實驗機液壓平衡回路的故障診斷

郭 俠，沈娣麗

(中州大學工程技術學院，鄭州450044)

1.引言

借助液壓實驗機進行的液壓平衡回路實驗是液壓與氣壓傳動課程中一個重要的實踐性環節，其目的是讓實驗者掌握垂直運動的液壓設備的平衡、穩定和安全性能，提高綜合運用液壓傳動基本原理分析和解決工程問題的能力。但在進行液壓平衡回路的連接實驗中，會發生液壓缸停止上下運動的故障。液壓系統是一個復雜的機電液綜合系統，它由多個子系統和若干元器件組成，一個元件的損壞失效就會造成整個系統的故障，故障診斷和排除的難度較大。故障樹分析法是加快故障診斷速度，找出問題癥結的有效方法，把液壓缸不動作這一故障狀態作為分析的目標，然后找出導致這一故障的各個因素，逐項排除，最終達到解除故障的目的。

2.液壓平衡回路及癥狀

液壓平衡回路是液壓缸垂直安裝時，為了防止立式液壓缸及工作部件因自身重力而自行下落，或在活塞下行運動中速度超過液壓泵供油所能達到的速度使工作腔形成真空，在回油路上設置產生一定背壓的液壓元件以阻止活塞快速下落。這種液壓回路廣泛應用于起重機械、工程機械及一些具有垂直運動部件的場合。在液壓實驗中，實驗者自擬實驗方案，用自控式單向順序閥(平衡閥)組成一種平衡回路，其原理如圖1所示。通過此實驗達到了解平衡回路的組成和性能，加深理解順序閥的工作原理和在系統中的應用。

實驗步驟大致如下:①按照原理圖1將需用的液壓元件在工作臺框架上(如圖2所示)進行布置，油缸掛在框架的右側面，用M12的螺釘固定并裝上掛勾和重塊。②用通徑為φ8和φ6的膠管按原理圖分別連接各元件的主油路和控制油路。③液壓泵為YBX-16變量泵，換向閥采用三位四通O型中位機能的電磁換向閥。當換向閥左位接通時，液壓缸上腔進油，下腔回油，液壓缸下行，流量由調速閥調節。這時液壓缸要滿足公式

p1、A1分別為上腔壓力和面積，p2、A2分別為下腔壓力和面積，W為下行部分的重量。

當換向閥右位接通時，液壓缸上行;換向閥處于中位時，液壓缸的活塞和工作部件就能被平衡閥鎖住防止因重力而下滑。在一次平衡回路實驗中，實驗者把上述電路和油路分別連接完成。啟動泵后，液壓缸運動到中間部位時便停止運動，換向閥無論怎么換位，缸始終紋絲不動，液壓系統故障發生了。

3.液壓回路癥狀診斷

液壓系統的故障具有突發性、隱蔽性和復雜性，難以直接查出故障的具體位置，又不能盲目搜尋，只能逐步深入地查出故障點。以下從幾種液壓元件各自可能存在的故障原因進行分析。

3.1 診斷液壓泵

液壓泵是動力元件，它向液壓系統提供壓力和流量，把機械能轉變為壓力能。它可能存在的故障有:①泵的轉速不夠，泵出油液流量不足。②吸油管或過濾處堵塞而吸不上油。③軸向或徑向間隙過大而使吸油腔和壓油腔相連使油壓上不去。④連接處泄漏或混有大量的空氣而使吸油不足。

3.2 診斷溢流閥

溢流閥是通過閥口的溢流，使被控制系統的壓力維持恒定，實現穩壓、調壓和限壓作用。從無壓力癥狀上看，可能是液壓油從溢流閥全部溢走而未進入工作油路，其原因有:①溢流閥的彈簧折斷。②閥體或閥芯嚴重變形造成接觸不良而使間隙過大。

3.3 診斷調速閥

調速閥是由定差減壓閥和節流閥串聯而成的組合閥，它通過改變閥口的過流面積來調節輸出流量，從而控制執行元件的速度。上面若無油液通過，可能是此閥堵塞而致，造成堵塞的原因有:①減壓閥的彈簧疲勞折斷失效而卡阻。②油液的污染致使油口雜質堆積和粘附在減壓閥或節流閥的口邊或閥芯。

3.4 診斷三位四通電磁換向閥

此閥故障的原因可能有以下幾種情況:①電氣線路故障。可能由于電磁鐵1ZT或2ZT的線圈燒壞;電磁鐵的推力不夠;連接電磁鐵的電氣線路出現故障。②換向閥芯卡死。實驗臺在長期的使用中，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換向閥芯堵塞。原因可能是油液中的污染顆粒積聚;或是油液氧化而生成的膠狀物引起。這些原因都可能造成此換向閥無法進行換位而一直處于中間堵截的位置，造成油液無法通過而斷流。

