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制桶设备液压与气压传动系统的使用与维护(7)

杨文亮

第四章 制桶设备液压系统故障分析

二、制桶设备液压系统故障的预兆

液压系统中的大部分故障并非突然发生,总有一些预兆。如振动与噪声、冲击、爬行、污染、气穴和泄漏等。这些现象发展到一定程度,即产生故障。如果这些现象能及时发现,并加以适当控制或排除,系统的故障就可相对减少。

1、振动与噪声

振动与噪声是同一物理现象的两个方面。当液压系统产生振动时,除本身具有一定的振幅和频率外,同时还伴随着噪声。

(1)振动:液压系统的振动可能来自机械系统、油泵与油马达、阀类元件和管道内液流的振荡等。振动一旦发生,不仅影响主机的性能,而且还会产生故障。

(2)噪声:液压系统的噪声,不仅与元件结构、加工和装配质量有关,而且还与系统设计、安装和使用维护都有密切的关系。

2、压力冲击

在液压系统管道内流动的液体由于液压阀的快速换向或突然关闭、执行元件突然停止运动、负载突然变化等将使瞬时压力值增至极大,这种现象称为液压冲击。

液压系统中产生冲击,将使系统的稳定性和可靠性降低,甚至发生故障。减小或防止液压冲击的发生,可以通过减慢阀的换向速度、采用缓冲油缸、加大管径、缩短管长或采用橡胶软管等方法来解决。

3、气穴与汽蚀

气穴与汽蚀是液压系统中常常容易出现的不利现象,对系统工作的危害性很大。气穴是指油液中含有空气泡,气泡在油液中占据一定的空间,使油液变得不连续。气穴发生后,气泡随着液流进入高压区,会产生很大的冲击,这种冲击发生在金属边壁上,就会加剧金属氧化腐蚀,使金属表面逐步形成麻点,甚至出现表面脱落、小坑,这种现象称为汽蚀。

保持液压元件及管接头具有良好的密封,防止吸油管口吸入气泡,将回油管插入液压以下,减少油液中的机械杂质等,都可以防止空气进入油液而产生气穴。

4、爬行

执行元件(油缸或马达)在低速运动时出现的时断时续的速度不匀现象称为“爬行”。爬行现象不仅影响系统工作的稳定性,还将严重影响产品的加工质量,缩短机械的使用寿命。液压系统产生爬行的原因主要与摩擦力有关,一般由运动部件润滑条件不良引起。

5、液压卡紧

在液压系统中,大多数元件均采用圆柱形滑阀式结构,当阀体与阀芯处于完全同心状态时,其摩擦力很小,只需很小的驱动力即可驱动阀芯运动。有时可能发生阀芯和阀体在正常驱动力作用下不能产生相对运动,这就是卡紧或卡死现象。在正常工作情况下,产生卡紧的原因多数是油中脏物楔入配合间隙形成的。这种情况只要精密过滤油液就行解决。

6、液压系统升温

液压传动是以油液作为工作介质来实现能量转换的,其系统总的能量损失将转化为热能,使系统温度升高。如果油路和油箱设计不当,散热不好,则温升将会更高,甚至导致故障。
现场出现系统发热的主要原因是工作油液温度较高和液压元件局部发热。控制油温的方法要根据具体原因采取相应的措施,如更换

油液的黏度、检查污染的程度、更换油液、检查泵和阀等元件的磨损情况、进行必要的修理或更换,检查管道、滤油器及节流口的堵塞情况,并加以疏通。

7、液压系统泄漏

液压系统的泄漏会使效率显著降低、能耗增加,使系统工作的可靠性降低、造成环境污染,以及由于密封不良使外界污物侵入而造成恶性循环,使主机或元件早期磨损。

造成液压系统泄漏的原因很多,在设备设计和制造精度较高的情况下,泄漏多因密封件损坏或选用不当、安装不当造成。

三、液压系统故障诊断与排除

液压系统的故障比较复杂,有元件选用和回路设计不当引起的故障,也有使用管理不善引起的故障,即使是同一个故障现象,其产生的原因也可能不一样,也许是由许多因素综合影响的结果。例如系统的压力完全上不去,其故障的原因可能是由溢流阀、液压泵、方向控制阀、流量控制阀、管路等液压元件所引起,也可能是由驱动电磁阀的电控线路所引起。特别是在系统调速时产生故障的原因更是多方面的,更应进行全面分析。在排除故障时必须逐一分析故障原因,注意其内在联系,找出其主要矛盾,这样才能比较容易解决。由于在液压系统中,各种元件和辅助装置的机构以及油液大都在封闭的壳体和管道内,不能直接从外部观察而且测量又不方便,因此查找故障原因往往要用比较多的时间,而且排除故障也比较麻烦。另外,对已有的液压系统,正确地使用与管理也是十分重要的。

液压系统的故障有突发性和磨损性两种。突发性故障,如泵或马达烧损、液压阀电气部分烧损或零件损坏以及管路破损等,常与装配质量、磨损程度和操作、维护不当等因素有关。因此,这些故障多发生在系统工作的初期和后期,日常操作和维护不当引起的故障也可能发生在中期。而磨损性故障,如工作机构出力不足、运动变慢等,往往发生在系统工作的后期。操作人员和维修人员的任务是最大限度地减少突发性故障。在液压系统中某一元件破损常常可导致一系列元件破损,例如滤油器破损后,往往引起泵、阀和执行元件损坏。因此,在液压系统中,防止突发性故障的发生具有特殊的重要性。

