液压与气压传动模块七

液压与气动技术

模块七液压、气动系统故障诊断与排除学习单元一液压系统故障诊断与排除气动系统故障诊断与排除学习单元二模块导读

液压、气动系统广泛应用于工业生产领域和工程机械中，依靠压力能来传递信号和动力，传递介质被封闭于密封容腔内。系统有故障时，判断故障点成为初学者的一个障碍。如果设备的电气故障或其他故障掺杂其中，更会给维修者带来麻烦。本模块主要介绍液压、气动故障现象与故障源的关系，故障诊断方法等。一般是学员在完成本教材模块一～模块六内容的学习，并且有一定的实训练习经历后，才能进行本模块学习。

模块七液压、气动系统故障诊断与排除

如图7-1所示为定量泵供油系统的液压锁紧回路，已知1.1调节系统压力为50bar,1.3调节通过流量为2L/min，液压缸活塞直径为25mm，活塞杆直径为16mm，活塞行程为200mm，油缸负载为320N，液压泵流量为4L/min。试结合液压锁紧回路图分析下列问题，并在实验台上搭接回路，模拟问题（5）检验分析结论是否正确。

任务介绍

学习单元一液压系统故障诊断与排除

（1）液压锁紧回路图及元件的作用是什么？（2）计算活塞杆伸出和返回时间。（3）为什么有时需要在液压设备中设置液压锁紧？（4）1.3是什么阀？该阀有何优缺点？（5）哪些阀能阻止负载下降？如果活塞杆在停泵状态下下降，如何区分具体是由于哪个阀引起的？（6）还有哪些因素会引起负载下降？如何判断是由该因素引起活塞杆在停泵状态下下降的？

任务介绍

学习单元一液压系统故障诊断与排除

图7-1定量泵供油系统的液压锁紧回路

学习单元一液压系统故障诊断与排除

要想完成任务分析，图7-1中各元件都需要认识和了解的，还要掌握液压缸计算，常用液压件的作用及工作特点以及液压系统故障产生原因和解决对策。这些内容是基于前面学习模块内容基础之上测试学习者对所学知识能否达到灵活运用和是否具备了分析解决实际问题能力的一个很好的检验。因此，有必要对相关知识进行总结归纳。通过对液压系统的常见故障现象分析，掌握液压系统的维修知识是本单元所要学习的内容。

任务分析

学习单元一液压系统故障诊断与排除

知识目标

（1）掌握各种液压元件作用、结构、工作原理、符号及使用注意事项；（2）能读懂简单的液压原理图，能正确分析力传递与信号传递的路线；（3）能读懂简单的继电器控制原理图及简单的PLC程序；（4）了解简单液压设备一般使用注意事项；（5）掌握基础液压系统故障诊断与排除的基本方法。

学习目标

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能力目标

（1）能够正确将液压、电气原理图中各元件与实际设备中各元件一一对应；（2）能够识别和正确操作各种不同的电气开关，开、闭触点的判断和连接，能够进行继电器线路的连接；（3）能够根据简单液压系统的故障现象判断可能的故障原因；（4）能够根据液压系统故障原因给出可行的解决方案。

学习目标

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一、液压设备基本特征

（1）液压设备是一种动力传递与控制装置，通过它可根据需要实现机械能—液压能—机械能的二次转换。（2）液压设备又是一种综合多种技术的设备，包括机械、液压传动、电气、电子、计算机及PLC等技术，如图7-2所示为液压产品应用举例。（3）液压设备故障诊断与监测涉及各类测试手段，它与测试技术不可分离,设备故障诊断人员不仅应掌握有关的测试技术的基础知识，还应熟练掌握有关的测试技能。

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图7-2液压产品应用举例

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二、液压设备故障概念

液压设备故障是指液压元件或系统丧失了应达到的功能或出现某些问题。“功能丧失”有几种情况：完全丧失功能是破坏性故障（如泵轴扭断、电磁铁烧坏）；降低功能是功能性故障（如泵容积效率下降、气缸速度减慢）；由人们错误操作与装配引起的故障是误动作故障。“出现问题”的系统会产生振动、噪声。而系统功能的丧失与出现问题往往联系在一起，它们都是液压装置内部条件（结构状况）及外部条件（输入量）未满足其正常运行的要求所引起的。

