第五章 液压与气压常见故障

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1、第五章 液压传动系统的安装调试和故障分析【课程性质】理论课【教学目标】1、了解液压系统的故障诊断方法2、了解油液污染及污染度的测定3、了解液压系统的故障诊断手段【教学重点】1、了解液压系统的故障诊断方法2、了解液压系统的故障诊断手段【教学难点】分析回路步骤理解【教学课时】了解液压系统的故障诊断手段【教学策略】采用多媒体动画的教学方式，进行直观教学【教学方法】讲授法，多媒体教学法【教学过程】环节教学内容师生互动设计意图导入保证液压系统的正常运行，就必须正确合理 安装与调试、使用和维护保养液压系统，液压系 统设备是液压设备中的主要组成部分。据有关资 料统计，液压设备的故障约占整个设备总故障的 30

2、%。对液压设备的故障诊断来说，其他领域中 的诊断方法、理论和各种现代化的仪器在一定程 度上具有普遍性。例如将振动信号处理技术、声 发射技术、油液分析技术以及各种无损检测技术 等应用于诊断，已成为液压系统诊断技术的重要 内容。利用两种以上方法的综合诊断具有较高的 准确率和实用性，在工程中得到了较为广泛的应 用，如振动与声音诊断就是 例。、故障诊断方法的分类工程系统运行的状态很多，其环境条件各不 相同，则故障诊断的方法分类也很多，例如可按 诊断对象的类别来分；也可按所利用的状态信号 的物理特性来分等。现按诊断的目的和要求分类 如下：（1）功能诊断和运行诊断功能诊断就是对新安装或刚维修好的机器 或系

3、统，诊断它的功能是否正常，并根据检测诊 断结果对它进行调整。而对正常工作中的机器或 系统则进行运行状态的诊断，监视其故障的发生 和发展。（2）定期诊断和在线监控定期诊断是隔一定时间对工作的机器进行 一次检查和诊断，即巡检。它一般由人工来完 成，将观测数据与经验表格作对比，分析故障的 原因。在线监控是采用现代化仪表和计算机信号 处理系统对设备或系统的运行状态进行连续的 监视和控制，通过一系列的分析计算及时自动地 发现系统的各种故障状态及原因，还可以用时间 序列预报程序预测故障的发展趋势。随着计算机 技术的发展和设备成本的降低，专用电脑故障检 测预报系统将得到迅速发展，如飞机的液压系 统，工业上的

4、煤矿采煤机、运输机等设备都使用 了微机系统进行运行状态的监控。对上面两种方法的选用，需根据设备的关键 程度、设备故障影响的严重程度、运行过程中 机器性能下降的速度以及设备故障发生和发展 的可预测性来确定。（3）直接诊断和间接诊断直接诊断是直接根据关键零部件的信号确 定该零部件的状态，例如对油液的混浊程度、运 行时的声音、轴承间隙、齿轮齿面磨损、轴或叶 片的裂纹以及在腐蚀环境下管道的壁厚等进行 直接观察和诊断。直接诊断往往受到机器结构和 运行条件的限制而无法实现，这时只好采用间接 诊断。二、简易诊断技术由液压缸活塞杆密封处侵入加由过滤器侵入内部原有河染物 界侵入污染物9-1污染物的来源示意图简易

5、诊断技术又称主观诊断法，它是利用各 种便携式诊断仪表、工况监测仪表和工程技术人 员的实践经验，对液压系统出现的故障进行诊 断，判别故障产生的部位、特征及原因。常用的 简易诊断方法有下列几种。1、“四觉”诊断法工程技术人员利用触觉、视觉、听觉和嗅觉 来判断液压系统的故障。这是目前现场取得 故 障信息常用的简便方法。具体内容如下：（1）触觉压力油错接出口直通测试器图9-2手提式液压测试器压力油正确接法回油压力油错谡接法直通测试器直通测试器在管道中的接法可以通过触觉判断液压元件及管道处油温 的高低和振动的大小。若温度升高，接触两秒 钟即感到烫手，元件或管道处感觉到有高频振 动，就应判定为异常；此外，

6、慢速移动的工作台 有无“爬行”现象（所谓“爬行”现象是指执行 元件低速运动时出现的时断时续，使运动速度不 均匀的现象）。在严重时，很容易看出来，轻微 时，把手放在工作台上就可感觉到极轻微的颤 动。执行机构产生“爬行”现象将导致液压系统 的稳定性恶化，对机床而言将严重影响产品的加 工精度，缩短机构的使用寿命。视觉液压系统的许多故障现象可以通过观察来 判断。一般可以看速度、压力、油液（包括其清 洁度、油量、粘度、气泡等）、泄漏、振动、产 品质量等的变化，以判断是否出现故障。如回转 机构不动，回转缓慢无力或回转停止时有滑移现 象；操纵机构液压缸不动或推力不足、液压缸提 升缓慢或自然下降量大、操纵杆不

