數控機床液壓系統常見故障分析

王宏穎，朱成俊

WANG Hong-ying, ZHU Cheng-jun

（河南工業職業技術學院，南陽 473009）

0 引言

數控機床液壓系統內部情況觀察不到，一般較難直接判斷出產生故障的主要原因。本文從液壓系統振動和噪聲、液壓系統的沖擊、液壓系統的爬行、液壓系統的卡緊、液壓系統的溫升五個方面闡述了液壓系統的常見故障。

1 液壓系統振動和噪聲

1.1 液壓泵吸油管路的氣穴現象

故障分析：一般石油基液壓油在大氣壓力和室溫下，通常能吸收大約9%(按體積計算)的空氣。溶解的空氣并不改變流體的粘性。溶解于流體中的空氣量與流體表面接觸的空氣壓力有關。液壓泵工作時，如果吸油管路阻力很大，油液來不及填充泵腔，造成局部真空，形成低壓。當壓力低到油的“空氣分離壓”時，工作油液內溶解的空氣就大量分解出來，游離成氣泡。如果形成的壓力極低，達到油的飽和蒸汽壓時，則油的蒸汽和空氣一起大量析出，形成油的沸騰現象。隨著泵的運轉，這種混在油中的氣泡一起被帶進高壓區。由于高壓作用，氣泡被擊破，然后迅速縮小、溶解和消失。在氣泡被擊破的瞬時，局部范圍產生幅值很大的高頻沖擊力，有時可高達150～200Mpa，還伴隨有局部高溫。這種高頻液壓沖擊作用，一方面要對元件的金屬表面引起破壞作用，產生金屬剝落、麻點等所謂“氣蝕”現象，另一方面使泵產生很大的壓力波動，激發成高頻噪聲。

排除方法：

1）增加吸油管直徑，減少或避免吸油管道的彎曲，以降低吸油速度，減少管道阻力；

2）選用適當的吸油濾油器，并且要經常檢查清洗，避免阻塞；

3）液壓泵的吸入高度要盡量小 （＜500mm)；

4）避免因油的粘度過高而產生吸油不足；

5）使用正確的配管方法。

1.2 液壓泵的吸空現象

故障分析：液壓泵的吸空主要是指泵吸進的油中混有空氣。這種現象的發生不僅容易引起氣蝕，增加噪聲，而且還影響液壓泵的容積效率，使工作油液容易變質，所以這是液壓系統中不允許存在的現象。產生吸空現象的原因還有：油箱中的油液不足；吸油管浸入油箱太淺；吸油泵吸油位置太高；油液粘度太高；液壓泵的吸油口通流截面過小，造成吸油不暢；濾油器表面被污物阻塞；管道泄漏或回油管沒有浸入液面以下而造成大量空氣進入油液中。

排除方法：

1）液壓泵本身及吸油管連接處要嚴格密封。

2）油箱中要設置隔板，延長氣泡從油中分離的時間。回油管要以 的斜切口面朝箱壁并盡可能遠離液壓泵吸入并靠近箱壁插入油中。回油流速不應太高。

3）吸油管一定要浸入油箱的2/3深度處，盡量縮短吸油管長度，有效地防止過量空氣浸入。

2 液壓系統的沖擊

2.1 液流換向時產生的沖擊

當換向閥移到中間位置時，壓力油液突然與液壓缸切斷，此時由于運動部件及液流的慣性作用，使液壓缸一端油腔中的油液受到壓縮，壓力突然升高，而另一端油腔中壓力下降，形成局部真空。因此液流換向時便產生液壓沖擊。為此，換向閥閥芯控制邊作成錐角，或開軸向三角槽，錐角一般可取 ～ ，錐長視密封邊長度而定，使換向閥換向時，液流運動狀態逐漸改變。

2.2 節流緩沖裝置失靈引起的液壓沖擊

1）液壓端部緩沖 內圓磨床工作臺換向緩沖結構設置在工作缸的一端，當工作臺移到端點時，緩沖柱塞進入端蓋的柱塞孔內，使孔內油液經節流槽回油箱，使工作臺逐漸制動。當緩沖柱塞外與端蓋柱塞孔因磨損而配合間隙過大時，制動錐或制動三角緩沖槽不起緩沖作用，便會形成較大的液壓沖擊。對此應修復或研配緩沖柱塞，可根據柱塞孔的實際尺寸，確定其配合間隙，在將緩沖柱塞磨圓后，鍍一層硬鉻，再磨至所需尺寸精度。

