故障诊断精品课件

1、故障诊断第1页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 从流程图中可看出,流量故障与设计,流量调节装置,泵阀等元件有关。下面逐一分析。 第2页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 4.2.1 设计不当引起的流量故障1. 流量调节装置选型不当 在设计中若泵排量选择过小或过大;或电机转速选择不当;变量机构最小流量限制未注意;流量阀等元件最小流量限制未考虑等均会引起流量过小或过大,造成执行机构流量故障。 2. 压力阀设计选择的调整压力过低。 如上图4.1.1所示回路,溢流阀压力选择低,当执行机构工作时,一部分流量从溢流阀溢流,造成流量不足,使执行机构速度低。 3.

2、调速回路设计不当引起的流量故障(参见第五章)4.2.2 液压泵引起的流量故障(参见压力故障泵引起的故障)第3页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 4.2.3 流量控制阀引起的流量故障 流量控制阀是在一定压差下,通过改变节流口的大小来控制流量,并能保证运行平稳.此类阀在低速小流量调节段故障率较高,因为在低速段节流孔小,对油清洁度和油粘度较敏感.因此对节流阀内部结构及密封性能要求严格,以保证速度调节稳定。 常见的流量控制阀有节流阀、调速阀、比例阀、伺服阀等.常见故障如下述:1.无流量或流量不足。1)流量阀口堵塞,阀芯卡住.无流量通过或调节失灵。2)调节阀芯因配合间隙过小,或温

3、度升高,使其变形卡死无流量通过或调节失灵。第4页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三3)调节手柄与调节阀芯装配位置不当,使其卡死, 无流量通过或调节失灵。4)调节阀芯与阀体的配合间隙过大,造成泄漏过大,流量不足。5)比例阀伺服阀的放大板及电信号故障等,造成无流量通过或调节失灵。2.流量不稳定1)调节手轮失灵(卡住或松动),不能调节速度。2)节流口边缘粘附杂质,使其速度减慢。3)系统温升影响,造成伺服阀温飘,造成速度不稳。4)油液污染,使阻尼孔堵塞,造成速度波动。第5页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 5)外负载变化,阀负载刚度差,速度不稳定。6)进出

4、油口压差变化,压力补偿故障,速度不稳定。7)单向流量阀中单向阀密封性能差,造成泄漏,使其速度减慢。8)阀的最小稳定流量性能低于执行机构最小需要流量,造成速度波动。4.2.4 负载对速度影响1.设计采用的调速回路与负载不匹配。2.负载增加,使系统泄漏加大,造成流量不稳。3.系统工作压力设定偏低,使执行机构推力不能适应外负载的变化,使其速度降低或不稳定。第6页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 4.2.5 其它因素1.管道中有过量空气,使速度不稳定。2.系统温升过高,泄漏增加。3.执行机构内漏(间隙过大或密封破坏等),使其速度减慢。第7页，共42页，2022年，5月20日，1

5、5点43分，星期三4.3 电液系统的其它故障4.3.1噪声和振动 1. 噪声 没有一定频率和声强无规律地组合在一起的声音称为噪声。 一般地说液压装置有剌耳的高噪声往往是故障先兆，噪声就物理本质来讲是一种机械波，它可分为流体噪声；固体噪声和空气噪声。这三种形式的噪声在液压系统中都是存在的。液泵，管路，控制阀的油液的压力变化，游励固体壁使其产生结构振动，固体壁的振动又促使和固体壁相接触的空气产生振动，从而产生声波或空气噪声传播出去。在液压系统中，除了元件组成的封闭系统外，还包括驱动电机，传动轴，泵支架和第8页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 其它机械结构，所以噪声的成因和组