液压系统的大部分故障在发生之前总有一些预兆,发展到一定程度而产生故障。如泵或马达工作声响不正常,甚至发生焦味或冒烟;溢流阀产生噪声和振动;系统油温过高,油液变质;滤油器堵塞严重;油箱液面低于最低位置;工作机构出力不足,速度下降等。如果这些现象或预兆能及时发现,并加以控制或排除,系统的故障就可以相对减少或避免。对于这些现象,操作者只要具有必要的液压传动基本知识,并对工作认真负责,是可以及时发现的,因而可以避免整个液压系统遭到损坏。

液压系统发生故障时,常常不易立即找出故障部位和根源。为了避免盲目查找故障,技术人员必须根据液压系统的基本原理,进行逻辑分析,减少怀疑对象,逐渐逼近,找出故障发生部位。当然,这种分析只是定性的,若结合检测仪检测,则可显著提高诊断的准确性。

1、分析排除液压系统故障步骤

当排除液压系统故障时,通常有两种出发点。

(1)从主机故障出发:液压系统的故障引起主机本身的故障,即执行机构不能正常工作。

(2)从系统故障出发:液压系统的故障在短时间内,没有影响到主机,如过多的泄漏、温度的变化等。

当然,这两咱故障有时会同时产生,如泵的故障导致主机故障,主机的执行机构不能正常工作,并导致噪声增加。

一般排除主机故障时,可按以下步骤进行。

(1)执行机构在启动时已产生的故障,如运动速度不符合要求、输出的力不合适、没有运动、运动不稳定、运动方向错误、动作顺序错误、爬行等。不论出现哪种故障,都可以指出故障的基本方向,如流量、压力、方向、方位等。

(2)查阅液压系统原理图,从系统的组成,可以识别每个元件及其在系统中的作用。

(3)列出对故障可能产生影响的元件目录,如一个液压缸的速度变慢,可认为是流量不足所引起,列出对液压缸的流量可能造成影响的元件目录,如缸本身的泄漏、压力控制阀或换向阀泄漏过大、流量阀阀口部分被堵等。

(4)从元件目录中列出检查的重点和部位,进行初步的试验,并进行整理。

(5)在完成初步试验的基础上,进行调整与校正,并判断反常信号,如过高的温度、噪声过大、有振动等。

(6)根据初步检查中所找出的不合适的元件,进行修理和更换。如果初步检查未找出不合格的元件,则应利用各种附加仪器对每个零件进行更彻底的检查。

(7)在排除故障后重新启动主机前,还要考虑每个元件对故障的影响,并防患于未然。如由于油液不清洁而引起的故障,则可预料到故障的进一步发展,并采取防范措施,如是系统中元件有爆裂引起的故障,则可能有碎片进入系统,必须将碎片清除掉。

2、液压系统的常见故障与排除方法

液压系统常见故障主要是振动和噪声、压力不稳定、速度不稳定和系统发热等。

表2 液压系统常见故障和分析和排除方法

故障类别

故障现象

故障元件

故障原因

排除方法

振动和噪声

产生振动和噪声

液压泵

进油口密封不严,以致空气进入

拧紧进油管接头螺帽,或更换密封件

液压泵轴径处油封损坏

更换油封

进口过滤器堵塞或通流面积过小

清洗或更换过滤器

吸油管径过小、过长

更换管路

油液黏度太大,流动阻力增加

更换黏度适当的液压油

吸油管距回油管太近

扩大两者距离

油箱油量不足

补充油液至油标线

固定管卡松动或隔振垫脱落

加装隔振垫并紧固

压力管路管道长且无固定装置

加设固定冒卡

溢流阀阀座损坏、调压弹簧变形或折断

修复阀座、更换调压弹簧

电动机底座或液压泵架松动

紧固螺栓

泵与电动机的联轴器安装不同轴或松动

重新安装,保证同轴度小于0.1mm

压力不稳定

系统无压力或压力不足

溢流阀

在开口位置被卡住

修理阀芯及阀孔

阻尼孔堵塞

清洗

阀芯与阀座配合不严

修研或更换

调压弹簧变形或折断

更换调压弹簧

液压泵、液压阀、液压缸等元件磨损严重或密封件破坏造成压力油路大量泄漏

修理或更换相关元件

压力油路上的各种压力阀的阀芯被卡住导致卸荷

清洗或修研,使阀芯在阀孔内运动灵活

动力不足

检查动力源

速度不稳定

系统流量不足

液压泵吸空

修理液压泵

液压泵磨损严重,容积效率下降

修复达到规定的容积效率或更换

液压泵转速过低

检查动力源将转速调整到规定值

变量泵流量调节变动

检查变量机构并重新调整

油液黏度过小,液压泵泄漏增大,容积效率降低

更换黏度适合的液压油

油液黏度过大,液压泵吸油困难

更换黏度适合的液压油

液压缸活塞密封件损坏,引起内泄漏增加

更换密封件

液压马达磨损严重,容积效率下降

修复达到规定的容积效率或更换

液压缸爬行(或液压马达转速不均匀)

液压泵吸空

修理液压泵

接头密接不严,有空气进入

拧紧接头或更换密封件

液压元件密封损坏,有空气进入

更换密封件保证密封

液压缸排气不彻底

排尽缸内空气

发热

油液温度过高

系统在非工作阶段有大量压力油损耗

改进系统设计,增设卸荷回路或改用变时泵

 

压力调整过高,泵长期在高压下工作

重新调整溢流阀的压力

 

油液黏度过大或过小

更换黏度适合的液压油

 

油箱容量小或散热条件差

增大油箱或增设冷却装置

 

管道过细、过长、弯曲过多,造成压力损失过大

改变管道的规格及管路的形状

 

系统各连接处泄漏,造成容积损失过大

检查泄漏部位,改善密封性

 

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