目 录
第一章 液压传动基本知识 1
一、液压传动的工作原理 1
二、液压传动工作特性 2
三、液压传动系统的组成 2
四、液压传动系统的图形符号 3
第二章 常用液压元件 3
一、液压泵 3
二、液压缸 6
三、液压马达 8
五、液压辅助元件 13
第三章 液压系统的使用维护与管理 15
一、液压系统的安装与试压 15
二、液压系统的正确使用 15
三、液压系统的维护 16
四、液压系统的点检管理 18
五、运行中期液压设备的管理要点 19
六、常用液压元件的维护与修理 20
第四章 工作介质的使用和管理 25
一、工作介质的种类 25
二、对工作介质的基本要求 26
三、液压油液的基本性质 26
四、工作介质的选用 27
五、工作介质的储存保管 29
六、液压系统的换油方式 29
七、工作介质的取用 29
八、工作介质变质的原因 30
九、工作介质变质的控制 31
十、工作介质的合理使用 31
第五章 液压系统的泄漏与密封 32
一、液压系统的泄漏 32
二、液压系统的密封 34
第六章 液压系统的污染控制 38
一、液压系统污染的原因 38
二、液压系统污染的类型及危害 38
三、液压系统污染的控制 40
四、工作介质的污染度测定 41
第七章 液压系统故障诊断 42
一、液压系统故障的概念 42
二、液压系统故障分类 42
三、液压系统故障的特点 43
四、液压系统故障对设备及其工作的影响 45
五、液压系统故障诊断的工作内容 45
六、液压系统常见故障现象及其原因 45
七、液压系统故障排除的步骤 47
八、液压系统故障诊断的层次和方法 50
九、液压系统常见故障分析 53
十、现代液压故障诊断的技术途径 58
第一章 液压传动基本知识
一、液压传动的工作原理
一部机器通常是由三部分组成,即原动机—传动机—工作机。原动机的作用是把各种形式的能量转变为机械能,是机器的动力源;工作机是利用机械能对外做功;传动装置设在原动机和工作机之间,起传递动力和进行控制的作用。传动的类型有多种,按照传动所采用的机件或工作介质的不同可以分为:机械传动、电力传动、气压传动和液体传动。
用液体作为工作介质进行能量传递和控制的传动方式,称为液体传动。按其工作原理不同,又可分为液压传动和液力传动两种。前者主要利用液体的压力能来传递动力;后者主要利用液体的动能传递动力。
液压传动是以液体为工作介质,利用密封容积内液体的静压能来传递动力和能量的一种传动方式。以如图所示的液压千斤顶为例可以说明液压传动的工作原理。液压千斤顶在工作过程中进行了两次能量转换。小液压缸将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出,称为动力元件;大液压缸将油液的压力能转换为机械能输出,顶起重物,称为执行元件。在这里大、小液压缸及单向阀和油管等组成了最简单的液压传动系统,实现了运动和动力的传递。
及单向阀和油管等组成了最简单的液压传动系统,实现了运动和动力的传递。
液压千斤顶工作原理示意图
1—杠杆手柄 2—小缸体 3—小活塞
4—单向阀 5—吸油管 6—排油管 7—单向阀
8—大活塞 9—大缸体 10—管道 11—截止阀 12—油箱
二、液压传动工作特性
1、液压传动中的液体压力的大小取决于负载。即压力只随负载的变化而变化,与流量无关。
2、执行机构的运动速度的大小取决于输入的流量而与压力无关。
三、液压传动系统的组成
无论液压设备规模大小、系统复杂与否,任何一个液压系统都是由以下几部分组成的:
液压系统组成示意图
从以上液压系统的组成部分可以看出,在液压传动中有两次能量转换过程,即液压泵将机械能转换为液压能;而液压缸或液压马达又将液压能转换为机械能。
1、动力元件