6、成是多方面的。 电液系统的噪声来源主要有以下几方面：（参见噪声逻辑诊断流程图） 噪声逻辑诊断流程图第9页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三第10页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三4）油泵和油马达引起的噪声 液压系统中一般认为主要的噪声源是泵和马达。流量脉动是油泵和油马达的固有特性。由于流量脉动势必引起压力脉动，这种固有的脉动势必产生流体噪声。 泵的噪声还随功率增加而增大，而泵的功率是由泵的转速、输出压力和排量所决定。所以泵的噪声实际上是随此三个参数增加而增加的。它们对噪声的影响程度也不同。如图所示，泵转速的提高使泵的噪扔增加比输出压力提高的作用大得

7、多；泵的排量对噪声的影响大致和压力有相当的效果。因此为了获得到最低的噪声级，一般应使用最低的实用转速，并且要选择合理的功率。第11页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三图 泵的转速、输出压力和排量与噪声的关系第12页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三但过大噪声主要是由下列原因造成：1)油泵和油马达质量问题 质量问题如加工精度不高，流量和压力脉动加大；困油现象解决不当，产生压力冲击，使流量脉动加剧；轴承质量不好，零件磨损间隙过大，增加流量和压力脉动；油污染，使泵吸油不畅，引起干摩擦，产生尖厉的噪声；与电机轴联接不同轴或松动等，这些都会增加噪声。2)泵吸空

8、现象造成过大噪声 泵吸空现象主要是指泵吸进的油液中混有空气。油液中混有过量的空气，将导致气蚀和噪声发生。第13页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 泵吸进空气主要是由于下列原因造成：油箱内液面太低；油粘度太大；泵吸油口通流面积过小；从回油管中冲出的油使油箱内液面剧烈地搅动，空气便混入油内，吸油管即吸入带有气泡的油；吸油管道接头密封不严，吸入空气等。（2）液压系统进入空气是噪声产生的另一主要原因。 系统中进入空气或介质中溶解的空气（一般油中溶解有6-12的空气），由于压力变化，如在低压区的油液体积较大，流到高压区受压缩，体积突然缩小，当又流到低压区体积突然增大，产生空穴现象

9、，即气泡体积的突然改变，产生爆炸现象，发出噪声。混入的空气越多，噪声越大。如图所示。第14页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 图 混入空气量与噪声关系 第15页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三（3)控制阀引起的噪声 控制阀引起的噪声主要有以下几种情况：a.流体对阀体壁的冲击，尤其是在喷流状态（油通过阀口时产生节流作用产生很高的流速，速度可达100-150m/s）下，油流速度不均匀，产生涡流或流体剪切，引起压力振动，阀体壁振动形成噪声。b.气穴通过阀口压力降到低于大气压（喷流状态），溶解于油中的空气便分离出来，产生大量气泡，这些气泡在下流阀体和管中

10、，由于压力回失，产生噪声（200HZ以上）。c.自激振动噪声阀芯支在弹簧上，由于弹簧运动与其质量，阻尼，管道及其它因素有关。当某些参数超过临界值时，会因其它部分的扰动而产生自激振动和异常噪声。第16页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三某些滑阀，伺服阀等由液动力引起的自激振动也产生高频声响。d.阀动作，使压差很大的两个油路连接时产生液压冲击，使管道与压力容器等振荡，形成噪声。如换向阀的换向冲击声，溢流阀卸荷动作的冲击声等。此外阀的不稳定振动引起的压力脉动也会造成噪声。如先导溢流阀的导阀在工作过程中，经常处于不稳定的高频振动状态，而产生剌耳的噪声。e.电磁铁因阀芯卡滞，电信号

11、断续产生噪声。（4）机械振动引起的噪声 电液系统中常有机械结构，如连接泵和驱动环节的联轴节，由于迥转体的不平衡或刚性不足造成第17页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 振动引起噪声；联轴节轴与泵轴同轴度差，造成振动，引起噪声；又如管路安装不良，基座处未加弹性垫等引起振动而发出噪声。2振动 液压系统的振动来自机械系统和液压系统中的元件和管道内液流的振荡等。振动一旦发生，不但影响系统性能，还造成破坏。如造成管道接头松动引起泄漏；管道破裂，仪表、元件失灵等。最终导致系统不能正常工作。 振动表现的形式基本上有两类：a.强迫振动 强迫振动一般由泵和马达的流量脉动引起，也可能由外界振

