毕业论文--液压控制系统故障分析与性能.doc

毕 业 设 计（论文） （说 明 书） 题 目： 液压控制系统故障分析与性能 姓 名： 姜燕霞 编 号： 20082000624 平顶山工业职业技术学院 2011 年 5 月 10 日 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 姓名 姜燕霞 专业 机电一体化 任 务 下 达 日 期 2011 年 3 月 12 日 设计（论文）开始日期 2011 年 4 月 2 日 设计（论文）完成日期 2011 年 5 月 10 日 设计（论文）题目： 液压控制系统故障分析与性能 a编制设计 b设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 梁南丁 系（部）主 任 2011 年 5 月 10 日 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录 系 专业，学生 于 年 月 日 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答 辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语 第 页 共 页 学生姓名： 姜燕霞 专业 机电一体化 年级 08 级二班 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日 成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日 毕业设计（论文）及答辩评语： 摘要 本文主要讲述了液压控制系统的发展，包括对液压控制系统的概述、发展趋势、特点 和维护，然后对液压控制系统的故障诊断进行了描述，并对其故障诊断作出分析，对液压机 技术发展趋势进行了展望针对现今广泛应用的液压传动系统故障诊断的困难性，提出一种简 便、实用的故障诊断方法。此法通过对系统参数的定量检测和逻辑分析，大大提高了系统故 障诊断的科学性、快速性和准确性，降低了对维修人员的技术水平要求。大量实验表明，此 法较传统的故障诊断方法效率大大提高，装拆工作量大大减少，具有较高的实用推广价值。 阐述了液压传动系统的故障分类、检测方法，之后详细讲解了液压传动系统的预防措施，以 压路机为例，讲解了液压传动系统常见故障的排除。液压系统设计中，节能问题是一个不能 忽视的问题。本文对设计过程中根据不同的使用条件如何选择节能液压回路等问题进行了阐 述。最后对液压系统的性能计算进行了很详细分析。 关键词：液压控制系统 故障 性能 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 6 页 abstract this paper outlines hydraulic applications, the working principle, classification and characteristics, and hydraulic press technology at home and abroad was reviewed on the hydraulic press technology development trend is predicted for the widely used hydraulic system troubleshooting difficulty is proposed simple and practical fault diagnosis. by this method of quantitative detection system parameters and logic analysis, greatly improves system fault diagnosis of science, speed and accuracy and reduces the skill level of the maintenance personnel requirements. experiments show that this method than the traditional fault diagnosis method greatly improved the efficiency, assembly and disassembly greatly reduced workload, promotion of high practical value. described hydraulic system fault classification, detection, and then explain in detail the hydraulic system of preventive measures to rollers, for example, explained the hydraulic system of the common breakdown. hydraulic system design, energy issue is a problem can not be ignored. in this paper, the design process depending on the use of how to choose energy-saving hydraulic