动力元件主要是各种液压泵。它把机械能转变为液压能,向液压系统提供压力油液,是液压系统的能源装置。
2、执行元件
执行元件其作用是把液压能转变为机械能,输出到工作机构进行做功。执行元件包括液压缸和液压马达,液压缸是一种实现直线运动的液动机,它输出力和速度;液压马达是实现旋转运动的液动机,它输出力矩和转速。
3、控制元件
控制元件是液压系统中的各种控制阀。其中有:改变液流方向的方向控制阀、调节运动速度的流量控制阀和调节压力的压力控制阀三大类。这些阀在液压系统中占有很重要的地位,系统的各种功能都是借助于这些阀而获得的。
4、辅助元件
为保证系统正常工作所需的上述三类元件以外的其他元件或装置,在系统中起到输送、储存、加热、冷却、过滤及测量等作用。包括油箱、管件、蓄能器、过滤器、热交换器以及各种控制仪表等。虽然称之为辅助元件,但在系统中却是必不可少的。
5、工作介质
工作介质主要包括各种液压油、乳化液和合成液压液。液压系统利用工作介质进行能量和信号的传递。
四、液压传动系统的图形符号
按GB/T 786.1—93绘制
第二章 常用液压元件
一、液压泵
液压泵是液压系统中的能量转换元件,它将原动机的机械能转换成工作液体的压力能。在液压系统中,液压泵作为动力源,提供液压传动系统所需要的流量和压力。
1、液压泵的基本工作原理
液压泵是通过密封容积的变化来完成吸油和压油的,其输出流量的大小取决于密封容积的变化量,故称其为容积式液压泵。
容积式液压泵基本工作原理是:
(1)必须能形成密封的工作空间,其容积能做周期性变化。
(2)必须有与容积变化相协调的配流方式。
2、液压泵的类型
液压泵按其结构形式不同可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等类型。按输出流量能否变化可分为定量泵和变量泵。按液压泵的输油方向能否改变可分为单向泵和双向泵。
3、外啮合齿轮泵
外啮合齿轮泵的壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。当齿轮旋转时,吸油腔由于相互啮合的轮齿逐渐脱开,密封工作容积逐渐增大,形成部分真空,因此油箱中的油液在外界大气压力的作用下,经吸油管进入吸油腔,将齿间槽充满,并随着齿轮旋转,把油液带到压油腔内。在压油区一侧,由于轮齿在这里逐渐进入啮合,密封工作腔容积不断减小,油液便被挤出去,从压油腔输送到压力管路中去。在齿轮泵的工作过程中,只要两齿轮的旋转方向不变,其吸、排油腔的位置也就确定不变的。这里啮合点处的齿面接触线一直起着分隔离高、低压腔的作用,因此在齿轮泵中不需要设置专门的配流机构。
外啮合齿轮泵的泄漏,困油和径向液压力不平衡是影响齿轮泵性能指标和寿命的三大问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
。
①泄漏
齿轮泵存在着三个可能产生泄漏的部位:齿轮端面和端盖间;齿轮外圆和壳体内孔间以及两个齿轮的齿面啮合处。其中对泄漏影响最大的是齿轮端面和端盖间的轴向间隙,通过轴向间隙的泄漏量可占总泄漏量的75~80%,因为这里泄漏途径短,泄漏面积大。轴向间隙过大,泄漏量多,会使容积效率降低;但间隙过小,齿轮端面和端盖之间的机械摩擦损失增加,会使泵的机械效率降低。因此设计和制造时必须严格控制泵的轴向间隙。
②困油
齿轮泵要平稳工作,齿轮啮合的重叠系数必须大于1,也就是说要求在一对轮齿即将脱开啮合前,后面的一对轮齿就要开始啮合,在这一小段时间内,同时啮合的就有两对轮齿,这时留在齿间的油液就困在两对轮齿和前后泵盖所形成的一个密闭空间中,当齿轮继续旋转时,这个空间的容积逐渐减小,由于油液的可压缩性很小,当封闭空间的容积减小时,被困的油液受挤压,压力急剧上升,油液从零件接合面的缝隙中强行挤出,使齿轮和轴承受到很大的径向力;当齿轮继续旋转,这个封闭容积又逐渐增大,而容积增大又会造成局部真空,使油液中溶解的气体分离,产生气穴现象,这些都将使齿轮泵产生强烈的噪声,这就是齿轮泵的困油现象。
