液压气动系统维修与故障诊断技术第讲液压系统与故障诊断总述

第一讲液压系统与故障诊断总述76543211第一页，共93页。1.1液压传动的概念传动装置及传动型式机器由原动机、工作机和传动装置组成。传动装置：设置在原动机和工作机之间的部分，用于实现动力〔或能量〕的传递、转换与控制，以满足工作机对力〔或转矩〕、工作速度或转速〕及位置的要求。2第二页，共93页。按照传动件〔工作介质〕的不同，有机械传动电气传动流体传动〔液压传动和气压传动〕复合传动传动型式3第三页，共93页。以液体作为工作介质，并以压力能实现动力〔或能量〕的传递、转换与控制的传动型式。液压传动4第四页，共93页。1.2液压传动的工作原理、组成部分及表示此处以液压传动〔千斤顶〕作为例子来讲解5第五页，共93页。内部构造及动作原理图实物外形图6第六页，共93页。工作特征〔四个〕〔1〕力的传递靠液体压力实现，系统工作压力p取决负载F〔2〕运动速度的传递靠容积变化相等原那么实现，运动速度v取决于流量q〔3〕系统的动力传递符合能量守 恒定律，压力p与流量q的乘积等 于功率P。〔4〕液压传动省力但不省功。7第七页，共93页。液压系统的组成部分先看一个例子8第八页，共93页。 挤压机液压系统原理构造示意图a)系统原理构造示意图 a〕换向阀芯处于右端位置b〕换向阀芯处于左端位置 c〕换向阀芯处于中间位置1—油箱2—过滤器