circuit conditions and other issues were also discusse finally, the performance of the hydraulic system had a very detailed analysis of the calculation. keywords: performance of hydraulic control system failure 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 7 页 目录 第一章 液压控制系统的发展 8 1.1 液压控制系统概述 .8 1.2 发展趋势 .8 1.3 液压系统特点 10 1.4 液压系统维护 10 第二章 液压控制系统的故障诊断与分析 .12 2.1 液压系统故障诊断的一般原则 12 2.2 故障诊断方法 13 2.2.1 参数测量法原理 14 2.2.2 参数测量方法 .15 2.2.3 结论 .17 2.3 液压控制系统故障分析 .18 2.3.1 故障划分 18 2.3.2 故障的常用检测方法 18 2.3.3 故障的预防 19 2.4 常见故障的排除（以压路机为例） 20 第三章 液压系统设计中的能量问题 .22 3.1 选用传动效率较高的液压回路和适当的调速方式 .22 3.2 对于常用的定量泵节流调速回路，应力求减少溢流损失 23 3.2.1 采用卸荷回路 23 3.2.2 采用双泵双压供油回路 23 3.2.3 采用容积调速回路和联合调速回路 24 3.3 发挥蓄能器的功用 24 3.4 选用高效率的节能液压元件 25 3.5 合理选用控制元件及系统管路 25 第四章 液压系统的性能计算 26 4.1 系统压力损失验算 26 4.2 液压系统的发热及温升验算 29 4.3 使用液压的注意事项 30 结论 31 参 考 文 献 .32 致 谢 .33 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 8 页 第一章 液压控制系统的发展 1.1 液压控制系统概述 液压控制系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。 通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作，完 成各种设备不同的动作需要。 1.2 发展趋势 社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体 化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否 取胜的关键。由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子 技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压 系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊 人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。 综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： 1减少能耗,充分利用能量 -液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损 耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使 能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题： 减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力 损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。 减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流 量和压力。 采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。 发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展 3 通径、4 通径电磁阀以及低功率电磁阀。 改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。 为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方 法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。 2主动维护 -液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进 行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 -要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修 技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连 续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专 家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页 库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。 