消除困油的方法,通常是在齿轮泵的两侧端盖上铣两条卸荷槽。
③径向不平衡力
在齿轮泵中,作用在齿轮外圆上的压力是不相等的,在高压腔和吸油腔处齿轮外圆和齿廓表面承受着工作压力和吸油腔压力,在齿轮和壳体内孔的径向间隙中,可以认为压力由高压腔压力逐渐分级下降到吸油腔压力,这些液体压力综合作用的结果,相当于给齿轮一个径向的作用力(即不平衡力)使齿轮和轴承受载。工作压力越大。径向不平衡力也越大。径向不平衡力很大时能使轴弯曲,齿顶与壳体产生接触,同时加速轴承的磨损,降低轴承寿命。为了减小径向不平衡力的影响,有的泵上采取了缩小压油口的办法,使压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内,同时适当增大径向间隙,使齿轮在压力作用下,齿顶不能和壳体相接触。
齿轮泵是定量泵,排量不可改变;齿轮泵一般应用于中、低压系统。
4、叶片泵
根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、排油液次数的不同,叶片泵分为两类,即完成一次吸、排油液的单作用叶片泵和完成两次吸、排油液的双作用叶片泵,单作用叶片泵多为变量泵。
①单作用叶片泵的工作原理
在定子、转子、叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作空间,当转子回转时,吸油区叶片逐渐伸出,叶片间的工作空间逐渐增大,从吸油口吸油;在排油区,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,工作空间逐渐缩小,将油液从压油口压出,实现排油。转子每转一周,每个工作空间完成一次吸油和压油,因此称为单作用叶片泵。转子不停地旋转,泵就不断地吸油和排油。
②双作用叶片泵的工作原理
双作用叶片泵也是由定子、转子、叶片和配油盘等组成,转子和定子中心重合,定子内表面由两段长半径、两段短半径和四段过渡曲线所组成。当转子转动时,叶片在离心力和(建压后)根部压力油的作用下,在转子槽内作径向移动而压向定子内表面,由叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘间就形成若干个密封空间,当转子旋转时,处在小圆弧上的密封空间经过渡曲线而运动到大圆弧的过程中,叶片外伸,密封空间的容积增大,要吸入油液;再从大圆弧经过渡曲线运动到小圆弧的过程中,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,密封空间容积变小,将油液从压油口压出,因而,当转子每转一周,每个工作空间要完成两次吸油和压油,所以称之为双作用叶片泵,这种叶片泵由于有两个吸油腔和两个压油腔,并且各自的中心夹角是对称的,所以作用在转子上的油液压力相互平衡,因此双作用叶片泵又称为卸荷式叶片泵,为了要使径向力完全平衡,密封空间数(即叶片数)应当是双数。
5、双级叶片泵和双联叶片泵
双级叶片泵是由两个普通压力的单级叶片泵装在一个泵体内在油路上串接而成的;双联叶片泵是由两个单级叶片泵装在一个泵体内在油路上并联组成。两个单级叶片泵的转子由同一传动轴带动旋转。
6、柱塞泵
柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵,按柱塞的排列和运动方向不同,可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。
