樸昌浩

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧撫順113007)

0 引言

液壓傳動(dòng)設(shè)備往往是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且精度較高的機(jī)、電、液一體化綜合系統(tǒng)，雖然具有易于實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、直線運(yùn)動(dòng)以及可在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速等諸多優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)本身的機(jī)液耦合、非線性、時(shí)變性等特點(diǎn)也決定了引起液壓故障的因素相對較多，進(jìn)而增加了故障診斷的難度。

但卻并非無從下手，由于液壓系統(tǒng)的工作過程是由壓力、流量和液流方向來實(shí)現(xiàn)的，故此其故障有自身的特點(diǎn)與規(guī)律可循，分析流程框圖見圖1。

圖1 液壓系統(tǒng)常見故障分析流程框圖

下面簡要介紹幾種液壓系統(tǒng)的常見故障，分析其成因并提出簡單的解決方案:

1 液壓油污染

液壓系統(tǒng)組成與人體構(gòu)成具有很多可比性，液壓油就如同人的血液，油液被污染就相當(dāng)于“人患了白血病”，所以油液污染是系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因，它嚴(yán)重影響著液壓系統(tǒng)的可靠性及元件壽命。液壓系統(tǒng)中的污染物是指包含在油液中的固體顆粒、水、空氣、化學(xué)物質(zhì)、微生物和污染能量等雜物。油液遭受污染的渠道很多，現(xiàn)將成因及處理方案列列于表1。

油液中的雜質(zhì)不僅會使液壓油變質(zhì)、降低潤滑性能、加速元件磨損和腐蝕，甚至?xí)氯y芯，使泵、閥性能下降，產(chǎn)生噪音及更嚴(yán)重的后果。因此，對液壓油合理使用、科學(xué)維護(hù)才是杜絕隱患發(fā)生的關(guān)鍵。

2 空穴現(xiàn)象

流動(dòng)的壓力油液在局部位置壓力下降(流速高，壓力低)，達(dá)到飽和蒸汽壓或空氣分壓時(shí)，產(chǎn)生蒸汽和溶解空氣分離而形成大量氣泡，當(dāng)再次從局部低壓區(qū)流向高壓區(qū)時(shí)氣泡破裂消失，在破裂消失過程中形成局部高壓和高溫，并伴隨振動(dòng)，且發(fā)出不規(guī)則的噪聲，甚至金屬表面被氧化剝蝕，這種現(xiàn)象稱作空穴。由于氣體在液體中的溶解量與壓力成正比，當(dāng)壓力降低時(shí)處于過飽和狀態(tài)，空氣就會逸出。因此，空穴多發(fā)生在油泵進(jìn)口處及控制閥的節(jié)流口附近。油泵及節(jié)流口空穴產(chǎn)生的原因及控制方法見表2。

表1 油液污染成因及處理方案

表2 油泵進(jìn)口及節(jié)流口空穴產(chǎn)生的原因及控制方法

實(shí)際液體伯努利方程為:

與節(jié)流口產(chǎn)生空穴現(xiàn)象相類似，當(dāng)液流分流與匯流、方向突然改變等情況發(fā)生時(shí)，也可能導(dǎo)致局部壓力損失過大造成局部低壓區(qū)而產(chǎn)生空穴。

空穴的危害不言而喻，因此采取相應(yīng)的措施減少空氣混入油液中，例如:保證油箱油位不低于液位計(jì)低位指示線、定期清除附著在濾油器濾網(wǎng)或?yàn)V芯的污物等，以及選用適當(dāng)?shù)姆椒?，例?減少管路突然增大或縮小的面積比避免不正確的分流與匯流，或者在必要時(shí)采用加壓油箱等，用以減少或杜絕空穴現(xiàn)象發(fā)生，是每個(gè)液壓設(shè)備使用者必須要考慮的。

3 液壓沖擊

液壓系統(tǒng)中，由于使管路內(nèi)的油液迅速換向或突然停止流動(dòng)而引起系統(tǒng)壓力急劇上升，形成一個(gè)極大壓力峰值，稱做液壓沖擊。沖擊壓可能高達(dá)正常工作壓的3～4倍，如此高的壓力容易導(dǎo)致系統(tǒng)中的元件、管道、儀表等遭到破壞，甚至使壓力繼電器、過流繼電器誤發(fā)信號，影響系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，更為嚴(yán)重時(shí)會有連接件松動(dòng)、漏油、壓力閥和流量閥調(diào)節(jié)失常等情況發(fā)生。液壓沖擊的成因和解決措施見表3。

表3 液壓沖擊的成因和解決措施

液壓系統(tǒng)的常見故障還包括爬行、失壓、振動(dòng)、卡緊等，在此不能一一說明。接下來通過對液壓啟閉機(jī)同步及鎖緊回路的介紹，簡單分析液壓回路中可能出現(xiàn)的故障。

4 同步回路故障分析

4.1 同步回路故障分析

液壓啟閉機(jī)起升和下落過程中，為保證兩側(cè)油缸在運(yùn)動(dòng)中的位移或速度相同，要采用同步回路。就理論而言，兩個(gè)有效工作面積相同的油缸，在輸入流量相等的情況下應(yīng)能實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，但實(shí)際上完全同步是不可能的。產(chǎn)生不同步的原因很多，主要有下列因素:①油缸存在偏心負(fù)載;②油缸摩擦阻力不等;③油液的清潔度和壓縮性;④系統(tǒng)的剛性和結(jié)構(gòu)變形不一致等。