要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增 减少量的规则。 -另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前， 进市补偿，这是液压行业努力的方向。 3机电一体化 -电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应 用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系 统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其 主要发展动向如下： (1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压 on-oe 系统和开环比 例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速 度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。 (2)发展和计算机直接接口的功耗为 5ma 以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀 (小于 3ms)等。 (3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价 格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。 (4)计算机仿真标准化，特别对高精度、 “高级”系统更有此要求。 (5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也 是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。 液压行业： -液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振 动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密 度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感 等高新技术。 -液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器 和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变 矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术， 开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批 量，向大功率和高转速方向发展。 气动行业： -产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展，执行元件向种类多、结构紧凑、 定位精度高方向发展；气动元件与电子技术相结合，向智能化方向发展；元件性能向高速、 高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展，普遍采用无油润滑，应用新工艺、新技 术、新材料。 （1）采用的液压元件高压化，连续工作压力达到 40mpa，瞬间最高压力达到 48mpa； （2）调节和控制方式多样化； 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页 （3）进一步改善调节性能，提高动力传动系统的效率； （4）发展与机械、液力、电力传动组合的复合式调节传动装置； （5）发展具有节能、储能功能的高效系统； （6）进一步降低噪声； （7）应用液压螺纹插装阀技术，紧凑结构、减少漏油。液压与气动技术发展趋势 1.3 液压系统特点 1、系统采用了 限压式变量叶片泵+调速阀+ 背压阀 式调速回路，能保证稳定的底速运 动（进给速度最小可达 6.6mm/min)、较好的速度刚性和较大的调速范围（ r 100） 。 2、系统采用限压式变量叶片泵和差动连接式液压缸来实现快进，能量利用比较合理。 滑台停止运动时，换向阀使液压泵在低压下卸荷，减少能量损耗。 3、系统采用了行程阀和顺序阀实现快进与工进的接换，不仅简化了电路，而且使动作 可靠，换接精度比电气控制高。 1.4 液压系统维护 一个系统在正式投入之前一般都要经过冲洗，冲洗的目的就是要清除残留在系统内的污 染物、金属屑、纤维化合物、铁心等，在最初两小时工作中，即使没有完全损坏系统，也会 引起一系列故障。所以应该按下列步骤来清洗系统油路： 1）用一种易干的清洁溶剂清洗油箱，再用经过过滤的空气清除溶剂残渣。 2）清洗系统全部管路，某些情况下需要把管路和接头进行浸渍。 3）在管路中装油滤，以保护阀的供油管路和压力管路。 4）在集流器上装一块冲洗板以代替精密阀，如电液伺服阀等。 