①径向柱塞泵
径向柱塞泵有轴配流式和阀配流式两种形式。
径向柱塞泵的柱塞径向排列安装在缸体(转子)中,阀配流式径向柱塞泵一般由偏心轴驱动,轴配流式径向柱塞泵的定子和转子之间有偏心距e,当转子回转一周时,每个柱塞底部的密封容积完成一次吸压油,转子连续运转,即完成吸压油工作。
②轴向柱塞泵
轴向柱塞泵有两种形式,直轴式(斜盘式)和斜轴式(摆缸式)。
直轴式轴向柱塞泵主要由缸体、配油盘、柱塞和斜盘等组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。传动轴与缸体轴线重合,斜盘与缸体轴线倾斜—角度γ,柱塞靠机械装置或低压油作用下压紧在斜盘上,配油盘和斜盘固定不转,当原动机通过传动轴使缸体转动时,由于斜盘的作用,迫使柱塞在缸体内作往复运动,并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。缸体每转一周,每个柱塞各完成吸、压油一次,如改变斜盘倾角γ,就能改变柱塞行程的长度,即改变液压泵的排量,改变斜盘倾角方向,就能改变吸油和压油的方向,即成为双向变量泵。
斜轴式轴向柱塞泵的缸体轴线相对传动轴轴线成一倾斜角γ,传动轴端部用万向铰链、连杆与缸体中的每个柱塞相联结,当传动轴转动时,通过万向铰链、连杆使柱塞和缸体一起转动,并迫使柱塞在缸体中作往复运动,借助配油盘进行吸油和压油。
二、液压缸
液压缸是液压系统中的一种执行元件,其作用是将油液的压力能转换成机械能,输出的是力和速度。
按结构特点不同,可将液压缸分为活塞缸、柱塞缸、伸缩缸和摆动缸等类型。按作用方式来分,液压缸有单作用式和双作用式两种。单作用式液压缸中的液压力只能使活塞(或柱塞)单方向运动,反方向运动必须依靠外力(重力或弹簧力)实现。双作用式液压缸可由液压力实现两个方向的运动。
1、液压缸的类型、图形符号和工作特点
液压缸的类型、图形符号和特点
名 称
原 理 图
符 号
说 明
液
压
缸
单
作
用
液
压
缸
活塞缸
活塞仅单向运动,由外力使活塞反向运动
柱塞缸
同上
伸缩式缸
有多个互相联动的缸,由外力使活塞返回
双
作
用
液
压
缸
单
活
塞
普 通
单杆缸
活塞双向运动,活塞在行程终了时不减速
不可调缓冲式缸
活塞在行程终了时减速制动,减速值不变
可调缓冲式缸
同上,但减速值可调
杆
差动缸
活塞两端的面积差较大,使缸往复的作用力和速度差较大
双活塞杆
等行程等速缸
活塞往复运动速度和行程均相等
双速缸
两个活塞同时向相反方向运动
伸缩式缸
有多个互相联动的缸,活塞可双向运动
2、液压缸的差动连接
单杆活塞液压缸,由于无杆腔的有效工作面积大于有杆腔的有效工作面积,故当缸两腔同时接通压力油管时,活塞(或缸体)仍能移动,这种连接方式称为差动连接。
差动连接时,有效工作面积相当于活塞杆截面积,适用与轻载快速场合。
3、伸缩式液压缸
伸缩式液压缸又叫多级缸。它有单作用和双作用两种形式。伸缩式液压缸由两个或多个活塞套装而成,前级活塞缸的活塞是后级活塞缸的缸筒。这种液压缸在各级活塞依次伸出时可得到很大行程,但缩入后轴向尺寸很小。
4、液压缸的组成
①缸体组件
缸体组件由液压缸缸筒与端盖组成,缸筒与端盖有多种联接形式。
②活塞组件
活塞组件由活塞与活塞杆构成,活塞和活塞杆除常用的螺纹联接外,也可采用“非螺纹式”联接。
③密封装置
在活塞和活塞杆的运动部分、端盖和缸筒间的静止部分等处都需要设置可靠的密封。密封是提高系统性能与效率的有效措施。
④缓冲装置
大型、高速及高精度的液压缸应设有缓冲装置,常见的液压缸缓冲装置有环状间隙式、节流口可调式和节流口可变式等几种。
⑤排气装置