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三、液压系统故障分析1.液压故障的属性1）故障种类（1）初期故障（2）突发故障（3）老化故障

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2）故障元件

如图7-3所示为高压小流量与低压大流量组合的双泵供油液压系统元件故障诊断，当液压缸负载较小时，两个泵同时供油，为低压大流量工作状态；当液压缸负载增大，系统压力大于右边溢流阀调定压力时，低压大流量泵卸荷，而左边高压小流量泵继续供油。如果系统压力不能升高时，只有读懂液压原理图才能判断出可能的故障元件，左边的溢流阀故障或左边的液压泵故障。图7-3双泵供油液压系统元件故障诊断

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3）故障参量

故障参量即表征液压装置功能丧失或出现问题的物理量。如压力、流量、泄漏量、速度（转速）、力（转矩）、动作顺序、位置、效率、振动、噪声及吸油口的真空度等，上述参量值超出了规定的范围，即表明系统发生了故障。

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4）故障症状

故障症状即故障参量超出了规定的范围，且被人们观测到的现象。它是故障的外在表现。

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5）故障信息

故障信息即反映液压装置内部损坏情况的特征信息。故障症状显然是故障信息，另外，设备的异常现象、报警信号、系统测试分析结论、设备的使用期限、维护保养状况、运行及修理记录等在一定的条件下也是故障信息，故障信息与故障成某种对应关系，它是判断故障的起点和依据。

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6）故障原因

故障原因即引起故障的初始原因，主要有油污染、机械磨损与断裂失效、设计制造问题、安装问题、环境条件不符、人为因素等。因果关系分析是具体的现场液压故障分析的主要内容，找出最初原因是其直接目的。如图7-4所示液压卸荷回路故障诊断，均为先导式溢流阀通过二位二通电磁换向阀控制遥控口，带电保压、断电卸荷。如果系统卸荷失效，可能原因为：油液污染，造成电磁换向阀阀芯卡死、遥控口堵塞等。电磁铁不能断电也会造成系统卸荷失效。

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图7-4液压卸荷回路故障诊断7）故障范围

故障范围即故障的涉及面。有的故障是单一性的，有的故障是综合性的。前者是由个别因素异常引起的结果，而后者则会涉及多环节参与部分。液压油脏引起液压系统多处阀芯卡死，电磁铁烧坏等；设备使用时间长，多处磨损，引起系统压力与流量下降等就属于综合性故障。

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8）故障强度

故障强度即故障的严重程度，也就是液压装置损坏的严重程度。严重故障强度高，轻微故障强度低。在现场应注意发现故障苗头，避免严重故障。轻微故障往往信息量不充分，现象不明显，所以故障分析的难度会更大。

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9）劣化速度

故障范围即故障的涉及面。有的故障是单一性的，有的故障是综合性的。前者是由个别因素异常引起的结果，而后者则会涉及多环节参与部分。液压油脏引起液压系统多处阀芯卡死，电磁铁烧坏等；设备使用时间长，多处磨损，引起系统压力与流量下降等就属于综合性故障。

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10）故障时效

故障时效即故障的作用持续状况。有的故障是暂时的、间断性的、时有时无的。例如，污染物堵住了节流口，后来油液冲走了污染物；由于行程开关紧固件的松动，换向阀可能不会及时换向。而另一些故障一旦出现，只有在修理或更换零件之后系统才能恢复功能，这类故障是永久性故障。暂时性故障原因在外部，永久性故障的直接原因在元件内部。

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11）故障频率

故障频率即故障出现的频繁性。有的故障经常出现，有的故障偶尔出现。对经常出现的故障，应考虑采取有力措施消除其根本原因。偶发性故障分析起来则要困难得多。

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2.液压系统故障的重要特点

1）隐蔽性

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液压装置的损坏与失效往往发生在深层内部。如图7-5所示，当3个二位二通电磁换向阀都不带电时，系统压力为p1，当最下面电磁换向阀电磁铁带电时，系统卸荷；当中间电磁换向阀电磁铁带电时，系统压力为p3；当最上面电磁换向阀电磁铁带电时，系统压力为p2。如果系统一直不能建立压力，故障原因可能是先导式溢流阀本身所带先导阀不能建压，下面电磁换向阀电磁铁一直带电或换向阀阀芯卡死，P口与T口接通状态等。要想判断具体原因，还需进一步做工作。图7-5液压系统分级调压回路故障诊断