3—吸油单向阀4—液压泵5—压油阀6、7、8、11、14、16、17、19—管路

9—挤压头；10—液压缸12—换向手柄13—换向阀

15—节流阀18—溢流阀314259第九页，共93页。液压系统的组成部分〔5个〕及功用1、动力元件〔液压泵及原动机〕：机械能→液压能10第十页，共93页。2、执行元件〔液压缸及马达〕：液压能→机械能11第十一页，共93页。3、控制调节元件〔液压阀〕：控制液流压力、方向和流量12第十二页，共93页。4、辅助元件〔过滤器、油箱、热交换器、蓄能器、压力表、管道等〕：各有用处13第十三页，共93页。5、工作介质〔液压油液〕：载能，冷却、光滑14第十四页，共93页。元件、回路与系统动力元件、执行元件、控制调节元件和辅助元件这四个部分统称为液压元件。液压元件的根本参数：公称压力〔MPa〕通径〔mm)或公称流量〔L/min〕液压元件都已经三化，为制造、选用和维护提供了方便。液压回路:可以实现某种特定功能的液压元件的组合。有压力控制、速度控制、方向控制和多缸动作等多种回路液压系统：将假设干根本功能回路按一定方式连接或复合而成的总体即称为液压系统。15第十五页，共93页。液压系统的表示-图形符号 为了便于进展绘制和技术交流，一般采用标准图形符号绘制系统原理图。各国都有自己的液压图形符号标准。我国液压图形符号标准 我国迄今先后四次〔分别于1965年、1976年、1993年和年〕公布了液压图形符号标准。目前执行的标准是GB/T786.1-?液压气动图形符号?。16第十六页，共93页。图1-2挤压机液压系统构造原理示意图图1-3用图形符号绘制的挤压机液压系统原理图用图形符号绘制的液压系统原理图之一17第十七页，共93页。用图形符号绘制的液压系统原理图之二1—油箱；2—过滤器；3—单向定量液压泵；4—压力表开关；5—压力表；6—溢流阀；7—节流阀；8—三位四通电磁换向阀；9—活塞式单杆液压缸；10—二位四通电磁换向阀；11—双向定量液压马达18第十八页，共93页。绘制系统原理图时的本卷须知①元件图形符号的大小可根据图纸幅面大小按适当比例增大或缩小绘制，以明晰美观为原那么；②元件的状态一般以静态或零位〔例如电磁换向阀应为断电后的工作位置〕画出；③元件的方向可视详细情况进展程度、垂直或反转180°绘制，但液压油箱必须程度绘制且开口向上。19第十九页，共93页。、液压技术的特点及应用20第二十页，共93页。 优 ①单位功率的重量轻微型化、小型化。 一样功率 液压马达、 电动机与 内燃机外 形尺寸 比较 点〔8个〕有利于机械设备及其控制系统的21第二十一页，共93页。②布局灵敏方便(布局安装具有很大的柔性)③调速范围大(无级调速，调速范围可达2000)。④工作平稳、快速性好(利用油液的弹性〕⑤易于操纵控制并实现过载保护⑥易于自动化和机电液一体化〔实现自动化〕⑦易于实现直线运动⑧液压系统设计、制造和使用维护方便〔液压元件属于机械工业根底件，已实现了三化〕22第二十二页，共93页。缺点〔5个〕不能保证定比传动〔由于液体的可压缩性和泄漏等因素的影响〕传动效率偏低〔由于需多经两次转换〕工作稳定性易受温度影响造价较高〔为防止和减少泄漏液压元件制造精度要求较高〕故障不易诊断〔因较复杂等〕23第二十三页，共93页。液压技术的应用由于液压独特的技术优势，使其在国民经济各行业得到了广泛应用：工业消费→施工作业→公共设施→日常生活民用→国防空中→水上→陆地要想找到不用任何液压装置的机械设备已经较为困难24第二十四页，共93页。采用液压技术的典型机械设备25第二十五页，共93页。液压传动的注塑机固定机械设备26第二十六页，共93页。榆次液压件厂消费的冶金机械液压系统固定机械设备27第二十七页，共93页。液压传动的挖掘机行走机械设备28第二十八页，共93页。上海音乐厅〔建于1930年〕〕平移工程：占地1245平方米、重量约5650吨，用59个液压千斤顶：提升近米，平移米。公共设施机械设备29第二十九页，共93页。厦门市人民检察院侦查技术6层综合楼平移工程：重5000吨、在液压千斤顶的牵引下“转身〞45度、平移61米公共设施机械设备30第三十页，共93页。1.4液压技术的开展趋势历时渊源：液压技术最古老的应用可追溯公元前200多年前→17世纪初螺旋提水工具〔希腊人阿基米德创造)热空气-水力驱动的寺庙大门(埃及人)水轮(中国)现代液压技术的开展：液体静压力传递原理〔1654年帕斯卡提出〕→迄今新世纪液压面临着：电气传动及控制技术的新竞争和绿色环保的新挑战，但是因其独特的技术优势，使其在国民经济开展中，将仍然发挥着无可替代的重大作用。31第三十一页，共93页。开展方向和趋势：节能化、智能化、电子化、高压化、小型化、集成化、复合化、长寿命、高可靠性、绿色化〔低污染如水压传动、低噪声、低振动、无泄漏〕等，以满足和适应各类相关主机产品的节能、环保、高效、自动、平安、可靠等要求。32第三十二页，共93页。 我国液压技术的开展概况建国前，无液压技术可言从1952年试制出我国第一只液压元件-齿轮泵〔上海机床厂〕至今，大致经历了创业奠基、体系建立、成长开展、引进进步等几个开展阶段。33第三十三页，共93页。目前，我国液压行业已形成了一个门类比较齐全，有一定消费才能和技术程度的工业体系：现有数以百计的各类液压企业和公司，形成了国内自行开发、引进技术制造、合资消费、仿制消化的多元化格局。已能为国民经济多种部门提供较为齐全的液压元件产品。34第三十四页，共93页。p=p0+ρghp0=F/A1.5液压系统根本计算静压力的计算液体静压力分布规律压力式中35第三十五页，共93页。压力p的单位法定计量单位：MPa〔兆帕〕1MPa=106Pa以前曾长期采用过的压力单位：kgf/cm2〔公斤力/厘米2〕、bar(巴)、大气压，水柱高或汞柱高等，美国一直采用英制的lb/in2(磅力/英寸2)。这些压力单位的换算关系：1kgf/cm2≈1bar=1051标准大气压=1.01325×105水柱高=760mm汞柱高1工程大气压=1kgf/cm2=98066.5Pa1lbf/in2工程大气压36第三十六页，共93页。液压工程中的压力分级37第三十七页，共93页。