5）检查所有管路尺寸是否合适，连接是否正确。 要是系统中使用到电液伺服阀，我不妨多说两句，伺服阀得冲洗板要使油液能从供 油管路流向集流器，并直接返回油箱，这样可以让油液反复流通，以冲洗系统，让油滤滤掉 固体颗粒，冲洗过程中，没隔 12 小时要检查一下油滤，以防油滤被污染物堵塞，此时旁 路不要打开，若是发现油滤开始堵塞就马上换油滤。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页 冲洗的周期由系统的构造和系统污染程度来决定，若过滤介质的试样没有或是很少 外来污染物，则装上新的油滤，卸下冲洗板，装上阀工作！ 有计划的维护：建立系统定期维护制度，对液压系统较好的维护保养建议如下： 1）至多 500 小时或是三个月就要检查和更换油液。 2）定期冲洗油泵的进口油滤。 3）检查液压油被酸化或其他污染物污染情况，液压油的气味可以大致鉴别是否变 质。 4）修护好系统中的泄漏。 5）确保没有外来颗粒从油箱的通气盖、油滤的塞座、回油管路的密封垫圈以及油 箱其他开口处进入油箱 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页 第二章 液压控制系统的故障诊断与分析 液压传动系统由于其独特的优点，即具有广泛的工艺适应性、优良的控制性能和较 低廉的成本，在各个领域中获得愈来愈广泛的应用。但由于客观上元、辅件质量不稳定和主 观上使用、维护不当，且系统中各元件和工作液体都是在封闭油路内工作，不象机械设备那 样直观，也不象电气设备那样可利用各种检测仪器方便地测量各种参数,液压设备中，仅靠 有限几个压力表、流量计等来指示系统某些部位的工作参数，其他参数难以测量，而且一般 故障根源有许多种可能，这给液压系统故障诊断带来一定困难。 在生产现场，由于受生产计划和技术条件的制约，要求故障诊断人员准确、简便和 高效地诊断出液压设备的故障；要求维修人员利用现有的信息和现场的技术条件，尽可能减 少拆装工作量，节省维修工时和费用，用最简便的技术手段，在尽可能短的时间内，准确地 找出故障部位和发生故障的原因并加以修理，使系统恢复正常运行，并力求今后不再发生同 样故障。 2.1 液压系统故障诊断的一般原则 正确分析故障是排除故障的前提，系统故障大部分并非突然发生，发生前总有预兆，当 预兆发展到一定程度即产生故障。引起故障的原因是多种多样的，并无固定规律可寻。统计 表明，液压系统发生的故障约 90%是由于使用管理不善所致为了快速、准确、方便地诊断故 障，必须充分认识液压故障的特征和规律，这是故障诊断的基础。 以下原则在故障诊断中值得遵循： (1) 首先判明液压系统的工作条件和外围环境是否正常 需首先搞清是设备机械部分或 电器控制部分故障，还是液压系统本身的故障，同时查清液压系统的各种条件是否符合正常 运行的要求。 (2) 区域判断 根据故障现象和特征确定与该故障有关的区域，逐步缩小发生故障的范 围，检测此区域内的元件情况，分析发生原因，最终找出故障的具体所在。 (3) 掌握故障种类进行综合分析 根据故障最终的现象，逐步深入找出多种直接的或间 接的可能原因，为避免盲目性，必须根据系统基本原理，进行综合分析、逻辑判断，减少怀 疑对象逐步逼近,最终找出故障部位。 (4) 故障诊断是建立在运行记录及某些系统参数基础之上的。建立系统运行记录，这是 预防、发现和处理故障的科学依据；建立设备运行故障分析表，它是使用经验的高度概括总 结，有助于对故障现象迅速做出判断；具备一定检测手段，可对故障做出准确的定量分析。 (5) 验证可能故障原因时，一般从最可能的故障原因或最易检验的地方开始，这样可减 少装拆工作量，提高诊断速度。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页 2.2 故障诊断方法 目前查找液压系统故障的传统方法是逻辑分析逐步逼近断。此法的基本思路是综合分析、 条件判断。即维修人员通过观察、听、触摸和简单的测试以及对液压系统的理解，凭经验来 判断故障发生的原因。当液压系统出现故障时，故障根源有许多种可能。采用逻辑代数方法， 将可能故障原因列表，然后根据先易后难原则逐一进行逻辑判断，逐项逼近，最终找出故障 原因和引起故障的具体条件。 此法在故障诊断过程中要求维修人员具有液压系统基础知识和较强的分析能力，方可保 证诊断的效率和准确性。但诊断过程较繁琐，须经过大量的检查，验证工作，而且只能是定 性地分析，诊断的故障原因不够准确。为减少系统故障检测的盲目性和经验性以及拆装工作 量，传统的故障诊断方法已远不能满足现代液压系统的要求。 近年来，随着液压系统向大型化、连续生产、自动控制方向发展，又出现了多种现代故 障诊断方法。如铁谱技断，可从油液中分离出来的各种磨粒的数量、形状、尺寸、成分以及 分布规律等情况，及时、准确地判断出系统中元件的磨损部位、形式、程度等。而且可对液 压油进行定量的污染分析和评价，做到在线检测和故障预防。再如基于人工智能的专家诊断 系断，它通过计算机模仿在某一领域内有经验专家解决问题的方法。将故障现象通过人机接 口输入计算机，计算机根据输入的现象以及知识库中的知识，可推算出引起故障的原因，然 后通过人机接口输出该原因，并提出维修方案或预防措施。这些方法给液压系统故障诊断带 来广阔的前景，给液压系统故障诊断自动化奠定了基础。但这些方法大都需要昂贵的检测设 备和复杂的传感控制系统和计算机处理系统，有些方法研究起来有一定困难。目前不适应于 现场推广使用。下面介绍一种简单、实用的液压系统故障诊断方法。 