2) 帶節流閥的緩沖裝置 在組合機床所使用的液壓缸常帶節流閥的緩沖裝置。當活塞移動到行程終點時，活塞上的緩沖柱塞與液壓缸端蓋上的柱塞孔配合間隙較小，無緩沖油液通過，使緩沖柱塞端的油液經端蓋小孔回油，而在小孔的通路上設置可調節的節流閥，以使活塞運動緩沖。如果調節不當或堵塞，也會產生液壓沖擊。類似的緩沖裝置在磨床上也常用。

3）電動換向閥換向沖擊 為了消除電動換向閥換向動作快而產生的換向沖擊，可改換成電液換向閥組，使換向時有過渡過程，以減小換向沖擊。

3 液壓系統中的“爬行”

“爬行”是液壓傳動中經常出現的不正常運動狀態。輕微地“爬行”使運動件產生目光不易覺察的振動，顯著的“爬行”使運動件產生大距離地跳動。“爬行”現象是很有害的，因此消除“爬行”現象對于改善液壓系統穩定性和提高機床加工精度是非常重要的。

3.1 驅動剛性差引起的“爬行”

故障分析：空氣進入油液中后，一部分溶于壓力油液中，其余部分就形成氣泡浮游在壓力油中。因為空氣有壓縮性，使液壓油產生明顯的彈性，造成驅動剛性差而引起 “爬行”。空氣混入液壓系統中的原因是：

1）在往復運動的零件之間，需要有一定的配合間隙，空氣易從這些間隙混入。

2）液壓管接頭松動或密封不嚴，空氣由此進入系統中。

3）液壓元件的精度差，密封件性能不良而造成各種泄漏。

4）吸油管設置不當而吸入空氣，或因被污物堵塞而形局部真空。

5）油箱中油液不足或吸油管插入深度不夠造成吸油時吸入空氣。

6）液壓系統中局部壓力低于空氣的分離壓力，使溶于油液中的空氣分離出來。

7）系統設計不合理，在機床停止工作時，液壓缸左、右腔互通并通回油路，油液在位能作用下流回油箱，在系統中形成局部真空，空氣從各個渠道進入系統。針對上述故障排除方法：

1）在制造和修配零件時，應嚴格達到公差要求，裝配保證配合間隙。

2）緊固各管道連接處，防止泄漏。

3）均勻緊固各接合面處的連接螺釘，密封墊應均勻，不允許用多層紙墊。

4）油箱中進出油管應保持一定的距離，也可增加隔板使之隔開。

5）清除附著于濾油器上的臟物，應采用容量足夠的濾油器。

6）油箱要保證足夠油液，使之不低于油標指示線。

7）為了保證系統中各部分能經常充滿油液應在泵出口處安裝單向閥，在回油路上設置背壓閥。

8）改進液壓系統，設法防止系統中出現局部真空，并設置必要的排氣塞或放氣閥。

3.2 液壓元件間隙大而引起的“爬行”

3.2.1 運動件低速運動引起的“爬行”

運動件低速運動時，一旦發生干摩擦，阻力增加。這時要求液壓泵提高壓力，但由于液壓泵間隙大而嚴重漏油，不能適應執行元件因阻力的變化而形成的壓力變化而產生“爬行”。此時應修復或更換液壓泵內的零件，保證裝配要求的間隙，以減少液壓泵的泄漏。

3.2.2 控制閥失靈引起的“爬行”

各種控制閥的阻尼孔及節流口被污物堵塞，閥芯移動不靈活等，使壓力波動大，造成推力或流量時大時小而產生 “爬行”。因此要經常保持油液清潔，定期清洗并更換，加強元件的維護保養，以防液壓油污染。

3.2.3 元件磨損引起的“爬行”

由于閥類零件磨損，使配合間隙增大，部分高壓油與低壓油互通，引起壓力不足。另外液壓缸活塞與缸體內孔配合間隙因磨損而增大，發生內泄漏，使液壓缸兩腔壓差減小，以致推力減小，致使在低速時因摩擦力的變化而產生 “爬行”。具體措施是認真檢驗配合間隙，研配或重做元件，保證配合間隙，并更換已損壞的封件。