液压缸中存在空气将使其运动不平稳,当压力增大时会产生绝热压缩而造成局部高温,因此应在液压缸的最高部位上设置排气装置。
排气装置通常有珠形阀式排气阀和锥形阀式排气阀两种形式。
三、液压马达
液压马达和液压泵同样是能量能换装置,它是液压系统中的执行元件。液压泵是在原动机驱动下旋转,输入转距和转速即机械能,输出一定流量的压力油即液压能,液压马达则相反,是在一定流量的压力油推动下旋转,而输出转距和转速,即将液压能转换成机械能。
1、液压泵和液压马达结构上的差异
从原理上讲,液压泵和液压马达可互换使用,这叫做液压泵和液压马达的可逆性。但事实上,由于使用目的不一样,对结构的要求有某些差异。例如:
①液压泵的吸油腔压力一般为局部真空,为改善吸油性能和增加抗气蚀能力,通常把吸油口做得比排油口大,而液压马达的排油腔压力高于大气压力,所以没有上述要求。
②液压马达需要正、反转,所以内部结构上应具有对称性,而液压泵一般是单方向旋转,可不考虑上述要求。如叶片马达的叶片只能径向布置,而不能象叶片泵那样叶片前倾或后倾。轴向柱塞马达的配油盘要采用对称结构等。
③液压马达由于其转速范围要求很宽,在确定轴承结构形式及其润滑方式时,要保证其能正常工作,当液压马达转速很低时要选用滚动轴承或静压轴承,否则不易形成润滑油膜,而液压泵的转速高且变化小,故没有这个要求。
④液压马达的最低稳定转速要低,而液压泵的转速变化很小。
⑤要求液压马达有较大的起动扭矩,以便于从静止状态带负荷起动,而液压泵无此要求。
⑥液压泵在结构上必须保证有自吸能力,而液压马达没有这个要求。
⑦叶片泵是靠叶片随转子高速旋转产生的离心力而使叶片贴紧定子起密封使用,形成工作容积。若将它当液压马达用,因起动时,没有力使叶片贴紧定子,不起密封作用,马达无法起动。
2、液压马达的分类
液压马达按其转速的大小可分为高速和低速液压马达两类。一般认为,额定转速高于500r/min的属于高速液压马达;额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。
液压马达按其结构形式分有齿轮式、叶片式、螺杆式和柱塞式。柱塞式分为径向柱塞式和轴向柱塞式。 高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速高、转动惯量小,便于起动和制动;调速和转向灵敏,通常输出的扭矩不大,所以又称为高速小扭矩液压马达。
低速液压马达的基本型式是径向柱塞式,它又可分为单作用曲轴连杆式、静力平衡式和多作用内曲线式等。低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低,因此可以直接与工作机构连接,不需减速装置,通常低速液压马达的输出扭矩较大,所以又称为低速大扭矩液压马达。
四、液压控制阀
液压控制阀简称液压阀,是液压系统的控制元件。其功用是用来控制液压系统中工作油液的流动方向、压力和流量,从而满足液压执行元件对运动方向、力、运动速度、动作顺序等方面的要求。
液压阀包括方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。从结构上讲,液压阀是由阀体、阀芯和操纵机构三部分组成;从原理上讲,液压阀是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开口大小来工作的。液压控制阀在系统中不做功,也不进行能量转换,只是对液压系统起控制作用。
1、对液压阀的基本性能要求:
①动作灵敏可靠,工作平稳,冲击和振动小;
②油液流过时压力损失小;
③密封性能好,内泄漏小;
④结构简单紧凑,安装、调试及维护方便,通用性好。
2、阀的连接方式:
⑴ 管式连接类
①螺纹连接
