ＱＣＳ０１４裝拆式液壓教學實驗臺差動故障分析

[摘要]液壓實驗臺出現故障直接影響教學和實驗實踐活動。液壓系統的損壞與失效往往發生在裝置的深層內部，為找出差動回路實驗中液壓缸不能運動的故障，采用了因果關系圖將故障原因化整為零，分類深入地去追究引起故障的不同原因，并用排除法對原因進行一一排除，最終達到修復的目的。

[關鍵詞]差動 故障 液壓缸 三位四通電磁換向閥 污染

一、引言

QCS014裝拆式液壓教學實驗臺（如圖1）是我校用于《液壓傳動》課程教學和教師用于科研的實驗裝備。在此裝置上學生可以認識液壓元件，也可以進行液壓元件的自由拆裝及十二種液壓基本回路的連接實驗。并能根據實驗的要求，利用電氣矩陣板進行自動控制；學生也可自己擬定實驗方案，進行創新性實驗，測量實際運行數據，進行理論分析或驗證，達到綜合運用液壓傳動基本原理去分析和解決工程問題的能力。但在一次學生進行增速回路即差動連接回路的實驗過程中，液壓缸在無任何征兆的情況下突然停止運動。重新連接回路、啟動電機和液壓泵，液壓缸均不再響應，至此實驗中斷。為了盡快找出事故的原因，我們針對此次出現的問題進行了多方面的分析和研究。

2．實驗原理及故障現象

QCS014裝拆式液壓教學實驗臺的油路由固定油路和可拆式油路兩部分組成，其中固定式油路的連接是本實驗臺原本連接好的油路（如圖2所示）。在此回路中，定量泵YB1—4、變量泵YBX—16和溢流閥Y1—10B、Y1—25B已經接入油路中，并在二泵的出口處均已接入壓力表P1和P2。在進行實驗前，應讓學生先檢查此油路中的油箱、油管、管接頭和電線等是否已接好。

下面所做實驗是要求在固定連接油路的基礎上，進行可拆油路的連接。在有些機構中特別是各種機加工機床中，需要二種運動速度，快速運動時負載小，要求流量大壓力低；慢速時負載大，要求流量小壓力高。因此，在單泵供油系統中，如不采用差動回路，則慢速運動時，勢必有大量油量從溢流閥溢回油箱，造成很大的功率損耗，并使油溫升高。因此差動連接回路實驗是學生學好液壓傳動課程，并在今后能應用于工作實際的最好的實踐，是我們每次必做的一項實驗。其系統原理如圖3所示，要求學生記錄下各段運行的時間及觀察速度的快慢。

實驗步驟為：①把34E—10B和23E—10B換向閥中的1ZT、2ZT、3ZT用一根插頭線對應插入在實驗臺側面板“輸出信號”插座內。②把行程開關插頭線對應插入左側面板“輸入信號”插座內（側板2XK、3XK、1XK）。③依據工況表動作順序，用小型插頭對應插入在矩陣板上的插座內（X）處。④旋松溢流閥，啟動YB1—4泵，調節溢流閥壓力為2MPa；調節單向調速閥（調至較小開口）。⑤把選擇開關指向“順序位置”，先按“復位”，再按“啟動”，工作臺上的液壓缸即可實現快進——工進——快退的自動循環運動。

在最近的一次實驗中，上述步驟均已完成，但液壓缸最終不再運動，未能實現設定好的動作循環。經觀察，接在溢流閥處的測壓點1處壓力表P1的讀數為2MPa，在實驗中有漏油現象發生。而在34E—10B三位四通電磁閥上面接的壓力表讀數顯示為零，且此處一直無漏油現象發生。

三、故障原因

實驗臺投入使用已十幾年，但每年用于學生的《液壓傳動》課程實驗的次數不是太多，并非很高的使用率，實驗裝置應在正常的使用期內。實驗中壓力表P1處有壓力，說明溢流閥在起調定壓力的作用，且在未接好的情況下，此處時常有漏油現象，說明有壓力油通過。假設34E—10B三位四通電磁換向閥工作，則油液流過換向閥到液壓缸前部，應稍有一點局部壓力損失和沿程壓力損失，此處的壓力表應稍低于2MPa。若是液壓缸由于某種原因而卡死不動，則液壓油積聚缸前，此處的壓力應為2MPa，測壓點2處不應為零，且此處在泵運行時從未發現漏油現象，說明三位四通換向閥根本就無油液流過，那么就可判定34E—10B三位四通電磁換向閥出現故障。故障的原因可能有以下幾種情況：

（1）電磁鐵1ZT的線圈可能已燒壞，或電磁鐵的推力不夠，又或是連接電磁鐵的電氣線路出現故障，造成此換向閥無法換到左位工作，而是一直處于中間堵截的位置，造成油液無法通過而斷流。