压力的度量根据度量起点的不同，同一位置的液体压力分为绝对压力和相对压力绝对压力是以绝对真空〔绝对零压〕为基准度量的液体压力。相对压力是以大气压力pa为基准度量的压力〔表压力〕。真空度是当绝对压力小于大气压时，缺乏于大气压力的那部分压力值。压力的度量38第三十八页，共93页。1.6液压系统的类型 因着眼点不同，液压系统的分类方式及名称多样、各异，常见的分类方式如以下图所示。39第三十九页，共93页。液压系统的分类40第四十页，共93页。各类液压系统的特点及例如41第四十一页，共93页。开式系统 特点〔4个〕： 液压泵自油箱吸油，执行元件回油返回油箱。 工作液在油箱中冷却及沉淀后再进入工作循环。 系统需要较大容积的油箱。 用换向阀换向 应用：最普遍〔在固定设 备和行走设备中都有应用〕。42第四十二页，共93页。应用：多用于车辆、起重运输机械、船舶绞车、造纸和纺织等机械设备中。特点:〔4个〕执行元件排出的油液返回到泵的进口。系统效率较高需需补油装置补油换向常采用双向变量泵闭式系统43第四十三页，共93页。固定设备用系统：多为开式系统(包括用于各类工业设备:机床、压力机，压铸机及注塑机甚至公共设施如医疗器械、垃圾压榨等机械设备和工作装置中的系统)。行走设备用系统：既有开式系统也有闭式系统(包括用于车辆，物料传送装卸搬运设备以及航空、航天、航海工程中的各种系统)。44第四十四页，共93页。液压传动系统：一般为不带反响的开环系统〔以下图为原理方块图〕。特点：以传递动力为主，以信息传递为次，追求传动特性的完善。系统的工作特性由各组成液压元件的特性和它们的互相作用来确定，工作质量受工作条件变化的影响较大。 应用：较为普遍，大多数工业设备液压系统属于此类。45第四十五页，共93页。液压控制系统：多为采用伺服阀等电液控制阀组成的带反响的闭环系统〔以下图为原理方块图〕。特点：以传递信息为主，以传递动力为次，追求控制特性的完善。由于参加了检测反响，故系统可用一般元件组成准确的控制系统，其控制质量受工作条件变化的影响较小。应用：精数控机床及加工中心、冶金、航空、航天等领域。46第四十六页，共93页。阀控制系统

通过改变液压阀的节流口开度控制流量，从而控制执行元件的速度。存在节流和溢流损失，故通常效率较低。应用：各种机械设备。47第四十七页，共93页。泵排量控制系统 通过改变变量泵的排量进行速度无级控制或通过多台定量泵组合供液来控制流量，进展有级速度控制。 由于无节流和溢流损失，故效率较高。

应用于压力加工机械、橡胶塑料机械等大功率液压设备48第四十八页，共93页。泵转速控制系统〔变频调速泵控制系统〕 通过改变驱动泵的电动机的转速改变泵的输出流量实现系统的流量调节和执行元件的速度控制。 可通过压力传感器检测到的压力调节变频器 可以减小油箱容量和介质消耗，能量损失小，运行本钱较低，是一种极具发展前景的控制方式 但变频器价昂，制造本钱较高。 应用：大型橡塑机械应用较多

泵转速控制系统原理简图1—定量泵；2—电动机；3—变频控制器；4—压传感器；5—换向阀49第四十九页，共93页。执行元件控制系统

通过改变变量液压马达排量、或通过多定量液压马达组合工作、或通过改变复合液压缸作用面积来控制流量，从而控制速度。由于无节流和溢流损失，故效率较高。主要用于：行走机械、压力加工机械等液压设备。例子50第五十页，共93页。变量马达控制系统1—变量液压马达；2—三位四通电磁换阀；3—溢流阀；4—定量液压泵执行元件控制系统51第五十一页，共93页。复合缸液/压回路1—单向阀；2—三位四通电磁换向阀；3—液控单向阀；4—二位四通电磁换向阀；5—复合液压缸回路电磁铁动作顺序表工况1YA2YA3YA快速下行+--慢速下行+-+快速上升-+-低压卸荷---执行元件控制系统52第五十二页，共93页。 中开式系统 主换向阀在中位时，换向阀使液压泵卸荷，液体低压返回油箱〔故系统的主换向阀为M型、H型等中位机能〕。变量马达控制系统1—变量液压马达；2—三位四通电磁换阀；3—溢流阀；4—定量液压泵