②法兰连接
⑵ 板式连接类
⑶ 集成连接类
①集成块类
②叠加类阀
③插装类阀
3、方向控制阀
方向控制阀是用来改变液压系统中各油路之间液流通断关系的阀类。
⑴普通单向阀
普通单向阀的作用是使液体只能沿一个方向流动,不许它反向倒流。对单向阀的要求主要有:①通过液流时压力损失要小,而反向截止时密封性要好;②动作灵敏,工作时无撞击和噪声。
⑵液控单向阀
当控制口无压力油通入时,它和普通单向阀一样,不能反向倒流。当控制口接通控制油压时,即可推动控制活塞,顶开单向阀的阀芯,使反向截止作用得到解除,液体即可在两个方向自由通流。
⑶换向阀
换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动,使与阀体相连的各油路实现接通、切断,或改变液流方向的阀类。
①换向阀结构
换向阀主要由阀体(开有沉割槽)、阀芯(有凸肩,或称台肩)、操纵部分组成。
②换向原理
操纵部分控制阀芯的移动,从而改变阀芯凸肩与阀体沉割槽的相对位置。即,变更阀内通道之间的开闭关系来控制油流的方向。
③换向阀的操纵方式主要有手动、机动、电磁动、液动、电液动等。
④滑阀机能
换向阀处于原始位置时,各油口的连通关系称滑阀机能。
不同的滑阀机能可满足系统的不同要求。常用三位四通换向阀的滑阀机能(即中位机能)有O型、Y型、P型、M型、H型等。
4、压力控制阀
液压系统中控制油液压力高低的液压阀,统称为压力控制阀。它是利用阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作的。常用的压力控制阀有溢流阀、减压阀、顺序阀等。
⑴ 溢流阀
溢流阀的主要作用是维持液压系统中的压力基本恒定,其结构有直动式和先导式两种。
①直动式溢流阀
直动式溢流阀是利用作用于阀芯有效面积上的液压力直接与弹簧力平衡来工作的。
②先导式溢流阀
先导式溢流阀由主阀和先导阀组成。先导阀起调压作用,主阀起溢流作用。其远程控制口如果与另一个远程调压阀连接,调节远程调压阀的弹簧力,即可调节主阀芯上端的液压力,从而对溢流阀的溢流压力实现远程调压,但远程调压阀所能调节的最高压力不得超过溢流阀本身先导阀的调整压力。另外,当远控口接通油箱时,主阀芯上腔的油压便降得很低,又由于主阀平衡弹簧很软,故溢流阀入口油液能以很低的压力顶开主阀流回油箱,使主油路卸荷。
③溢流阀的应用
1)溢流定压作用
在定量泵节流调速系统中,溢流阀处于常开状态,保证了泵的工作压力基本不变。
2)防止系统过载
在变量泵调速系统中,系统正常工作时,溢流阀口处关闭状态,液压泵输出流量全部进入执行元件。当系统超载,系统的压力超过溢流阀调定值时,溢流阀迅速打开,油液流回油箱,系统压力不再升高,确保系统安全。此时的溢流阀称为安全阀。
3)背压作用
在液压系统的回油路上串接一溢流阀,造成可调的回油阻力,形成背压,以改善执行元件的运动平稳性。
4)远程调压和系统卸荷作用
利用远控口进行远程调压或系统卸荷。
⑵ 减压阀
减压阀是将阀的进口压力(一次压力)经过减压后使出口压力(二次压力)降低并稳定的一种阀,又叫定值输出减压阀。减压阀有直动式和先导式两种,先导式减压阀最为常用。
先导式减压阀是由主阀和先导阀两大部分组成。减压阀的作用是调节与稳定出口压力,所以它是由出口引压力油与弹簧力相平衡来工作的;减压阀不工作时阀口是常开的,由于其进、出油口都有压力,因此它的泄油口须单独从外部接回油箱。
减压阀主要用于降低和稳定某支路的压力。由于其调压稳定,也可用来限制工作部件的作用力以及减小压力波动,改善系统性能等。
⑶ 减压阀与溢流阀比较
减压阀和溢流阀都是利用油液压力与弹簧力相平衡的原理进行工作的。它们外形和结构都很相似,主要零件可通用。然而,它们有下列不同之处:
