某型裝備液壓調平支腿動作緩慢故障分析與預防

劉永勝 王輝 馬振善 王瑋/軍藍科技集團總公司

1 故障現象

某型裝備調平液壓系統的主要任務是完成方艙調平，使方艙與載車脫離，不受底盤振動環境的影響，為探測跟蹤機構提供穩定的工作平臺。工廠在液壓系統的調平調試中，發現其左后支腿有明顯動作緩慢故障，經過多次系統排氣和動作檢查，沒有明顯改善。技術人員通過深入排查，最終發現雙向液壓鎖鎖芯出現磨損，通過更換液壓鎖使故障得以排除。

2 工作原理

調平液壓系統主要采取四點支撐的調平方案。調平過程中，調平支腿采用“一定三動”的原則，由快到慢調平。方艙的初始狀態，由檢測元件水平傳感器測出艙體的縱傾角和橫傾角，并輸出與其值成正比的電信號，經電控軟件處理后，確定最佳支腿與其他三腿的高度差值，繼而控制比例調速閥的開度，分別控制三腿伸出的運動，直到消除差值，實現調平。整個過程由液壓系統和電氣控制系統合作完成。

2.1 液壓系統的組成和工作原理

液壓系統由油箱、壓力表、電磁溢流閥、單向閥、液壓泵、吸油過濾器、回油過濾器、液位液溫計、液壓鎖、空氣濾清器、板簧閉鎖油缸、整流塊、電磁比例流量閥、支腿油缸等組成。當液壓泵從泵中吸出液壓油，執行油路不工作時，油路從溢流閥溢流，系統處于設定壓力狀態。當執行油路工作時，油路分出兩路到換向閥，一路到板簧油缸的電磁換向閥，通過YV4 或YV3 對板簧油缸進行上鎖或解鎖，利用雙向液壓鎖的功能，保證板簧油缸在工作位置狀態的穩定；另一路到4 條支腿油缸的電磁換向閥，通過YV1 或YV2 的換向功能，實現支腿油缸的伸出或收回，利用整流塊的功能保證支腿在伸出或收回的過程中線性動作的平穩。支腿油缸的電磁比例調速閥用于控制支腿在工作中的運動速度。液壓鎖是保持支腿油缸在停止狀態穩定不回縮。圖1 為調平液壓原理圖。

圖1 調平裝置液壓工作原理

2.2 電氣系統的組成和控制原理

電氣系統由直流接觸器、斷路器、熔斷器、開關電源、熱繼電器、可編程控制器（PLC）、比例放大板、檢測元件、點動控制盒等組成。檢測元件用于適時檢測調平液壓系統的狀態，并將檢測信號反饋到PLC 控制系統，CPU 對檢測信號進行處理后控制執行機構執行相應的動作，檢測液壓控制系統是否調平的元件由水平傳感器、壓力變送器和接近開關組成，水平傳感器是整個調平控制系統的基準，將方艙的水平度狀態以電信號的形式反饋給PLC，使控制系統能夠精確控制調平精度，從而達到系統精度要求。壓力變送器是將液壓支腿油缸內的液體壓力成正比轉換成電信號輸入到PLC 的模擬輸入模塊，使控制系統精確控制液壓支腿的狀態。接近開關用來控制方艙與載車底盤的脫離距離，避免方艙在調平過程中與載車底盤接觸從而影響調平。控制系統對執行元件的繼電器、接觸器、電磁溢流閥、電磁換向閥、比例調速閥進行控制；接觸器用于控制電機；電磁溢流閥用于接通溢流閥使液壓系統建立壓力；電磁換向閥用于接通電磁鐵改變系統的液壓油流向；電磁比例調速閥用于控制調平支腿調速閥的開口度，從而控制支腿油缸的伸縮速度。圖2 為調平電氣控制原理圖。

根據調平液壓系統組成及工作原理，在調平過程中，液壓支腿動作緩慢主要有以下原因：吸油不足故障、電磁溢流閥故障、電磁換向閥故障、整流塊故障、比例調速閥故障、雙向液壓鎖故障、支腿油缸故障等，繪制如圖3 所示的故障樹，并逐一進行分析排查。

3 故障分析

1）吸油不足故障檢查

吸油不足將導致過濾器堵塞、液壓泵轉速不正常以及油箱油面過低，主要表現為油缸不能升降或升降緩慢，在升降過程中液壓系統壓力不穩定或產生噪聲，油箱容易出現起泡等。

觀察油箱液位計中油液的位置，油液在中線以上，符合要求；檢查液壓泵轉動聲響，無特別異響噪聲，液壓泵正常運行；拆卸檢查液壓過濾器，清洗吹干，沒有發現明顯的油液殘渣問題。因此，排除吸油不足故障。

2）電磁溢流閥故障檢查

電磁溢流閥（見圖4）由先導式溢流閥和一個兩位兩通電磁閥組成。當兩位兩通電磁閥未接通時，液壓閥處于常閉狀態，系統在低壓狀態工作；當兩位兩通電磁閥得電后，閥芯處于常開狀態，系統溢流閥工作，利用彈簧的壓力來調節、控制液壓油壓力。當液壓油的壓力小于工作需要壓力時，閥芯被彈簧壓在液壓油的流入口，液壓油壓力越大，閥芯彈簧被液壓油頂起越高。支腿變慢問題的一種可能是溢流閥系統壓力不足，無法推動油缸執行動作，主要的原因是兩位兩通電磁閥線圈沒有得電，液壓閥一直處于常閉接通狀態，系統處于低壓運行狀態；另一種可能是溢流閥彈簧失效，系統沒有足夠的壓力導致油缸執行動作緩慢。