多定量马达组合系统1、2—定量液压马达；3—二位四通手动阀；4—三位四通电磁换向阀；5—溢流阀；6—定量液压泵53第五十三页，共93页。中开式系统的特点：一般采用定量泵油源；换向阀在中位时，能量传递从根本为零的低值开场，换向后能量就上升，使压力液体进入执行元件，去抑制负载；换向阀在中间位置时，内泄漏极微。通常在能满足同一功能情况下，中开式系统能耗较低。多用于：需间歇运动或支承负载而又不希望频繁启停原动机等工况类型。54第五十四页，共93页。 中闭式系统 主换向阀在中位时，换向阀所有油口均封闭〔O型中位机能〕，假如采用定量泵供油，那么液压泵的液体经溢流阀高压溢流回油箱。55第五十五页，共93页。中闭式系统特点〔3个〕：换向阀在中位时，能量传递从高值开场，即从系统的最大调压值开场，只要换向，其能量就可以为执行元件所利用；换向阀在中间位置时，有时承受系统的全部压力，故内泄漏量比中开式系统要大。通常在能满足同一功能情况下，中闭式系统能耗较高，但假如增加中位卸荷措施〔例如采用电磁溢流阀〕或改用压力补偿式变量泵供油，那么可大大降低中闭时的能耗。中闭式液压系统在多种主机设备中均有应用。56第五十六页，共93页。1.7液压系统故障诊断策略与技巧〔六方面〕57第五十七页，共93页。一、液压系统的故障诊断方法直观检查法〔简易故障诊断法〕、比照交换法、逻辑分析法、仪器专项检测法和智能诊断法等。我们主要介绍应用普遍的直观检查法并穿插介绍其他方法直观检查法的优缺点优点：简单缺点：需要一定的经历58第五十八页，共93页。二、液压系统故障诊断策略新的液压系统调试时及运行中的液压系统〔运行初期、中期和后期〕都可能出现故障，故障特征因设备类型不同和运行阶段不同而异。造成液压系统故障的可能原因是多方面的：主要在于：设计、制造、使用及油液污染等方面其次是：在正常使用条件下的自然磨损、老化及变质等所引起。59第五十九页，共93页。液压故障诊断较为困难，主要原因有二：一是液压设备往往是机械、液压、电气及其仪表等多种装置的统一体二是液压元件内部的零件动作、管路内油液的流动状态及密封件的损坏等情况一般看不见摸不着，所以系统的故障分析受到各方面因素的影响。液压系统的故障诊断是否准确及时，往往有赖于设计者和用户的知识程度与经历多寡。60第六十页，共93页。液压系统故障诊断的主要策略：弄清整个液压系统的工作原理和构造特点根据故障现象利用知识和经历进展判断逐步深化、有目的、有方向地逐步缩小范围，确定区域、部位，以致某个元件61第六十一页，共93页。 三、液压系统的故障特征1、新系统调试阶段的故障〔6个〕此时，故障率最高，设计、制造、安装等质量问题交织在一起，故障有： 外泄漏严重〔主要是接头和元件端盖处〕执行元件运动速度不稳定液压阀阀芯卡死、运动不灵敏和不到位导致执行元件动作失灵62第六十二页，共93页。溢流阀等压力控制阀的阻尼孔堵塞，造成压力不稳定阀类元件漏装弹簧、密封件等，造成控制失灵系统设计不合理、元件选用不当，造成执行元件运动精度低，系统过热、振动噪声大等。63第六十三页，共93页。2、运行中的液压系统的故障〔1〕系统运行初期的故障液压系统经过调试阶段后，便进入正常消费作业运行阶段，故障特征：管接头因振动而松脱。密封件质量差，或由于装配不当而破损，造成泄漏。管道或液压元件流道内的型砂、毛刺、切屑等污染物在油流的冲击下脱落，堵塞阻尼孔和滤油器，造成压力和速度不稳定。由于负荷大或外界散热条件差，油液温度过高，引起内外泄漏，导致压力和速度的变化。64第六十四页，共93页。〔2〕液压系统运行中期的故障 液压系统运行中期，故障率最低，这是液压系统运行的最正确阶段。此阶段控制油液污染是极其重要的。65第六十五页，共93页。