2）交错性

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液压系统的故障，其症状与原因之间存在各种各样的重叠与交叉。一个故障源也可能引起多处症状。一个症状也可能同时是由多个故障源叠加起来形成的。对于一个症状有多种可能原因的情形，应采取有效手段剔除不存在的原因。对于一个故障源产生多个症状的情形，可利用多个症状的组合去确定故障源。对于叠加现象应全面考虑各影响因素，并分清各因素作用的主次轻重。

3）随机性

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液压系统在运行过程中受到各种各样的随机性因素的影响，如电网电压的变化、环境温度的变化、机器工作任务的变化等。外界污染物的侵入也是随机性的。由于随机性因素的影响，故障具体发生的变化方向更不确定，会造成判断与定量分析的困难。

4）差异性

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由于设计、加工材料及应用环境等的差异，液压元件的磨损劣化速度相差很大。一般的液压元件寿命标准在现场无法应用，只能对具体的液压设备与液压元件确定具体的磨损评价标准，这又需要积累长期的运行数据。3.液压系统故障分析诊断方法

1）替换法

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将同类型、同结构、同原理的油压系统上的相同元件置换（互换）安装在同一位置上，以证明被换元件是否工作可靠。如图7-6所示，当二位四通电磁换向阀电磁铁断电时，活塞杆慢速伸出；当电磁铁带电时，活塞杆快速返回。图7-6液压调速回路故障诊断

2）辅助法

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借助于简单的辅助零件对液压系统的液压元件是否出现故障进行诊断。如采用截堵法，堵住阀等元件的油口和油缸油口，可以诊断出这些液压元件是否泄漏和失效；如用顶杆使换向阀换向，可诊断出换向阀是否出现如卡死、阀芯不到位等故障。3）逻辑推理

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需要丰富的知识与经验，足够的现场信息,不遗漏相关因素，较强的分析能力，判断结论需加以验证，善于归纳总结，用不同的方式分析考察同一问题，不断提高逻辑思维能力。4.液压系统故障诊断的发展1）现行的方法

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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，诊断出的故障原因不够准确。由于机械设备工作状态的多样性，其液压系统故障诊断技术的发展趋势是迅速化、不解体化、高精度化、智能化及网络化。2）功能诊断法

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“问”就是问现场人员设备运行和故障出现时的设备状态。（1）液压系统工作是否正常，液压泵有无异常现象。（2）液压油更换时间，滤网是否清洁。（3）发生事故前阀是否调节过，有哪些不正常现象。（4）发生事故前对密封件或液压件是否更换过。（5）发生事故前后液压系统出现过哪些不正常现象。（6）过去经常出现过哪些故障，是怎样排除的。

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“闻”指用耳听和鼻闻来感知一些关键元件的运行情况。（1）噪声。油泵和液压系统工作时的噪声是否过大，噪声的特征及各类阀的声音。（2）冲击声。油缸换向时冲击声，油缸活塞是否有撞击缸底的声音，换向阀换向时是否有严重撞击端盖的现象。（3）气蚀声。检查油泵是否吸进空气。（4）敲打声。油泵运转时是否有因损坏引起的敲打声。（5）油液是否发臭变质，橡胶件是否因过热发出特殊的气味等。

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A（1）温升。B（2）振动。C（3）爬行。D（4）松动。“切”就是感受设备的故障状态。

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如图7-7所示为快进工进速度切换回路故障诊断。图7-7快进-工进切换回路故障诊断5.液压系统常见故障及解决对策1）压力失控问题及消除压力控制缺陷的改进措施

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（1）系统无压力。设如图7-8所示先导式溢流阀，因为结构中1、2两个孔径只有0.8～1.2mm的节流孔，所以当油液被污染时，很容易造成两个节流孔堵塞，从而造成系统无压力。因此，配置先导式溢流阀的系统比配置直动式溢流阀的系统对油液清洁度要求更高。图7-8先导式溢流阀故障举例