基于参数测量的故障诊断系统。一个液压系统工作是否正常，关键取决于两个主要工作 参数即压力和流量是否处于正常的工作状态，以及系统温度和执行器速度等参数的正常与否。 液压系统的故障现象是各种各样的，故障原因也是多种因素的综合。同一因素可能造成不同 的故障现象，而同一故障又可能对应着多种不同原因。例如：油液的污染可能造成液压系统 压力、流量或方向等各方面的故障，这给液压系统故障诊断带来极大困难。 参数测量法诊断故障的思路是这样的，任何液压系统工作正常时，系统参数都工作在设 计和设定值附近，工作中如果这些参数偏离了预定值，则系统就会出现故障或有可能出现故 障。即液压系统产生故障的实质就是系统工作参数的异常变化。因此当液压系统发生故障时， 必然是系统中某个元件或某些元件有故障，进一步可断定回路中某一点或某几点的参数已偏 离了预定值。这说明如果液压回路中某点的工作参数不正常，则系统已发生了故障或可能发 生了故障，需维修人员马上进行处理。这样在参数测量的基础上，再结合逻辑分析法，即可 快速、准确地找出故障所在。参数测量法不仅可以诊断系统故障，而且还能预报可能发生的 故障，并且这种预报和诊断都是定量的，大大提高了诊断的速度和准确性。这种检测为直接 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 14 页 测量，检测速度快，误差小，检测设备简单，便于在生产现场推广使用。适合于任何液压系 统的检测。测量时，既不需停机，又不损坏液压系统，几乎可以对系统中任何部位进行检测， 不但可诊断已有故障，而且可进行在线监测、预报潜在故障。 2.2.1 参数测量法原理 只要测得液压系统回路中所需任意点处工作参数，将其与系统工作的正常值相比较，即 可判断出系统工作参数是否正常，是否发生了故障以及故障的所在部位。 液压系统中的工作参数，如压力、流量、温度等都是非电物理量，用通用仪器采用间接 测量法测量时，首先需利用物理效应将这些非电量转换成电量，然后经放大、转换和显示等 处理，被测参数则可用转换后的电信号代表并显示。由此可判断液压系统是否有故障。但这 种间接测量方法需各种传感器，检测装置较复杂，测量结果误差大、不直观，不便于现场推 广使用。 通过多年的教学和生产实践，设计出一种简单、实用的液压系统故障检测回路。系统结 构原理如图 1（a）所示。检测回路通常和被检测系统并联连接，此连接需在被测点设置如 图 1（a）所示的双球阀三通接头，它主要用于对系统进行不拆卸检测。它对液压系统所需 点的各种参数进行直接的快速检测，不需任何传感器，它可同时检测系统中的压力、流量和 温度三个参数，而执行器的速度和转速则可通过测量出口流量的方法计算得到。例如：只要 在泵出口及执行器进、出口安装双球阀三通，如图 2 所示，则通过测量 1、2、3 三点的压力、 流量及温度值，则可立刻诊断出故障所在的大致部位(泵源、控制传动部分或执行器部分)。 增加参数检测点，则可缩小故障发生区域。 检测原理如图 1（a）所示。系统正常工作时，阀门 1 开启，2 关闭，检测口罩上防尘罩， 以防污染。检测时，只要将检测回路与检测口接通，即旋紧活接头螺纹并打开阀门 2 。通 过调节阀门 1 和溢流阀 7 即可方便地测出压力、流量、温度、速度等参数。但要求系统配管 时，将双球阀三通在需检测系统参数的部位当作接管(如图 1（a）连接)或弯管接头(如图 1（b）连接,这样做既不会增加系统的复杂性,也不会对系统性能产生明显影响)来配置。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 15 页 1,2.截止球阀 3,8.软管 4.压力表 5.流量计 6.温度计 7.溢流阀 9.过滤器 图 1 故障诊断检测回路 图 2 液压系统参数测量点 2.2.2 参数测量方法 第 1 步：测压力如图 1（a）所示，首先将检测回路的软管接头与双球阀三通螺 纹接口旋紧接通。打开球阀 2，关死溢流阀 7，切断回油通道，这时从压力表 4 上可直接读 出所测点的压力值(为系统的实际工作压力)。 第 2 步：测流量和温度慢慢松开溢流阀 7 手柄，再关闭球阀 1。重新调整溢流阀 7，使压力表 4 读数为所测压力值，此时流量计 5 读数即为所测点的实际流量值。同时温度 计 6 上可显示出油液温度值。 第 3 步：测转速(速度)不论泵、马达或缸其转速或速度仅取决于两个因素，即流量 和它本身的几何尺寸(排量或面积)，所以只要测出马达或缸的输出流量(对泵为输入流量)， 除以其排量或面积即得到转速或速度值。 参数测量方法实例 图 3 所示为 250 t 注塑机液压传动及控制系统原理图。此系统在调试中出现以下现象： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 16 页 泵能工作，但供给合模缸和注射缸的高压泵压力上不去(压力调至 8.0 mpa 左右，再无法调 高)，泵有轻微的异常机械噪声，水冷系统工作，油温、油位均正常，有回油。 图 3 整机液压传动及控制系统 从回路分析故障有以下可能原因： (1) 溢流阀故障。可能原因：调整不正确，弹簧屈服，阻尼孔堵塞，滑阀卡住。 (2) 电液换向阀或电液比例阀故障。可能原因：复位弹簧折断，控制压力不够，滑 阀卡住，比例阀控制部分故障。 (3) 液压泵故障。可能原因：泵转速过低，叶片泵定子异常磨损，密封件损坏，泵吸入 口进入大量空气，过滤器严重堵塞。 故障诊断方法： (1) 应用传统的逻辑分析逐步逼近法。