①减压阀是利用出油口压力与弹簧相平衡以保持出口的压力稳定,而溢流阀则是利用进油口压力与弹簧力相平衡来保持进油口压力稳定的。
②减压阀的阀口开度随着出油口压力的升高而减小,而溢流阀阀口的开度随着进油口压力升高而增大。
③在静止状态时,减压阀是常开的,而溢流阀是常闭的。
④减压阀进出口都通压力油,所以泄油不能通入出油口,必须单独接回油箱,溢流阀则不必。
⑤减压阀通常串联在主油路中使用,为的是获得较低的平稳压力,溢流阀则是并联在系统中,主要功用是调定压力,起定压溢流或安全作用。
5、流量控制阀
液压系统中执行元件运动速度的大小,由输入执行元件的油液流量的大小来确定。流量控制阀就是依靠改变阀口通液面积(节流口局部阻力)的大小或通流通道的长短来控制流量的液压阀类。
⑴节流阀
可通过调节手柄使阀芯作轴向移动,改变节流口的通流截面积来调节流量。
⑵影响节流口流量稳定性的因素
①节流口前后压差
②油温
③小流量时的节流口阻塞
⑶调速阀
调速阀是在节流阀前面串接一个定差减压阀组合而成。无论调速阀的进口油液压力或出口油液压力发生变化时,由于定差减压阀的自动调节作用,节流阀口前、后压差总能保持不变,从而保持流量稳定。但是,当压力差很小时,由于减压阀阀芯被弹簧推至最下端,减压阀阀口全开,不起稳定节流阀前后压力差的作用,故这时调速阀的性能与节流阀相同,所以调速阀正常工作时,至少要求有0.4~0.5MPa以上的压力差。
五、液压辅助元件
液压辅助元件是液压系统的重要组成部分,主要包括管件、密封件、过滤器、蓄能器、油箱、热交换器和压力表开关等。液压辅助元件的正确选择和合理使用对保证液压系统的工作可靠性和稳定性具有非常重要的作用。
1、蓄能器
蓄能器是液压系统中的储能元件,其主要功用有:
①辅助动力源
②应急动力源
③系统保压
④吸收冲击压力或脉动压力
蓄能器主要有重锤式、弹簧式和充气式三类。常用的是充气式蓄能器,它又可分为气瓶式、活塞式和气囊式3种。
充气式蓄能器应垂直安装,使油口向下;吸收冲击压力和脉动压力的蓄能器应尽可能安装在振源附近;蓄能器与管路系统之间应安装截止阀,供充气、检修时使用。
2、密封装置
密封装置的功用在于防止液压元件和液压系统中油液的内泄漏和外泄漏,以保证建立起必要的工作压力,并防止外泄漏的油液污染环境,以及避免工作油液的浪费。密封装置的密封方式有:间隙密封、密封件密封和组合密封。
对密封装置的要求是:
①在一定的压力和温度范围内具有良好的密封性能;
②运动件之间因密封装置而引起的摩擦力要小,摩擦系数要稳定;
③抗腐蚀能力强,不易老化,寿命长,耐磨性好,磨损后能自动补偿;
④结构简单,装拆方便,成本低。
3、过滤器
过滤器的功用是过滤油液中的各种杂质,以保持工作油液的清洁,保证液压系统的正常工作。过滤器按过滤精度不同,分为粗过滤器和精过滤器两种;按滤芯材料和结构形式的不同,可分为网式、线隙式、纸芯式、烧结式和磁性式等;按过滤方式不同可分为表面型、深度型和中间型过滤器三类。
对过滤器的要求:
①具有较高的过滤性能,使过滤精度满足系统的要求;
②能在较长的时间内保持足够的通流能力,即通油性能好;
③过滤材料要有一定的强度,不致因压力油的作用而损坏;
④滤芯抗腐蚀性能要好,能在规定的温度下持久地工作;
⑤滤芯的清洗或更换要方便。
过滤器的安装位置有:液压泵的吸油路、液压泵的压油路、系统回油路、系统支路、重要元件之前和独立过滤系统。
4、油箱
油箱在液压系统中的功用是储存油液,散发油液中的热量,分离油液中的气体和沉淀油液中的杂质等。油箱通常需要自行设计,其结构有开式和闭式两种,开式油箱又包括总体式和分离式,其中分离式油箱应用广泛。
油箱一般应满足下列要求:
①具有足够的容量,以满足系统对油量的要求;