7、能回中位；油 液变色及外部泄漏等。有一定维修经验的人员可 以凭视觉来观察这些现象，判断液压系统是否出 现故障，故障产生的部位及原因。（3）听觉根据液压栗和液压马达的异常声响、溢流阀 的尖叫声、软管及弯管的振动声等来判断故障的 原因和程度。（4）嗅觉利用嗅觉可以判别液压油变质程度或液压泵等有无烧结现象。这是由于当液压油混入水分 或在高温下通过系统元件的节流孔和节流隙缝 时，产生局部高温，使油液变质，产生乳白色和 黑褐色胶状悬浮物。悬浮物集存在油箱底部，它 对液压系统的正常运行危害甚大。目前，尚无专 门仪器检测，一般只能用目测和鼻闻。由于这种 污染物大多集存在油箱底部，当油箱内油面较低 时，容易被

8、泵吸人系统，使滤油器滤芯或滤网突 然堵塞，导致滤油器前后压力差突然增大，可以将此压力差信号作为间接监测的依 据。2、顺序推断检测法这种诊断法要求主机停止工作。根据“四觉” 诊断法，初步断定故障所涉及到的范围，从而把 故障范围缩到最小，然后按顺序分析推理，逐步 逼近故障产生的部位。顺序推断检测法适用于各 种机器的液压系统。油液污染及污染度的测定一、油液污染度测定油液被污染指的是油液中的含有微小固体 颗粒及胶状生成物、空气、氯和水分等杂质。1. 油液被污染的原因及控制措施污染是造成液压系统发生故障的主要原因。 颗粒污染会引起液压系统突发性故障，如压痕、 划伤、伺服阀或伺服油缸卡死、滤油器的小孔堵

9、塞等；纤维可以粘附于滤网与孔口，像江河中的 木筏一样堵塞并搜集碎屑；空气污染可引起气 蚀、操纵响应迟钝、噪声增加、压力瞬时丧失等； 水和氯的主要危害是腐蚀，加速零件磨损，增加 泄漏，润滑能力下降等。这些污染物将使得液压 设备运转困难，磨损加剧，产生振动、噪声、爬 行等现象，降低了液压系统和元件的寿命。据统 计，液压系统故障有左右是由于油液污染所致。油液污染物来源于外部侵入和内部产生两 个途径，主要有以下几方面原因（见图9-1）：1）残留物污染，指液压元件在制造、运输、安装、更换与维修系统元件过程中未清洗干净而 带人油液中的砂粒、磨料、锈片、棉纱和灰尘等 杂物。（2）周围环境中污染物（如空气、尘

10、埃、水滴 等）的侵人。（3）生成物污染，主要指运行过程中系统内部 固有的（随元件带入系统或初次启动的赃物）和 系统内部生成的（系统的开口、元件性能、工作 循环、设计特点等）金属微粒、磨损颗粒、水分 与气泡等，以及油液变质后的胶状生成物等的污 染。实际工作中，为延长液压元件的寿命、保证 系统正常工作，常采用以下几方面的措施来控 制污染：（1）液压装置组装前须严格清洗，尽量减少外 来污染。（2）在系统恰当部位安装适当精度的滤油器， 并要定期检查、清洗和更换滤芯。（3）按规定定期检查更换液压油。2. 液压液的污染等级图9-3 T型接头测试系统1.溢流阀2.方向控制阀3.测试器为了定量地描述油液的污染

11、程度，以便及时 的采取控制措施，减少油液对系统的危害和故障 的发生。目前国际上常采用油液中固体颗粒含量 的多少来划分油液的污染等级。目前主要采用的 标准有ISO4406 （国际标准）和NAS1638 （美国 国家航空和宇航标准），下面对NAS1638标准作 简要介绍。NAS1638是美国航天标准，它根据100ml油 液中5个尺寸范围的颗粒数上限值划分为14个 等级。污染度每增加一级，颗粒浓度增加1倍。 因此，当油液污染等级超过12级时，可用外推 法确定其污染等级。根据油样分析得出的各个尺寸范围的颗粒 数，确定相应的污染度等级，然后取其中最高的 一级作为油液的污染度等级。3. 油液污染度测定仪目

12、前已有的“YC-100-20”便携式液压油测 定仪，测定一次仅需要10min即可，使用非常方 便，一旦油液的污染度接近超差，就应该采用油 液过滤装置把油液过滤干净或更换新油。XZR显微镜是液压行业进行油液污染度检测 的专用显微镜，有XZRJ型油液污染度检测显 微镜和XZRB型油液污染度比较显微镜两种。XZR显微镜是我国自行设计的，以满足液压 行业进行污染度检测的需要。它具有设计合理、 使用方便、成像清晰、性能良好等优点。 液压系统的故障诊断手段监测及诊断装置即为故障诊断手段。故障诊 断手段可分为便携式简易诊断和在线精密诊断 两大类别。根据液压系统故障征兆，液压系统故 障的主要参数是压力、流量、

13、温度、执行元件的 速度、噪声与振动、油液枯度、污染度和泄漏等。 检测不同的参数时，应根据液压系统的故障情 况、现场条件和精度要求的差异，选择不同的测 试方法、工具和仪器。液压系统的监测和诊断，目前基本上还停留 在人工巡回检测和定期检修的水平上。由于近年 来微机应用的发展，且其性能提高、价格下降， 为液压系统在线监测和故障早期诊断提供了条 件。故障早期诊断或预报实际上是液压系统的监 测与微机在线应用的结合，也是液压系统计算机 辅助测试技术(CAT)的扩大应用。虽然发展人 工智能系统来代替人对巡回检测到的系统中各 有关参数的变化进行比较、判断的工作(目前计 算机软件技术已能办到)，但关键问题在于硬