〔3〕液压系统运行后期的故障液压系统运行到后期，液压元件因工作频率和负荷的差异，易损件开场正常的超差磨损。此阶段故障率较高，泄漏明显增加，效率下降。针对这一情况，要：对元件进展全面检测，对已失效的液压元件应进展修理或更换。液压系统运行中要加强维护，注意观察各部位工作状况，发现有异常现象，及时分析原因，采取有效对策，以防发生重大故障。66第六十六页，共93页。液压系统何时应该大修，寿命还有多长，何时进展部分或全部更新改造，要进展全面地科学地综合分析，制订合理的维修，改造方案，使液压系统尽可能最大限度地发挥其潜在作用。67第六十七页，共93页。〔4〕突发性故障及其防止措施发生阶段：这类故障多发生在液压设备运行初期和后期。发生原因：由于对这两个时期故障特征认识缺乏：认为新设备运行不会有什么大问题；认为老设备过去一直很好用，忽略了监测维护，因此易发生突发性故障。故障发生的区域及产生原因较为明显：如发生碰撞；元件内弹簧突然折断；管道破裂；异物堵塞流道；密封损坏；控制信号失真；动作错乱；内外泄漏严重等故障现象。68第六十八页，共93页。突发性故障往往与液压设备安装不当、维护不及时有关系。有时由于操作错误而发生破坏性故障。防止突发性故障的主要措施：认识故障特征，加强管理维护严格执行岗位责任制，加强人员岗位培训。不懂专业知识，未经过液压根本知识、液压故障诊断与维修技术培训的人员不得上岗。69第六十九页，共93页。四、液压系统故障诊断步骤〔找出产生故障元件的步骤〕见以下图70第七十页，共93页。71第七十一页，共93页。第一步：设备运转不正常〔无动作、运动不稳定、方向不对、速度不合要求等〕都可归纳为：压力、流量和方向三大问题。第二步：审核液压系统图，并检查每个元件，确认它的作用和性能，初步评定它的质量状况。72第七十二页，共93页。第三步：列出可能与故障有关的元件清单，进展逐个分析〔不可遗漏对故障有重大影响的元件〕。第四步：对清单所列元件按以往经验和元件检查难易排列次序〔必要时列出重点检查的元件和元件重点检查部位〕，同时安排检测仪器。73第七十三页，共93页。第五步：对清单所列重点检查元件进展初检。应判断以下问题：元件使用安装适宜否？元件的测量装置、仪器和测试方法适宜否？元件外部信号适宜否？特别注意：某些元件的故障征兆：如过高的温度、噪声、振动等。74第七十四页，共93页。第六步：假设初检没有查出故障，要用仪器反复检查。第七步：识别出发生故障的元件，并进展修理和更换。75第七十五页，共93页。第八步：在重新启动主机前，必须认真考虑一下此次故障的原因与后果。如果故障是因污染和温度过高引起的，那么应意料到另外元件也可能出现故障，并采取清洗等补救措施。76第七十六页，共93页。五、重新启动的步骤排除故障后，不能操之过急盲目启动启动要遵照一定的要求和程序。以免产生新的故障见以下图77第七十七页，共93页。故障排除后重新启动液压系统的程序框图78第七十八页，共93页。六、故障诊断中的“望→闻→问→切〞望〔看〕 〔看系统实际工作状态和技术资料〕〔7看〕79第七十九页，共93页。①看速度执行机构运动速度有无变化和异常现象？②看压力

液压系统中各测压点的压力值大小，压力值有无波动现象？③看油液 观察油液是否清洁，是否变质，油液外表是否有泡沫，油量是否在规定的油标线范围内，油液粘度是否符合要求等？80第八十页，共93页。④看泄漏液压缸端盖，液压泵轴端、液压管 道各接头，油路块结合处等处是否 有渗漏滴漏等现象？⑤看振动液压缸活塞杆、工作台等运动部件 工作时有无因振动而跳动的现象。81第八十一页，共93页。⑥看产品根据液压机械加工出来的产品质量〔如 机械零件尺寸精度低、带钢跑偏等〕，判断运动机构的工作状态、系统的工作压力和流量的稳定性。⑦看资料查阅设备技术档案中的系统原理图、元