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（2）系统压力不高。（3）系统压力居高不下。如图7-9所示，某液压设备的先导式溢流阀因不慎将先导阀阀座左端工艺螺塞拧得过紧，将先导油路切断，结果使系统压力居高不下。（4）系统压力漂移或波动。图7-9先导式溢流阀故障举例

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（5）卸荷失控。如图7-10所示，当二位二通电磁换向阀卡死，不能充分打开时，也会使系统压力不能正常卸荷。图7-10二位二通电磁换向阀卸荷故障举例

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如图7-11所示，采用Ｍ型中位机能换向阀的液压系统，卸荷失控问题可能有下列情形：换向阀装反，引起不卸荷；换向阀阀芯装反（Ｍ型换向阀主阀芯不对称），引起不卸荷；换向阀复位弹簧折断，阀芯不回中位，必然影响卸荷；比例压力阀在未得到控制信号时自动卸荷。此外，比例阀的主阀弹簧可调，如果调得过紧，也不能充分卸荷。图7-11M型中位机能换向阀的液压系统

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（6）消除卸荷与换向时液压冲击现象的措施。高压大流量液压回路在卸荷或换向时会出现压力冲击，并引起严重振动，消除这类问题的基本做法如下。①预先泄放回路中的压力。②延长压力泄放时间。（7）防止异常高压的措施。如图7-13所示是防止液压马达停止时的超压回路。图7-13防止液压马达停止时的超压回路2）速度失控及其解决措施

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（1）爬行。所谓液压爬行就是液压缸在低速运动时产生时断时续的运动现象。爬行是液压系统中常见问题，引起爬行的直接原因如下。①油内混入空气，执行件动作迟慢，反应滞后。低速液压系统初期调试时更容易产生爬行现象。②压力调得过低、调不高或漂移下降时，同时负载加上各种阻力的总和与液压力大致相当，执行元件表现为似动非动。③系统内压力与流量过大的波动引起执行元件运动不均。④液压系统磨损严重，工作压力增高则引起内泄漏显著增大。⑤导轨与液压缸运动方向不平行，或导轨拉毛、润滑条件差、阻力大使液压缸运动困难且不稳定。⑥电路失常也会引起执行元件运动状态不良。

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（2）防止爬行的措施。①提高有关零件的几何精度，严格控制其形位公差与尺寸公差。②减小导轨的摩擦系数。③减小液压缸活塞杆轴线与导轨的平行度误差。④提高液压缸活塞与活塞杆的同轴度要求以使其误差小于0.04／1000。3）温度升高异常及其解决措施

学习单元一液压系统故障诊断与排除

A①功率损耗。B②系统设计及元件问题。C③液压油问题。D④元件维护不当和泄漏口问题。（1）产生原因。

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（2）合理设计液压系统。12345尽量选用功率较小的液压泵。尽量减少液压泵带负载运行时间。采用双泵供油系统。注意调速方式的选择。尽量简化液压系统。

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（3）改进冷却条件。①油箱。加大油箱尺寸可使液压油有更长的冷却时间，有利于降低油温。②冷却。加大冷却能力可通过改用大冷却器来实现，这种方法比较简单。在液压系统中增设冷却器可显著降低系统油温。上述故障及解决对策只是液压系统中很少的一部分，要想在生产实际中及时找到故障点并解决问题，还需要学习者消化吸收，积累经验，灵活加以运用。任务实践

（1）分析液压锁紧回路图及元件的作用。系统中液压元件的作用为：溢流阀1.1调定系统压力；单向阀1.2装在泵出口，用于防止系统过载，保护泵；调速阀1.3调节液压缸活塞杆的伸出、返回速度；二位四通电磁换向阀1.4控制液压缸活塞杆运动方向，电磁铁断电伸出、通电返回；单向阀1.6与平衡阀1.5组成单向平衡阀，平衡阀1.5用于活塞杆下降时给液压缸无杆腔建立一个背压，以保证活塞杆在受向下方向力时可以平稳运动；单向阀1.6用于当活塞杆向上运动时给液压缸无杆腔供油。完成理论任务任务实践