12、源通过某一液压元件如联轴节、压力阀（换向阀换向、溢流阀开启）等动作引起振动。第18页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三b.自激振动 自激振动一般由系统中压力、流量、作用力和质量等参数相互作用而产生的。如伺服阀和阀芯所产生的自激振动，其振源就在于阀芯的轴向液动力与管道的相互作用。 对于泵、马达和管道组成的液压系统可能产生单个元件的振动，也可能产生共振。尤其是电机泵组传动极易沿着排油管道传递。因此，在管道的配置方面还应注意采取措施。 液压系统振动过大的主要原因参看下列逻辑诊断流程图。第19页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三图 振动过大的逻辑诊断流程第2

13、0页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三液压系统振动过大的主要原因:(1) 油泵和油马达质量问题引起的振动过大 液压系统中一般认为主要的振动源是泵和马达。流量脉动是油泵和油马达的固有特性。由于流量脉动势必引起压力脉动，这种固有的脉动势必产生流体振动.若油泵和油马达质量有问题如加工精度不高，流量和压力脉动加大；困油现象解决不当，产生压力冲击，使流量脉动加剧；轴承质量不好，零件磨损间隙过大，增加流量和压力脉动；与电机轴联接不同轴或松动等，这些都会使振动加大。（2)泵吸空现象造成振动 泵吸空现象主要是指泵吸进的油液中混有空气。油液中混有过量的空气，使液压系统进入空气是造成振动产生

14、的另一主要原因。第21页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 系统中进入空气或介质中溶解的空气（一般油中溶解有6-12的空气），由于压力变化，如在低压区的油液体积较大，流到高压区受压缩，体积突然缩小，当又流到低压区体积突然增大，产生空穴现象，造成振动。（3）控制阀引起的振动 压力阀（换向阀换向、溢流阀开启）等动作引起振动。 伺服阀和阀芯由于阀芯的轴向液动力与管道的相互作用所产生的自激振动。（4）机械连接引起的振动 电液系统中常有机械结构，如连接泵和驱动环节的联轴节，由于迥转体的不平衡或刚性不足造成振动；联轴节轴与泵轴同轴度差，第22页，共42页，2022年，5月20日，15

15、点43分，星期三造成振动；又如管路安装不良，基座处未加弹性垫等引起振动。4.3.2 液压冲击现象 液压系统中液体流动方向突然改变或停止，由于液体的惯性，造成系统压力瞬间急剧上升，形成一个压力峰值，这种现象称为液压冲击。如换向阀快速换向，液压缸或马达快速停止或改变运动方向等都会引起液压冲击。 引起液压冲击的故障诊断流程图如下:第23页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三图 液压冲击故障逻辑诊断第24页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三1.引起液压冲击的原因 液压冲击的基本原因以图 为例进行分析。图中一端有较大的容腔，例如缸或蓄能器，它们由管道连接。在管道

16、另一端装一阀门，因为液容较大，可以认为容腔中的压力是恒定的。当阀门开启时，管道中的液流以一定的速度流经阀门排出。当阀门突然关闭时，液流不能再排出。在此瞬时，紧靠阀门的液6层受到压缩，这一部分液体动能转变为液体的压能。这时由于管道其它部分的液体受惯性作用仍以原速度向右运动，因此管道中的液体从阀门处开始，依次向左逐层受压。设管道的长度为L，冲击压力波在管道中传播的速度为C（即液体介质中的声速），则在阀门突然关闭后，在t1=L/C时间内，冲击压力将传递到大容腔处。在这一瞬间，管道中的油液全部停止流动，而且处于压缩状态。第25页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 由于大容腔中的压