需对以上所有可能原因逐一进行分析判断和检验， 最终找出故障原因和引起故障的具体元件。此法诊断过程繁琐，须进行大量的装拆、 验证工作，效率低，工期长，并且只能是定性分析，诊断不够准确。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 17 页 (2) 应用基于参数测量的故障诊断系统。只需在系统配管时，在泵的出口 a、换向 阀前 b 及缸的入口 c( )三点(如图 3 所示)设置双球阀三通，则利用故障诊断检测回路，在 几秒钟内即可将系统故障限制在某区域内并根据所测参数值诊断出故障所在。检测过程如下： (a) 如图 1 所示，将故障诊断回路与检测口 a 接通，打开球阀 2 并旋松溢流阀 7，再关 死球阀 1，这时调节溢流阀 7 即可从压力表 4 上观察泵的工作压力变化情况，看其是否能超 过 8.0 mpa 并上升至所需高压值。若不能则说明是泵本身故障，若能说明不是泵故障，则应 继续检测。 (b) 若泵无故障，则利用故障诊断回路检测 b 点压力变化情况。若 b 点工作压力能超过 8.0 mpa 并上升至所需高压值，则说明系统主溢流阀工作正常，需继续检测。 若溢流阀无故障，则通过检测 c 点压力变化情况即可判断出是否换向阀或比例阀故障。 通过检测最终故障原因是叶片泵内漏严重所引起。拆卸泵后方知，叶片泵定子由于 滑润不良造成异常磨损，引起内漏增大，使系统压力提不高，进一步发现是由于水冷系统的 水漏入油中造成油乳化而失去润滑作用引起的。 2.2.3 结论 参数测量法是一种实用、新型的液压系统故障诊断方法，它与逻辑分析法相结合，大大 提高了故障诊断的快速性和准确性。首先这种测量是定量的，这就避免了个人诊断的盲目性 和经验性，诊断结果符合实际。其次故障诊断速度快，经过几秒到几十秒即可测得系统的准 确参数，再经维修人员简单的分析判断即得到诊断结果。再者此法较传统故障诊断法降低系 统装拆工作量一半以上。 此故障诊断检测回路具有以下功能： (1) 能直接测量并直观显示液流流量、压力和温度，并能间接测量泵、马达转速。 (2) 可以利用溢流阀对系统中被测部分进行模拟加载，调压方便、准确；为保证所测流 量准确性，可从温度表直接观察测试温差(应小于3)。 (3) 适应于任何液压系统，且某些系统参数可实现不停车检测。 (4) 结构轻便简单，工作可靠，成本低廉，操作简便。 这种检测回路将加载装置和简单的检测仪器结合在一起，可做成便携式检测仪，测量快 速、方便、准确，适于在现场推广使用。它为检测、预报和故障诊断自动化打下基础。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 18 页 2.3 液压控制系统故障分析 2.3.1 故障划分 液压控制系统故障可大致分为三类： （1）压力异常 一般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值，与设计 值比较分析即可确定。 （3）动作异常 切换每个换向阀，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，再检 查动作顺序和行程控制，找出异常处。 2.3.2 故障的常用检测方法 液压系统状态监测与故障诊断包括油样分析、系统元件的状态监测、控制系统状态 监测与故障诊断及故障原因分析与定位等。 油样分析通过观察和测量油液中所含磨损粉末的形态、大小、颜色和数量等，可准 确得到液压系统的磨损和腐蚀情况，确定液压系统的故障类型、程度和部位。常用的方法有 铁谱记录诊断法、光谱分析法、颗粒计数法和简易对比判断法等，此外、还有一些对空气含 量和水分的测试方法.可利用仪器在线分析油样、获取有关油液污染度的信息。 系统元件的状态监测利用系统元件的振动和噪声信息可以分析系统的工作状态、并 可以诊断液压元件的故障原因和部位。振动信号的测量一般采用加速度传感器，对于液压系 统中的液压泵及某些壳体振动明显的液压阀，通过测量分析壳体振动信号可以确定其工作状 态.常用液压设备振动诊断方法有： （1）通频振动均方幅值越限诊断：检测液压元件壳体的振动信号，计算其通频均方 幅值，当此值大于规定闭值时，可判断被测元件为故障状态。 （2）特征频率诊断法：用测得的液压元件振动信号频谱，与正常振动信号频谱比较， 根据其差异确定故障的部位、类型、程度和原因。 （3）信号时一频域诊断技术：信号的频域和时域分析都只是从信号的某一个方面来 分析、抽取振动信号特征。而在许多场合，信号频率分布的特征与信号发生的时间相关.这 就需要采用信号时频分布分析技术，从振动信号的时间一频率两个角度获取特征信息。目前、 利用小波(wavelet)变换对非平稳信号的特征信息抽取具有独特优点。 控制系统状态监测与故障诊断对于电液伺服系统，特别是以轧机液压 agc 系统为代表的、 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 19 页 结构复杂的、集机、电、液于一体的工业电液伺服系统.可采用阶跃响应法和随机信号频率 响应法进行状态监测与诊断.阶跃响应法通过给系统输人阶跃信号。检测其阶跃响应，并与 正常状态下的响应特性比较。确定系统的运行状态.随机信号频率响应法是在系统控制信号 上加入微弱的白噪声，通过测量控制系统响应特性、并与正常时的传递特性比较，确定系统 的运行状态及故障的原因和部位.因附加信号很弱，可在线进行诊断。该方法易于对机械系 统、电气系统分开进行诊断。 