3.5 診斷平衡閥

無油液通過可能是平衡閥中:①彈簧疲勞折斷失效而卡阻。②閥體孔變形，使滑閥在閥體內咬住或滑閥配合面有毛刺等。

3.6 診斷液壓缸

缸不運動可能由于:①內部泄漏嚴重。②活塞桿或缸體變形而造成卡阻。③負載過大。④進油口堵塞。

基于上述分析，液壓缸不動的各種原因，可用故障樹圖更清楚地表達出來(圖3所示)。

4.液壓回路故障排除

在對造成故障的各個原因進行詳盡列舉的基礎上，對這些可能出現故障的地方進行自下而上檢查分析。

4.1 排除液壓泵和溢流閥

首先觀察壓力表P1，排除液壓泵和溢流閥的故障。經初步檢查，接在泵出口處的測壓點1處壓力表P1的讀數為溢流閥的調定值，并隨溢流閥的調節而變化。用密封性不好的管接頭進行管道連接時，打開液壓泵后有大量的液壓油噴出，說明液壓泵YBX-16和溢流閥Y1—25B在起作用，不需要再進行詳細的原因分析就可以排除不是它們的原因。

4.2 排除其余元件

通過觀察壓力表P2和P3，顯示其余四元件可能存在的故障。經進一步觀察壓力表P2和P3，其讀數顯示均為零。把完好的壓力表P1分別接在P2和P3位置，并去掉了壓力表前面的二位二通閥，也未顯示壓力。這說明上油路部分沒有液壓油通過，需要對它們進行詳細的故障分析，并一一排除。

(1)排除調速閥。為了判斷是否為調速閥的問題，在調速閥和三位四通換向閥之間加一個三通接頭，接入一個壓力表。然后再打開液壓泵，此時可以看到壓力表讀數為溢流閥的調定壓力，說明調速閥沒有出現故障。

(2)排除換向閥。

從故障樹圖中影響換向閥工作的三方面去查找原因。

①根據相關知識和經驗，液壓系統發生故障的因素約70%-80%是由于液壓油的污染造成的。油液的污染可以造成換向閥的閥口堵塞或閥芯的卡死而使換向閥不能換位，此閥一直處在中位狀態而沒有換位響應，所以在分析故障時首先應考慮液壓油的污染問題。一些液壓實驗機所使用的液壓油的牌號多為L-HL32普通液壓油，如果長期未重新過濾或更換液壓油，油液在使用過程中可能會逐漸老化變質，改變了液壓油原有的性質，且實驗者在實驗中泄漏到實驗臺面上的液壓油往往是直接收集返回到油箱。油液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，可能使很多的固體顆粒、灰塵及布織纖維落入油箱，造成液壓油的污染，成為縮短液壓裝置運行壽命或引發事故的原因。在沒有條件采用定量化驗的手段檢測的情況下，故障排除只能用簡易的感觀診斷法去定性分析，即按油液的顏色、氣味、透明或渾濁度、有無沉淀物等。

如果觀察發現油液已不甚透明，顏色變為暗棕色，但沒有臭味，也無膠狀物和絮狀物，那么先用一種簡單的方法進行初步判別:取數滴液壓油放在手上，用手指捻一下油液，察看是否有固體顆粒，或是在太陽光下觀察是否有微小的閃光點。查看發現有較多的固體顆粒或閃光點，則說明有較多的固體或金屬污染顆粒，需要過濾或更換。為進一步確認，需要對油液做測污試驗——濾紙試驗法:把一滴油滴到一片240目的濾紙上，濾紙吸干紙上的油液后，理論上一般應會出現如圖4所示的四種情況。若如圖(a)和(b)所示，則液壓油仍可正常使用，不需更換;若如圖(c)和(d)所示，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。這次試驗的結果如圖(c)所示，需要打開油箱，放掉污染油，清洗、更換新的液壓油液。

②閥體、閥芯變形和彈簧折斷問題。把34E-10B三位四通電磁換向閥從實驗機面板上拆下打開，檢查內部是否存在閥體、閥芯變形和彈簧折斷等情況，測量這部分是否存在問題。

③電器元件問題。首先檢查小插頭處和側板的電路連接接觸情況是否完好，有無異常;接著檢查電磁鐵的線圈有沒有燒壞;最后打開電氣矩陣板后面的電器柜檢查內部電路。藉此排查是否因電氣線路出現老化、接觸點斷開而造成故障。經對電氣線路進行更換和點焊接點，排除了電器線路方面的故障。在采取了以上措施后，重新接入三位四通換向閥進行實驗，此時液壓缸能夠正常運行，實驗機的故障也就得以排除。

5.結論

液壓系統的損壞與失效，往往發生在裝置的深層內部，具有不確定性、模糊性和隱蔽性等特點，且液壓故障往往是一個癥狀對應一個系列故障原因。由于液壓元件不便拆裝，現場檢測條件又有限，難以直接觀察到故障的原因。所以以故障樹為工具，對每一個故障原因進行詳細的總結和分類，將故障原因化整為零，深入地去追究引起故障的不同原因，透徹了解系統，找出系統薄弱環節，最終找到故障所在，使問題得以解決。

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