啟動液壓泵，檢查電磁溢流閥，觀察壓力表，系統工作壓力正常，指針壓力穩定，可以確定兩位兩通閥的電磁鐵吸合，液壓閥處于常開狀態，溢流閥處于溢流工作中。電磁閥線圈、彈簧工作正常。因此，排除電磁溢流閥故障。

3）電磁換向閥故障檢查

電磁換向閥上電時，利用電磁鐵的電磁效應使內部銜鐵吸合改變閥芯位置而使工作油路工作，失電后彈簧復位，使閥芯回到初始位置。電磁換向閥的結構如圖5 所示。調平支腿動作緩慢有可能是電磁換向閥的閥芯出現了卡滯。

對電磁換向閥進行拆卸清洗，檢查結果是換向閥無磨損卡滯問題。因此，排除電磁換向閥故障。

4）整流塊故障檢查

整流塊利用單向閥整流橋的形式，將液壓系統中出現的紊流油液線性輸出到調平油缸中，保證液壓缸在運動中的平穩（見圖6）。調平支腿動作緩慢有可能是整流塊堵塞卡滯問題。

將左后支腿的整流塊與左前支腿進行對調，發現左后支腿仍然緩慢伸出和收回，左前支腿伸出和收回動作并無明顯變化，說明閥芯沒有堵塞卡滯。因此，排除整流塊故障。

5）比例調速閥故障檢查

比例調速閥是帶壓力和溫度補償的二通式比例流量閥，通常用于液壓回路流量控制或執行機構的速度控制，可連續調節并與電磁鐵的輸入成正比，也可以直接采用電流源控制，或用配套的電子控制單元進行控制，從而充分發揮其性能。比例電磁鐵輸出力作用在節流閥芯上，與彈簧力、液動力、摩擦力相平衡，用一定的控制電流，對應一定的節流開度，通過改變輸入電流的大小，即可改變通過調速閥的流量，其結構如圖7 所示。該閥用于控制調平支腿的伸出或收回速度，調平支腿變慢有可能是調速閥閥芯堵塞或輸入電流信號過小。

將左前和左后的比例調速閥插頭進行對調，觀察左后調平支腿動作慢的問題并沒有改善，對4 條支腿的比例閥放大器板的輸出電壓進行測量，發現輸出電壓均為DC 15V 左右，認為輸出的電信號并無過小，閥芯開口度與其他油缸上的比例調速閥基本一致。因此，排除比例調速閥故障。

圖3 左后液壓支腿動作緩慢故障分析圖

圖4 電磁溢流閥結構圖

圖5 電磁換向閥結構圖

圖6 整流塊原理圖

6）雙向液壓鎖故障檢查

雙向液壓鎖具有良好的單向密封性能，常用于執行元件需要較長時間保壓、鎖緊等情況，也用于防止立式液壓缸停止時自動下滑及速度換接回路中。雙向液壓鎖結構如圖8 所示。無進油時，彈簧復位，閥芯鎖緊，執行件（油缸）雙向閉鎖，使執行件狀態穩定、無動作。進油時支腿油缸動作緩慢，可能是液壓鎖閥套磨損、滑閥卡滯或鎖芯卡滯等問題造成回油流動不暢所致。

檢查進油過程，發現回油流動不暢，不能排除液壓鎖閥套磨損、滑閥卡滯或鎖芯卡滯的可能，需要進一步分解檢查。

7）支腿油缸故障檢查

支腿油缸為執行機構，若油缸密封圈損壞或油缸劃傷，油缸進油腔與回油腔串油出現內泄漏，使油缸沒有壓差，將造成油缸執行動作變慢。

對左后調平支腿進行分解檢查，油缸密封件沒有發現損傷情況，油缸缸壁沒有劃傷，液壓性能測試表明其性能狀態符合要求。因此，排除支腿油缸故障。

4 雙向液壓鎖機理分析及故障定位

液壓鎖左側進油，頂開左側閥芯，同時中間滑閥向右移動，使右側油路打開，使執行件（油缸）形成回路（見圖9）；液壓鎖右側進油，頂開右側閥芯，同時中間滑閥向左移動，使左側油路打開，使執行件（油缸）形成回路（見圖10）。

根據上述分析，對雙向液壓鎖進行分解檢查，最終發現左側液壓鎖的鎖芯出現磨損（見圖11）。更換液壓鎖芯后進行系統的調平功能檢查，左后支腿變慢現象不再出現。

5 后續改進措施

圖7 比例調速閥結構圖

圖8 雙向液壓鎖結構圖

圖9 液壓鎖左側進油工作示意圖

圖10 液壓鎖右側進油工作示意圖

圖11 液壓鎖鎖芯磨損示意圖

由于工廠是第一次修理調平液壓裝置，經驗不足，缺少相應的技術資料，故障修理及調試能力有所欠缺。此次維修后，工廠對現行的工藝進行了補充完善，可為今后類似的維修工作提供指導和幫助。同時也意識到，要想提升維修能力，一是需要與生產單位溝通協調，加強學習、及時總結，掌握關鍵技術；二是對工作中出現的故障要善于多角度分析，邀請相應技術人員共同參與解決電氣類和機械類組合件的故障分析。