壓力出現(xiàn)偶爾或者經(jīng)常性波動。解決措施：保證伺服活塞河變量活塞工作的靈活性，如果出現(xiàn)偶爾性的壓力波動，主要原因是液壓油污染過于嚴(yán)重，污物堵塞所致，所以要及時檢查，并進(jìn)行清洗；若是經(jīng)常性的波動，可能是內(nèi)部部件出現(xiàn)損壞，及時的更換相應(yīng)部件。

③對于變量泵可能由于變量機(jī)構(gòu)的偏角太小使流量減小，內(nèi)泄漏反而相對較大，因此流量的脈動進(jìn)而引起壓力脈動。解決措施：多變量機(jī)構(gòu)的邊角適度調(diào)整，保證流量的供應(yīng)。

④困油現(xiàn)象，引起比較大的噪音和壓力脈動。解決措施：配油盤上的吸油窗口和壓油窗口之間的封油區(qū)寬度應(yīng)稍大于柱塞缸體底部通油孔寬度，但不能相差太大。

⑤若果工作油液不符合工作要求，應(yīng)更換為合乎工作要求的油液。

（4）配油盤與缸體結(jié)合面的磨損

①液壓泵工作時，油液面過低，使配油盤與缸體結(jié)合產(chǎn)生摩擦。解決措施：啟動泵體時，將泵內(nèi)加滿工作油液。

②配流盤和缸體的材質(zhì)低劣，未進(jìn)行熱處理等工藝，軟硬度不均勻。解決措施：嚴(yán)格對材料的性能進(jìn)行檢查，必要時進(jìn)行更換配流盤和缸體。

③缸體上個別與柱塞相配的孔深度不夠，或者柱塞過長，引起柱塞在缸孔內(nèi)卡死，造成局部表面磨損。解決措施：應(yīng)研修缸體上個別與柱塞相配的孔，消除錐度，達(dá)到工作要求。

④當(dāng)油箱中進(jìn)入的固體顆粒污染物，被吸入泵中。要及時對油液污染物清除，保證泵體正常進(jìn)行工作。

⑤配流盤與缸體的高低壓過渡區(qū)困油嚴(yán)重。解決措施：可用什錦三角銼適當(dāng)修長過渡區(qū)，使過渡區(qū)能比較理想卸壓。

（5）柱塞泵泄漏

其中柱塞泵的外泄漏受各種外界環(huán)境的影響，可根據(jù)適當(dāng)?shù)沫h(huán)境情況進(jìn)行處理。在此只對內(nèi)泄漏進(jìn)行分析；而內(nèi)泄漏的分析原因主要體現(xiàn)在缸體和配流盤、柱塞與缸體孔、變量活塞或者伺服活塞等零件的磨損。缸體斷面磨損的解決措施是在平面磨床磨平，再用氧化鉻拋光；缸體孔出現(xiàn)磨損時，需要將其在立式珩磨機(jī)床上進(jìn)行珩磨，或用同直徑全鋼石鉸刀修復(fù)。

2.2 液壓執(zhí)行元件故障的分析

液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為液壓系統(tǒng)輸出推力和速度。液壓缸的故障主要體現(xiàn)在爬行、內(nèi)外泄漏、沖擊大等，其解決的方式主要從缸體內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)和改進(jìn)。例如，活塞桿表面出現(xiàn)磨損劃傷，可采取磨去鍍層，表面重新鍍鉻的處理。

2.3 控制調(diào)節(jié)裝置故障分析

控制調(diào)節(jié)閥能夠改變油液流量大小、流動方向、壓力高低等，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動發(fā)生預(yù)期變化。液壓控制調(diào)節(jié)閥的故障主要為泄漏、噪音振動以及壓力波動不穩(wěn)等。如內(nèi)部部件的磨損拉傷小，可以拆卸修補(bǔ)，反之就要更換為具有互換性可行性的控制調(diào)節(jié)閥體。例如單向閥的內(nèi)部彈簧的折斷，導(dǎo)致油液流量變大，這時應(yīng)對內(nèi)部的彈簧進(jìn)行更換。

2.4 液壓輔助元件的故障分析

液壓輔助元件對液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性、工作效率、使用壽命、噪音和溫度等影響較大，因此輔助元件是液壓系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。輔助元件的原理和結(jié)構(gòu)不同，其故障形式也是多樣的，主要表現(xiàn)在堵塞、漏油、壓力脈動差、釋放流量小等方面。

2.5 液壓油的污染

液壓系統(tǒng)的故障主要是因液壓油的污染造成的。固體顆粒是主要的污染物，其來源主要分為已被污染的新油、殘留污染、內(nèi)部生成污染、侵入污染。固體顆粒污染物引起的危害有磨損元件表面、卡死液壓部件、堵塞通道以及影響油液的質(zhì)變。解決方法主要是切斷污染物侵入的途徑。

3 結(jié)語

液壓設(shè)備是高精度的機(jī)、電、液一體化的綜合系統(tǒng)，系統(tǒng)故障具有復(fù)雜性、模糊性、隱蔽性、隨機(jī)性及分散性等特點，導(dǎo)致對其故障分析的難度性增大。但液壓系統(tǒng)故障有著自身的特點和規(guī)律，通過充分了解液壓系統(tǒng)的構(gòu)造，對故障進(jìn)行綜合分析、推理和判斷，是解決系統(tǒng)故障的合理方式。將傳統(tǒng)故障診斷方法與新技術(shù)、新理論相融合，解決液壓系統(tǒng)的故障方法必將得到進(jìn)一步完善和發(fā)展。深入研究液壓系統(tǒng)故障分析不僅具有很強(qiáng)的實用性，而且具有很重要的理論意義。

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