17、力低于传递来的冲击压力，因此管道中的油液又向大容腔中倒流，并且以速度C依次向右使液体压力逐层降低，当t2=2l/C时，传递到阀门处，由于阀门是关闭的，油液因惯性继续倒流，使阀门处的油压又进一步降低，这低压又以声速C向左传递，如此继续循环往复。但嚣于往复流动的能量损失所致，将逐渐衰减至消失。这种在管道中发生的压力冲击称为液压冲击。 在液压系统中，引起上述油流变化的原因很多，主要原因有：(1)油液换向或液流通道快速关闭时，由于惯性作用仍向前运动，致使压力升高而产生液压冲击。如换向阀移到中位时压力油突然与缸切断，此时，由于运动部件及液流的惯性作用，使缸一端7油受到压缩，压力突然升高，另一端油腔中压力

18、下降，形 第26页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三成局部真空。同时，由于压力油突然被切断也产生高压形成冲击。(2) 节流缓冲装置失灵而引起的液压冲击 带有节流缓冲装置的液压缸，希望在行程终点时，逐渐制动。若缓冲装置失灵会引起较大的液压冲击。(3)压力阀调整不当或发生故障，使油温过高，泄漏增加，节流阻尼作用减弱系统中进入大量空气等原因，都易引起液压冲击。 系统中某些元件反应动作不够灵敏，也可能造成液压冲击。如系统中压力升高时，溢流阀不能及时快速打开而造成压力超调；或限压式自动调节的变量泵，当油压升高时不能及时减少输油量而造成液压冲击。(5)急剧改变运动机构的速度时产生液压

19、冲击。第27页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三2液压冲击的危害 液压冲击会使系统瞬时压力比正常工作压力大好几倍。液压冲击不仅影响系统性能稳定和工作可靠性，还会造成系统元件、密封、管件等破坏。其危害有以下几点：(1) 影响系统性能稳定和工作可靠性，使调整失效，控制失灵，程序动作错乱。如系统中装有压力继电器时，由于压力冲击，压力继电器有可能发出错误的电信号，引起系统动作秩序混乱。(2)引起振动和噪声，联接件松动，管道破裂。(3)引起仪表和元件等损坏。3减少液压冲击的原则：1. 允许延长速度变化的时间（即增大时间减少液压冲击）。如液压换向阀加延长换向时间装置或在排油口加节流装

20、置，或用比例阀，伺服阀。第28页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三2. 缩短冲击波传播的距离（设置蓄能器）。3. 增大管径或用弹性系数小的管材（如橡胶软管）。4.液压缸出入口加灵敏溢流阀。5.元件结构或回路上设置单向节流阀或开节流三角槽等 4.3.3. 爬行 爬行是液压系统中出现的不正常运动状态，轻微的爬行时出现目光不易察觉的振动，严重时将出现大距离的跳动。 爬行现象一般发生在低速相对运动时，因为在低速相对运动时润滑油形成油膜的能力会减弱，油膜厚度较小，油膜承受不了运动件向下压的重量而部分被破坏，使相对运动件凸起部分发生直接接触并承受一部分负荷。由于接触面积小，压力高而第

21、29页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三发生塑性变形和局部高温，进一步促使润滑油膜破坏。由于润滑油膜破坏而使摩擦面的摩擦阻力发生变化，发生塑性变形和局部高温，如此反复变化加重了爬行现象。爬行现象是很有害的。爬行危害：其一 是破坏系统工作稳定性。 其二 是破坏定位精度和机床加工精度。 在实际运动中，产生爬行一般与负荷大小，滑动表面的面压，供油状态等有关，可参看爬行逻辑诊断流程图。第30页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三爬行逻辑诊断流程图第31页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 从流程图中可看出造成爬行现象主要的原因有以下几个方

22、面： 1. 摩擦阻力变化引起的爬行 运动件阻力变化 机构摩擦阻力变化也容易引起执行机构的爬行，如机床导轨精度差，达不到要求，或由于刮研配磨等不当，局部金属表面直接接触，油膜破坏，出现干摩擦或半干摩擦，使摩擦阻力不均或增加，造成执行机构的爬行。 液压缸阻力过大1) 由于装配不当，引起缸别劲造成的爬行 缸装配不当很容易造成缸别劲，在运动时受弯或扭力作用，阻力过大，造成执行机构的爬行。特别是卧式大行程的液压缸，当活塞从缸体的最里位置，或活塞从缸体的最外位置，开始运动时，第32页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三活塞杆工作条件处于最不利的情况，最为危险。因活塞杆的重量对活塞产生一