實(shí)現(xiàn)同步的方案有很多種，上述因素對不同方案的影響也有差異。選用單比例調(diào)速閥的同步回路圖見圖2。該回路實(shí)現(xiàn)的功能:當(dāng)三位換向閥左位接通，壓力油經(jīng)過單向閥、調(diào)速閥和液控單向閥進(jìn)入兩油缸下腔，使油缸同步上移，此時(shí)為進(jìn)油口節(jié)流調(diào)速;換向閥右位接通，壓力油使兩液控單向閥可反向流動(dòng)，在重力(或其他外力)作用下活塞同步下移，此時(shí)為出口節(jié)流調(diào)速。這種回路同步精度較高，位置精度可達(dá)0.5 mm。其同步不理想的原因?yàn)?①調(diào)速閥受油溫變化影響，造成進(jìn)出油缸的流量差異;②油缸或單向閥組泄漏;③負(fù)載變化頻繁;④比例放大信號遲滯;⑤比例電磁鐵的空氣未排凈;⑥電磁鐵上設(shè)置的阻尼用的固定節(jié)流孔及主芯節(jié)流孔(或旁路節(jié)流孔)堵塞，使電磁鐵的鐵芯及主閥芯的運(yùn)動(dòng)受到不必要的阻礙;⑦比例放大器誤差大。

4.2 采取的措施

1)控制油溫，采用帶溫度補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速閥。

2)定期檢查液壓缸重點(diǎn)部位密封件的緊合程度，避免因磨損而造成的泄漏。單向閥泄漏時(shí)應(yīng)檢查閥座是否碎裂、閥座孔與閥芯孔是否同軸、彈簧強(qiáng)度有否變?nèi)醯?，視情況嚴(yán)重程度，考慮修理或更換。

3)閘門兩側(cè)水封摩擦不均衡、波浪起伏程度、水流流速或流向的轉(zhuǎn)變等都有可能造成負(fù)載變化頻繁。因此，在每次操作啟閉機(jī)起升和下落前應(yīng)在閘門兩側(cè)注水用以潤滑水封，降低摩擦;另外，避免在風(fēng)大浪急的天氣下，頻繁起落閘門。

4)擰松放氣螺栓，排放空氣至有油液流出。拆開比例電磁鐵和主閥清洗。

5)對于閉環(huán)同步回路，若比例放大器內(nèi)部的調(diào)節(jié)器抗干擾能力差、位移傳感器反饋信號失真、前置放大器故障、功率放大器輸出功率不足或抗干擾性弱等，都會造成比例放大信號失真，具體措施要視失真的情況而定。

圖2 采用單電液比例調(diào)速閥的同步回路圖

5 鎖緊回路故障分析

液壓啟閉機(jī)在起升或下落的過程中為了調(diào)整閘門的開度，難免要將閘門停留在任意位置上，為了防止閘門在重力或其它外力作用下發(fā)生下滑，必須采用鎖緊回路。采用液控單向閥的雙向鎖緊回路見圖3。選用液控單向閥的優(yōu)勢在于，液控單向閥有良好的密封性，鎖緊精度只受液壓缸內(nèi)少量的內(nèi)泄漏影響，即使在外力作用下也能使執(zhí)行元件長期鎖緊。圖3回路實(shí)現(xiàn)的功能:在液壓缸的進(jìn)、回油路中都串接液控單向閥，活塞可在行程的任何位置鎖緊，并可防止其停止后竄動(dòng)。

這種回路可能產(chǎn)生的故障和排除方法為:

1)當(dāng)異常突發(fā)性外力作用時(shí)，由于缸內(nèi)油液封閉及油液的不可壓縮性，管路及缸內(nèi)會產(chǎn)生異常高壓，導(dǎo)致管路及油缸損傷。

解決辦法:在圖3的2、3處各增加一個(gè)安全閥。

2)液控單向閥關(guān)閉遲緩，油缸需經(jīng)過一段時(shí)間才能停住，鎖緊精度差。液控單向閥本身動(dòng)作遲滯，如閥芯移動(dòng)不靈活、控制活塞發(fā)卡等。

解決辦法:一般以清洗、修配或更換為主。

3)換向閥的中位機(jī)能選擇有誤。

解決方法:圖3中的換向閥的中位機(jī)能應(yīng)該使液控單向閥的控油快速卸壓而立即關(guān)閉。因此雙向鎖緊回路的三位換向閥的中位機(jī)能應(yīng)選用H型、Y型。如選用O型、M型，當(dāng)換向閥處于中位時(shí)，由于液控單向閥的控制壓力油被閉死而不能使其立即關(guān)閉，直至由于單向閥的內(nèi)泄漏使控制腔卸壓后，液控單向閥才能關(guān)閉，影響了鎖緊精度。

圖3 采用液控單向閥的雙向鎖緊回路圖

6 結(jié)語

隨著技術(shù)水平的不斷完善，液壓啟閉機(jī)以其可控程度高、運(yùn)行平穩(wěn)、承載力大等優(yōu)點(diǎn)，在我國大、中型水利水電工程中已獲得越來越多的認(rèn)可，并產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。為保障液壓啟閉機(jī)安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，對液壓系統(tǒng)中常見、多發(fā)故障的了解就顯得極為重要，一旦故障出現(xiàn)而不及時(shí)排出，不僅會令設(shè)備受損，還可能會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此，只有了解了各部位故障的現(xiàn)象、成因及解決措施，才能在定期的檢查和維護(hù)中有的放矢地進(jìn)行排查，及時(shí)或提前將隱患清除，將損失扼殺于萌芽之內(nèi)。

［1］《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊—液壓傳動(dòng)與控制［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］張堅(jiān).液壓故障排除400問［M］.長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

［3］雷天覺.新編液壓工程手冊［S］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1999.

［4］王益群，高殿榮.液壓工程師手冊［S］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.