液压锁紧的条件：液压锁紧压力应该是当活塞杆要缩回时的锁紧压力，要比负载保持在完全停止位置所需的压力大5～10bar。已知1.1调节系统压力为50bar，1.3调节通过流量为2L/min，液压缸活塞直径为25mm，活塞杆直径为16mm，活塞行程为200mm，如果油缸负载为320N，液压泵的流量为4L/min。完成理论任务任务实践完成理论任务

（2）计算活塞杆伸出和返回时间。（3）在液压设备中设置液压锁紧的原因。因为在液压系统中，任何部位都不能出现负压；对于垂直安装的液压缸，停泵时不能出现负载下降。任务实践

（4）1.3阀的名称及该阀的优缺点。1.3为调速阀，该阀的优点是调节的流量与负载大小无关；缺点是效率低，易发热。（5）哪些阀能阻止负载下降？如何区分活塞杆在停泵状态下下降具体是由于哪个阀引起的？1.5平衡阀和1.6单向阀能阻止负载下降。将带金属芯棒的螺丝刀分别放在两个阀的部位，监听液体流动声，有液体流动的阀是故障源。（6）还有哪些因素会引起负载下降？如何判断是该因素引起的活塞杆在停泵状态下下降？完成理论任务任务实践完成实训任务1.实训步骤

（1）将实验元件安装在实验台上。（2）参考图7-1用液压管路将元件连接可靠。（3）启动泵开关，观察系统运行并进行调整。（4）模拟问题（5），将溢流阀1.5调压手轮放松，与问题（5）的分析结果相对照。（5）总结实验过程，完成实验报告。任务实践2.实训前准备任务实践3.主要元件安装与调整方法介绍任务实践4．填写实训报告

实训报告格式见附录3。

如图7-16所示，正常的动作顺序是：按起始开关S1，气缸缓慢伸出，伸出到B2点，延时5s气缸返回（延时时间可调）。如果该回路出现气缸伸出到B2点后不返回，试判断故障点并在实验台上搭接回路模拟故障现象，检验分析结果。

任务介绍学习单元二气动系统故障诊断与排除学习单元二气动系统故障诊断与排除图7-16气动系统单缸延时连续循环动作回路

要想完成任务分析，需要认识和了解图7-16中各元件，并掌握机电综合系统故障产生的原因和解决对策。这些内容是基于前面学习模块内容基础之上检验学习者对所学知识能否达到灵活运用和是否具备了分析解决实际问题的能力。因此，有必要对相关知识进行总结归纳。通过对气动系统的常见故障现象的分析，学习和掌握气动系统的维修知识是本学习单元所要学习的内容。

任务分析学习单元二气动系统故障诊断与排除知识目标

（1）掌握气动元件作用、结构、工作原理、符号及使用注意事项；（2）掌握基本低压电气元件作用、工作原理及表示符号；（3）能读懂简单的气动原理图，能正确分析力传递与信号传递的路线；（4）能读懂简单的继电器控制原理图及简单的PLC程序；（5）了解简单气动设备一般使用注意事项；（6）掌握气动系统故障诊断与排除的基本方法。

学习目标学习单元二气动系统故障诊断与排除能力目标

（1）能够正确将气动、电气原理图中各元件与实际设备中各元件一一对应；（2）能够识别和正确操作各种不同的电气开关，开、闭触点的判断和连接，能够进行继电器线路的连接（3）能够根据气动、电气系统的故障现象判断可能的故障原因；（4）能够根据气动、电气系统故障原因给出可行的解决方案。

学习目标学习单元二气动系统故障诊断与排除

一、故障种类学习单元二气动系统故障诊断与排除（1）初期故障（2）突发故障（3）老化故障

二、气动系统故障分析诊断方法学习单元二气动系统故障诊断与排除1.替换法

替换法是指将同类型、同结构、同原理的元件置换（互换）安装在同一位置上，以证明被换元件是否工作可靠。替换法的优点在于，即使修理人员的技术水平较低，也能应用此法对气动系统的故障做出准确的诊断。但是，运用此法必须以同类型、同结构、同工作原理和相同气动元件的气动系统为前提，因而此法有很大的局限性和一