（2）實驗臺在長期的使用時，閥體和閥芯一直在相對的移動，由于受力不均或油溫過高等原因很可能造成變形，從而導致間隙過小阻力過大而卡死；或因彈簧疲勞而折斷造成卡死；也可能是閥芯因油液污染形成的大顆粒雜質卡死在閥體間隙中，閥芯無法移動換向，從而使液流阻斷。

（3）油液可能嚴重污染使換向閥口堵塞而無法通流。

液壓缸不運動的原因，可用故障因果分析圖一目了然的表達出來，如圖4所示。

四、故障排除

通過對造成故障的各個原因進行詳盡的分析、研究，要排除實驗臺液壓缸的運動故障，必須從以下方面著手解決。

（1）液壓油的污染問題。液壓油的使用期限，應根據油液的品種、設備的工作環境和運行工況等的不同而區別對待。液壓系統中油液推薦的更換周期如下表1所示。

QCS014液壓實驗臺配用的是牌號為L—HL32普通液壓油，其換油期限應為12到18個月，或者按2000小時左右的推薦值更換新油也可。因液壓油在經一段時間的使用后，由于劣化、雜質和水分的混入等，而改變了液壓液原有的性質，成為縮短液壓裝置運行壽命或引發事故的原因。我們實驗臺中的液壓油已使用多年未更換，且工作臺面上的漏油往往是混著雜質流入油箱。入油箱時雖有濾油裝置，但此處的濾網很粗，過濾效果不夠理想。經過觀察發現油液已不透明，顏色變為暗棕色。由于我們的實驗條件有限，在出現故障后，我們對油液做了簡單的測污試驗——用吸墨紙（濾紙）進行斑點試驗：把一滴油滴到一片吸墨紙上，干后紙上出現了明顯的環形痕跡，且中間有明顯的深色斑點，淡色油液向四外散開，如圖5（a）所示。此現象說明油液已嚴重污染，它的污染物可能造成閥芯卡死或閥口的堵塞，使閥不能換向。在這種情況下，必須首先更換新油才能繼續下一步的排除。圖5(b)所示為油液仍可正常使用不需更換的情況。

（2）閥體、閥芯變形問題。要解決此問題必須把34E—10B三位四通電磁換向閥從實驗臺面上拆下，然后打開內部，檢查是否存在閥體、閥芯變形和污染物卡死及彈簧折斷等情況，結果沒有發現異常。

（3）1ZT電磁鐵損壞或推力不足。打開三位四通電磁換向閥的電磁鐵線圈檢查一下看是否燒壞，或電線接頭接觸情況，經仔細檢查并未發現問題。為了防止存在隱蔽故障而未發現，在這種情況下我們更換上了一個備用的34E—10B三位四通電磁換向閥，接入線路后重新啟動電機和液壓泵，液壓缸還是未運動起來，說明不是此換向閥的問題。（4）檢查電氣線路。檢查小插頭處的接觸情況及電氣矩陣板后面的電路和側板的電路連接是否完好。經過仔細的分析和一步步的排查，最終找出是因電氣線路時間長而出現老化、接觸斷開問題。由圖6可知，由于通電時輸入電源指示正常，說明控制線路工作正常。分別啟動兩液壓泵時，泵運轉正常，說明繼電器1C和2C線路工作正常。液壓閥不動作說明繼電器3C有故障。經分別測量1、2、3、4與5之間的電壓均正常，而電阻為無窮大表明1-5間有斷點。經排查證明問題在繼電器3C處的線路故障。經對電氣線路的檢修，即排除了液壓缸不運動這一故障。

五、結論

液壓系統的損壞與失效，往往發生在裝置的深層內部，比較隱蔽，難以直接觀察到故障的原因。且由于液壓元件不便拆裝，現場檢測條件又有限，液壓故障往往是一個癥狀對應一個系列故障原因。要對每一個故障原因進行詳細的總結和分類，用因果關系圖可將故障原因化整為零，深入地去追究引起故障的不同原因，并用排除法對原因進行一一排除，最終找到故障所在而使問題得以解決。

參考文獻：

[1]上海工業大學．QCS014可拆式液壓回路實驗指導書．上海：上海工業大學出版社，1984.

[2楊國平．工程機械液壓系統的故障診斷排除及實例．長沙：湖南科學技術出版社，2002.

[3]成大先．機械設計手冊—液壓傳動（單行本）．北京：化學工業出版社，2004.

[4]黃志堅，袁周．液壓設備故障診斷與監測實用技術．北京：機械工業出版社，2006.

[5]劉新德．袖珍液壓氣動手冊．北京：機械工業出版社，2005.

（作者單位：河南中州大學工程技術學院）