2.3.3 故障的预防 (1)保证液压油的清洁度 正确使用标定的和要求使用的液压油及其相应的替代品(详参工程机械油料手册)， 防止液压油中侵入污物和杂质。因为在液压传动系统中，液压油既是工作介质，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极高，对油液中的污物杂质所造成的淤积、阻塞、擦伤和腐蚀等情况反 应更为敏感。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，热弯管路和接头焊修产生的锈皮 杂质清理不净；七是油液贮存不当等等。在使用检查修理过程中，应注意解决这些问题，以 减少和防止液压系统故障的发生。 (2)防止液压油中混入空气 液压系统中液压油是不可压缩的，但空气可压缩性很大即使系统中含有少量空气，它的 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，这些气泡又很快被击碎，急剧受到压缩，使系统 产生噪音。同时，气体突然受到压缩时，就会放出大量的热能，因而引起局部受热，使液压 元件和液压油受到损坏，工作不稳定，有时会引起冲击性振动。 故必须防止空气进入液压系统。具体做法:一是避免油管破裂、接头松动、密封件损坏； 二是加油时，避免不适当地向下倾倒；三是回油管插入油面以下；四是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。 (3) 防止液压油温度过度 液压系统中的油液的工作温度一般在 3080范围内比较好，在使用时必须注意防止 油温过高。如油箱中的油面不够，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，选用油液粘度不正确，它们都会使油温升高过快。粘度高增加油液流动时的能量 损耗，粘度低会使泄漏增多，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 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 20 页 液压元件的磨损和腐蚀，延长油液和液压元件的使用寿命。 2.4 常见故障的排除（以压路机为例） 对压路机液压系统的监控，有经验的维修人员可以通过感官的听、摸、看、嗅得到重要 的信息。听觉能够判断轴承的杂音、溢流阀的尖叫声及油泵气蚀的不正常脉动声； 用手触 摸可发现液压元件的过热和过度振动；视觉可观察到执行机构的运行情况、压力表读数、软 管抖动及渗漏油情况等；发臭变质液压油会导致多种故障，应立即更换。液压系统表现出的 过热、噪声、振动等现象，在机器运行的初期一段时间内，可能对机器尚未表现出不利影响， 但这些异常征兆决不可掉以轻心，一旦发现应及时分析和排除。 (1)油温过热 液压系统液压油的温升一般应不超过 40 摄氏度。也就是说，当压路机在 40 摄氏度的环 境温度中工作时，最高油温不应超过 80 摄氏度，过高的油温会导致液压油粘度下降、零件 配合间隙增加及橡胶密封件损坏，使得液压系统泄漏严重，驱动无力。产生过热的原因是多 方面的，除了设计制造方面的因素之外，主要是由于元件调整、操作和保养不善造成的。例 如，溢流阀调压过高，大量的无效能耗转化成了热量；压路机行走液压驱动的压力高、流量 大，作业时频繁换向会使油温骤然升高；液压油箱的油量少或散热器积垢太多，影响了液压 油的散热效果。 (2)噪声过大 液压系统在设计和制造过程中，通过合理选配元件和精心装配，尽可能地消除噪声根源。 液压系统工作时产生噪声的主要原因是系统内混有气体所引起的高频振动。液压系统内气体 的来源，一是油泵进油路不畅造成的气穴，其产生的原因一般有:进油滤油器阻塞或过小、 吸入管直径过小、吸入管路弯头过多、吸入管路太长、油液温度过低、油液不适宜、通气孔 过细或堵塞、吸入管路阻尼太大、补油泵故障、液压泵转速过高、液压泵距液面过高；二是 液压油中混进了空气，其产生的原因一般有:油箱液面太低、油箱设计不合理、油箱中回油 管在液面之上、油液不合适、泵轴油封损坏、吸入管接头漏气、软管有气孔、系统排气不良。 找到原因后，采取相应措施即可排除故障。 (3)震荡过大 液压系统的过度振动往往是由于元件固定不牢(包括泵、阀、马达及管道安装)、油泵安 装不平衡及系统内混有空气造成的，高频振动还会伴有响声。油泵安装的不平衡多是由柔性 联接的不平衡及泵轴对中性不好引起的。排除过度振动的措施主要是确保液压元件安装正确 而牢固，防止系统进气。 (4)泄漏过大 液压系统的泄漏往往表现为工作压力下降，泄漏严重时可能出现执行元件运动速度降低 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 21 页 或爬行。液压系统泄漏有外泄和内泄之分，外泄漏可凭人的视觉发现，内泄漏则需用仪表测 试压力或流量才能肯定。外泄漏除了少数会因为元件壳体或管道破损引起之外，一般都是因 密封问题产生的。所以维修人员应该了解各种形式密封的工作原理及使用方法；更换密封件 时，应注意其材质性能、型号尺寸等是否符合要求；档圈的安装位置要有助于密封件发挥作 用和增加使用寿命；安装密封件之前，要认真清洗干净，以防污物混入；安装密封件时应仔 细，防止被划伤、咬伤及翻扭等现象发生；使用螺纹压紧的密封件，压紧力大小要得当并均 匀。内泄漏情况比较复杂，如果不计元件的设计因素，那么最主要的原因是配合间隙过大， 油封的密封性能差或损伤，以及使用了过稀的液压油。 液压系统出现内泄漏时，一般的维修方法都是更换元件或有关零件，更换过零件的液压 元件应经台架试验后方可使用。