23、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。造成滑动面断温出现爬行现象。2) 因负荷反作用力使缸歪斜引起别劲造成的爬行 在缸工作时，因缸安装地脚刚性不足，引起活塞杆挠性变形，造成缸的负荷反作用力使缸歪斜引起别劲造成的爬行。3) 缸壁和缸衬套的烧接现象造成的爬行 缸内进入异物或别劲使缸壁和缸衬套的烧接，发生烧接的部位工作阻力增加，缸将不能平滑工作，出现爬行。第33页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三4) 密封圈对爬行的影响 液压缸产生爬行现象，受密封圈的影响很大。一般液压缸运动速度在5mm/s以下运行时，易产生爬行现象。密封圈的选择影响很大。有时须采用特殊的密封形

24、式才行。如o形密封圈是靠强制的体积变形，即挤压作用增大接触面压力来实现密封作用的。在低压下使用，因其动摩擦阻力与静摩擦阻力之差较大，易造成爬行。又如U形密封圈，在无压时依靠唇缘变形的反作用力，产生面压以达到密封效果的。内压增高，滑动面积增大，接触面压力增加，密封效果提高，但同时也影响橡胶的弹性，使唇缘的接触阻力增大，U形密封圈将发生倾倒及唇缘伸长而造成爬行现象。 第34页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三润滑油不良引起的爬行 相对运动部件的接触面间润滑油不充分或润滑油选用不当，均会引起爬行。相对运动件在运动过程中，摩擦与润滑是交织在一起的，若两摩擦面间有一薄层润滑油膜，则

25、摩将大大减少。提高油的粘度能提高油膜的强度，并对爬行有阻尼作用。润滑油的流量选择也应适当，过多，会产生运动件上浮影响使用精度；过少不能形成油膜都会造成爬行2.驱动刚性差引起的爬行 驱动刚性差主雪指油液中含有过量的空气，由于空气有压缩性，使液压油产生明显的弹性，使其刚性降低。或油液的压缩性使其刚性降低造成爬行。(1)系统中含有过量空气第35页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 如缸中有了空气，当一腔通入压力油，缸克服静摩擦力要开始运动时，腔内的气泡未压缩，缸不动。当压力升到一定值后，气泡受压，体积缩小。当缸要运动时静摩擦力转为动摩擦力时，阻力减小，该腔压力也随之降低，气泡膨

26、胀，使缸突然向前跳动。由于这一跳动，另一腔气泡突然被压缩而体积缩小，阻力增加，缸速度减慢或停止，又变成起动状态。随着此工作循环产生反复的压缩与膨胀，形成爬行。 系统中混入过量空气的原因有：第36页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三a.有连续、断续和往复运动的零件之间，需要有一定的配合间隙，空气易从这些间隙混入。b.油管的连接一般采用硬性连接套、管接头和螺帽，密封不严或松动，空气由此进入。c.管道高处或缸处未安装排气阀，使弯曲或直通的管路中积存的空气未排除。d.泵吸油侧进入空气：如油箱中吸油管插入深度不够油液不足，造成吸油时混入空气；吸油管被污物堵塞，形成真空；吸油管侧接头密封不良等均为混入空气；回油管高出油箱中的液面，回油冲击液面，泛起波浪使空气混入。e.系统中局部压力低于空气的分离压，使溶于油中的空气分离出来。 第37页，共42页，2022年，5月20日，15点43分，星期三 (2)油液的压缩性对爬行的影响 与空气相比，油的压缩性很小。但当缸内容积较大，压力又较高时，油液的可压缩性可明显表现出来。此时须考虑油液的压缩性对爬行的影响。 如垂直位置工作的缸，向上运动为工作行程，当下行回程时靠自重下降，其运动能量由于工作油液的压缩性而被吸收，使缸