3.3 孔摩擦阻力變化引起的“爬行”

3.3.1 潤滑油不良引起的“爬行”

潤滑不充分或潤滑油選用不當會引起“爬行”。因此應調節潤滑油的壓力與流量，油的流量應適當，否則會使運動件上浮而影響加工精 。

3.3.2 液壓缸出現故障引起的“爬行”

液壓缸中心線與導軌不平行，活塞桿局部或全長彎曲，缸筒內圓被拉毛刮 ，活塞與活塞桿不同軸，缸筒精度達不到技術要求，活塞兩端油封調整過緊等因素會引起“爬行”。采取措施是逐項檢驗液壓缸的精度及損傷情況，并進行修復或更新。液壓缸安裝精度應符合技術要求。

3.3.3 導軌引起的“爬行”

機床導軌精度達不到規定要求，局部金屬表面直接接觸，油膜破壞，出現干摩擦或半干摩擦。由于修刮或配磨，使金屬面接觸不良，油膜不易形成。這種情況常出現在新機床或刮研導軌的機床中。另外多導軌出現接頭不平，導軌油槽結構形式不合理，也易產生“爬行”。具體措施是重新修復導軌。在修刮導軌前，應校正機床安裝水平。若兩導軌面接觸不良，可在導軌接觸面上均勻地涂上一層薄薄的氧化鉻，手動對研，以減少刮研點所引阻力，對研后必須清洗干凈，并加上一層潤滑油。

3.3.4 導軌結構故障引起“"爬”

當導軌間隙的楔鐵或壓板調得太緊或彎曲，也易造成 “爬行”。應當重新調整，配刮，使運動件無阻滯現象。

4 液壓系統中的卡緊

液壓系統中產生液壓卡緊，一般是指當閥芯停止運動一段時間 (大約2～5min)后，產生很大阻力，致使閥芯重新移動十分困難。這種現象容易增加滑閥的磨損，降低元件的使用壽命，同時會使系統運行產生不良后果。

4.1 油液中極性分子的吸附作用

在產生液壓卡緊之后，由于油液中的極性分子的吸附作用，使液壓卡緊現象會在稍長的時間才會消失。

4.2 雜質楔入間隙引起的液壓卡緊

油液中雜質楔入間隙也會形成液壓卡緊。因此應在閥芯上開有環形平衡槽，又稱均壓槽，以減小徑向不平衡力。同時應嚴格控制閥芯與閥孔的制造精度，配合間隙要合理，過大會增加泄漏，過小則會在溫度過高時，閥芯會因熱膨脹卡死。另外要精密過濾油液，保證油液的潔凈度。

4.3 徑向力不平衡引起的液壓卡緊

液壓滑閥副幾何形狀誤差和同軸度變化引起徑向不平衡的液壓力，是產生液壓卡緊的主要原因。

5 液壓系統中的溫升

1）液壓系統設計不合理

液壓系統在工作過程中有大量壓力損失而使油溫過高，諸如液壓元件規格選用不合理；系統中存在多余的元件和回路；節流方式不當；系統在非工作過程中，無有效的卸荷措施，使大量的壓力油損耗而使油液發熱。因此可針對上述不合理設計，給予改進完善。

2）壓力損耗大使壓力能轉換為熱能最常見的是管路設計、安裝不合理，致使壓力損失加大管路保養清洗不及時所造成。應在調試、維護時給予改善。

3）容積損耗大而引起的油液發熱

應在液壓泵、各連接處、配合間隙等處，防止內外泄漏、減少容積損耗。

4）機械損耗大而引起的油液發熱

機械損耗經常是由于液壓元件的加工精度和裝配質量不良，安裝精度差、密封件安裝不當而造成的。特別是密封件松緊調整要合理，使得密封裝置密封性能良好，主要從改進密封結構，并按規定的壓縮量調整，以減少摩擦阻力。

5）壓力調整過高而引起的

不能在不良的工況下，采用提高系統壓力來保證正常工作。這樣會增加能量損耗，使油液發熱。

[1]武蘊馥,等.淺談機床液壓系統的常見故障及檢查方法.機床與液壓.2006.

[2]余之泳.機床液壓及潤滑設備維修手冊.機械工業出版社,1998.

[3]龔明.機床液壓工作臺爬行故障分析與對策.機械工人(冷加工).2000.