14、件 和编制软件所需要的大量基础研究、试验工作尚 待完善。在此仅简单介绍几种常用的液压系统的 故障诊断仪器。一、手提式液压测试仪这是一种检测液压系统故障部位的诊断装 置，它由流量计、压力表和温度计所组成，可对 管式连接的液压系统的流量、压力和温度等方面 出现的故障进行检测。根据测试器在管路中的接 法，测试器可分为旁通式和直通式两种。旁通式测试器如图9-2 (a)所示。系统的压 力油管应接到测试器的进油口，回油管必须接到 测试器的出油口。测试器上左侧的手动控制阀用 于调节和选择不同的压力范围。直通式测试器及其在管路中的接法如图9-2 (b)所示。它是串接在液压系统的压力油管上， 与旁通式接法不同。

15、它作为液压系统的一个临时组件，当系统工作时，可直接测量流量、压力和 温度，以判断系统工作是否正常。这种测试器具 有体积小、携带方便、操作容易等优点。使用于提式液压测试器测试系统之前，必须 打开压力控制阀（逆时针转动手柄）。测试时， 操作压力控制阀（顺时针转动手柄）缓慢升压， 分段加压到最大工作压力。为减小测试器在承受 压力冲击时指针大幅度跳动，可调节阻尼螺钉， 增大阻尼。一般选用直通式的较多，因旁通式不 能对封闭的液压系统作整体测试，只能作分隔的 组件测试。二、T形接头测试法T形接头即三通接头，安装在管路上，不检 测时用堵头将其一端堵死；检测时，取下堵头并 接入测试油管。在液压装置运转中就可进

16、行测试 工作，如图9-3所示新型T形接头的堵头采用磁性螺旋塞，其中 装有两块永久磁铁（固定间隙），磁铁各通一导 线。当被吸附到磁铁上的导磁磨粒（铁基与非铁 金属磨粒）逐渐增多时，两块永久磁铁之间的间 隙堵塞，磁路的磁阻变小，导通电路，发出信号。 使用时，需要根据油液的性质和工况，装配间隙 不同而规格相同的磁铁，以补充信号不全。金属 磨粒和磁铁间隙的数量关系须由实验求得。三、液压泵故障诊断器这种手提式故障诊断装置体积小、操作方 便，可在液压挖掘机、汽车起重机等工程机械的 液压泵的外部进行故障诊断，并能推算出液压泵 的剩余寿命。液压泵故障诊断器的原理是通过振 动诊断法进行检测，经微型计算机分析处理

17、并作 出故障预报。如日本研制成的液压泵故障诊断 器，型号为HICLAS-A，可以较快地从泵的外部 直接检测出泵内部的磨损情况，迅速准确地掌握 液压泵的内部变化状态，用微机进行分析处理和 故障预报，从而有效地防止了泵故障的发生，提 高了主机的可靠性。四、铁谱分析技术铁谱分析技术是当前使用最广泛、最有发展 前途的油样分析方法。它是一种以机械磨擦副的磨损为出发点，利用磁场力把铁磁性磨粒从液体 工作介质（水、润滑油或液压油）中分离出来， 并分析这些磨粒的相对数量、形态、尺寸大小和 分布规律、颜色和成分等的技术。根据这些信息 就可以准确地得到设备液压系统中磨粒的部位、 形式、严重程度，甚至液压元件完全失

18、效的结论， 从而为液压系统的状态监控和故障诊断提供可 靠的依据。图9-4所示为分析式铁谱分析仪工作原理示 意图。液压系统的油样由低稳定速度的微量泵吸 入，然后输出全呈一定倾斜角度的玻璃滑片上。五、超声波油质分析技术教学 点评 总结超声波检测油质的原理为：在油箱或油管里 相隔一段距离设置超声波的发射与接收探头，当 通过两探头间的油液的杂质含量发生变化时，超 声波从发射探头到接收探头的传播时间和信号 的强度将随之变化，由此可以测定油液的污染情 况。这种测试方法检测时间短，在几个毫秒内就 可以得到结果，而且还能实现在线连续监测，设 备成本低，其他工业、医疗等行业已有成熟的技 术可以借鉴。在进行特殊处理后，也可以在油管 或油箱的外部直接进行故障诊断。但超声波受温 度等因素的影响很大，其直接测量结果需参考许 多与环境因素有关的表格来修正，工作量较大， 容易出错，现已有将其与单片微机相结合的仪 器。随着该项技术的不断完善，液压系统在线检 测技术的普遍应用一定会成为现实。梳理总结也可针对学生薄弱或 易错处强调总结.本节内容难度不大，但内容非常的繁复，记 忆知识点较多。主要让学生了解液压系统故障的 诊断方法及其处理步骤。P139 1、 2题学生课后完成.