如果是夏季高温天气，使用较稠的液压油也能在一定程度上 克服内泄。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 22 页 第三章 液压系统设计中的能量问题 在液压系统的设计中，不但要实现其拖动与调节功能，还要 尽可能地利用能量，达到 高效、可靠运行的目的。液压系统的功率 损失会使系统的总效率下降、油温升高、油液变 质，导致液压设备发生故障。因此，设计液压系统时必须多途径地考虑降低系统的功率损失， 表 1 是几种控制回路的功率损失。 表 1 几种控制回路的功率损失 3.1 选用传动效率较高的液压回路和适当的调速方式 目前普遍使用着的定量泵节流调速系统，其效率较低(0.385)， 这是因为定量泵与油 缸的效率分别为 85%与 95%左右，方向阀及管路等损失约为 5%左右。所以，即使不进行流量 控制，也有 25%的功 率损失。加上节流调速，至少有一半以上的浪费。此外，还有泄漏 及 其它的压力损失和容积损失，这些损失均会转化为热能导致 液压油温升。所以，定量泵加 节流调速系统只能用于小流量系统。 为了提高效率减少温升，应采用高效节能回路，上表 为几种回路 功率损失比较。另外，液压系统的效率还取决于负载。同一种回 路，当负载流 量 ql 与泵的最大流量 qm 比值大时回路的效率高。例如可采用手动伺服变量、压力控 制变 量、压力补偿变量、流量补偿变量、速度传感功率限制变 量、力矩限制器功率限制变量等 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 23 页 多种形式，力求达到负载流量 q l 与泵的流量的匹配。 3.2 对于常用的定量泵节流调速回路，应力求减少溢流损失 3.2.1 采用卸荷回路 机械的工作部件短时停止工作时，一般都让液压系统中的液 压泵空载运转(即让泵输出 的油液全部在零压或很低压力下流回 油箱)，而不是频繁地启闭电机。 这样做可以节省功率消耗，减少液压系统的发热，延长泵和电机 的使用寿命，一般功率大 于 3kw 的液压系统都设有卸荷回路。下 面介绍几种典型的卸荷回路。 (1)采用三位阀的卸荷回路 采用具有中位卸荷机能的三位换向阀，可以使液压泵卸荷。 这种方法简单、可靠。中 位卸荷机能是 m、h、k 型。图 1 为采用 具有 m 型中位机能换向阀的卸荷回路。这种方法比 较简单，阀 处于中位时泵卸荷。它适用于低压小流量的液压系统；用于高压 大流量系统， 为使泵在卸荷时仍能提供一定的控制油压(23) 105pa，可在泵的出口处(或回油路上) 增设一单向阀(或背压阀)。 但这将使泵的卸荷压力相应增加。 (2)采用二位二通阀的卸荷回路 图 2 为采用二位二通阀的卸荷回路，图示位置为泵的卸荷状 态。这种卸荷回路，二位 二通阀的规格必须与泵的额定流量相适 应。因此这种卸荷方式不适用于大流量的场合，且 换向时会产生 液压冲击。通常用于泵的额定流量小于 63l/min 液压系统。 (3)用先导式溢滚阀的卸荷回路 如图 3 所示，在先导式溢流阀 1 的遥控口接一小规格的二 位二通电磁阀 2。其卸荷压 力的大小取决于溢流阀主阀弹簧的 强弱，一般为(24)105pa。由于阀 2 只须通过先导式 溢流阀 1 控制油路中的油液，故可选用较小规格的阀，并可进行远程 控制。这种型式卸荷 回路适用于流量较大的液压系统。 卸荷回路还有很多，如双联泵供油系统中常用外控制序阀的 卸荷回路；压力补偿变量 泵的卸荷回路；液压泵卸荷时系统仍需 保持压力的保压卸荷回路；适应于大流量系统的二 通插装阀卸荷 回路；“蓄能器压力继电器电磁溢流阀”构成的卸荷回路 等。 3.2.2 采用双泵双压供油回路 图 4 是双泵供油的快速运动回路。 液压泵 1 为高压小流量泵， 其流量应略大于最大工 作速度所需要的流量，其工作压力由溢流 阀 5 调定。泵 2 为低压大流量泵(两泵的流量也可 相等)，其流量 与泵 1 流量之和应等于液压系统快速运动所需要的流量，其工作 压力应低 于液控顺序阀 3 的调定压力。 这种快速回路功率利用合理，效率较高，缺点是回路较复 杂，成本较高。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 24 页 图 1 三位阀卸荷回路 图 2 二位二通阀卸荷回路 图 3 先导阀卸荷回路 图 4 双泵双压供油回路 3.2.3 采用容积调速回路和联合调速回路 1、利用改变量泵或变量液压马达的排量来调节执行元件运动 速度的回路，称为容积调 速回路。这种调速回路无溢流损失和 节流损失，故效率高、发热少，适用于高压大流量、 大功率设备的 液压系统。 2、联合调速回路无溢流损失，其效率比节流调速回路高。 在采用联合调速方式中，应 区别不同情况而选不同方案：对 于进给速度要求随负载的增加而减少的工况，宜采用限压 式 变量泵节流调速回路；对于在负载变化的情况下进给速度要 求恒定的工况，宜采用稳流 式变量泵节流调速回路；对于在 负载变化的情况下，供油压力要求恒定的工况，宜采用恒 压 变量泵节流调速回路。 3.3 发挥蓄能器的功用 (1)作辅助动力源 总的工作时间较短的间歇工作系统或在一个工作循环内速度差别很大的系统，使用蓄能 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 25 页 器作辅助动力源可降低泵的功率， 提高效率，降低温升，节省能源。图 5 所示为一液压机 的液压系统。当液压缸带动模具接触工件