②能分离出油液中的空气和其他污染物,并能散发出油液在工作过程中所产生的热量;
③油箱应有良好的密封性,以防杂质污物侵入;
④油箱上部应设有空气滤清器,以保证液压泵正常吸油;
⑤便于油箱中的元件和附件的安装和更换,并便于装油和排油。
6、热交换器
热交换器是为了有效地控制油液温度,配置的冷却器和加热器。冷却器和加热器统称为热交换器。常用的冷却器有水冷式和风冷式两种;液压系统中油液的加热有蒸汽加热和电加热等方式,一般都采用电加热器进行加热。
第三章 液压系统的使用维护与管理
液压设备的正确使用与精心维护,可以防止机件过早磨损和遭受不应有的损坏,从而减少故障发生,并能有效地延长使用寿命。对液压设备进行主动保养和预防性维护以及有
计划
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地检修,加强对液压系统及其元件的管理,可以使液压设备经常处于良好的技术状态,并发挥应有效能。
一、液压系统的安装与试压
1、液压系统安装步骤
⑴ 预安装(试装配):弯管,组对油管和元件,点焊接头,整个管路定位;
⑵ 第一次清洗(分解清洗):酸洗管路、清洗油箱和各类元件等;
⑶ 第一次安装:连成清洗回路及系统;
⑷ 第二次清洗(系统清洗):用清洗油清洗管路;
⑸ 第二次安装:组成正式系统;
⑹ 调整试车:灌入实际工作介质,进行正式试车。
2、液压系统的试压
⑴ 液压系统试压的目的
检查系统、回路的泄漏和耐压强度。
⑵ 试验压力的规定
公称压力 ≤16 Mpa时,试验压力为(1.5~2)倍公称压力;
公称压力 (16~31.5)Mpa时,试验压力为(1.2~1.5)倍公称压力;
公称压力 >31.5 Mpa时,试验压力为(1.1~1.2)倍公称压力。
在冲击大或压力变化剧烈的回路中,其试验压力应大于其峰值压力;对于橡胶软管,在1.5~2倍的工作压力下应无异状,在2~3倍的工作压力下应不破坏。
二、液压系统的正确使用
1.液压系统的使用应符合其设计的技术要求,不可超压或超速运行。
2.设备使用中应按要求进行点检检查,日常点检一般用“五感”方法进行 。
3.液压泵启动前要注意油箱液位是否正常,油温是否符合要求。
4.在系统稳定工作时,应随时注意液位和温升,油液的工作温度应控制在30~50℃之间,一般不宜超过60℃。
5.系统的工作介质要定期检查和更换,保持其合适的清洁度。
6.在设备运行中经常监视液压系统工作状况,特别是工作压力和执行机构的运行速度以及过滤器的工作情况,并定期清洗或更换滤芯。
7.注意排除系统中的气体,及时更换不良的密封元件。
8.液压设备应经常保持清洁,防止各种污染进入油箱或系统。
三、液压系统的维护
加强液压系统的维护是确保液压设备正常工作十分重要的环节。
1、加强液压设备的运转管理
不论规模大小、系统复杂与否的液压设备,在使用过程中都应加强其运转管理。在运转管理工作中,应根据系统的使用条件和环境条件以及液压元件可靠性的不同而区别对待。并且在运转管理中要很好地利用过去的记录,要考虑对易发生故障的部位做重点检查,以保持液压设备的正常状态,提高设备的可靠性和工作寿命。
2、液压系统的维护要点
通过对液压系统的精心维护,可以使液压设备保持必要的工作精度,保证液压系统安全运行。液压设备的维护应注意下列要点:
①控制液压系统污染
控制污染,保持工作介质清洁,是减少液压元件磨损,防止液压设备故障发生,确保液压系统正常工作的重要措施。
②控制工作介质温升
控制液压系统中工作介质的温升是降低液压系统故障,减少能源消耗、提高系统效率的一个重要环节。
③控制液压系统泄漏
控制液压系统泄漏极为重要,因为泄漏和吸空是液压系统常见的故障。泄漏不仅污染环境和使能耗及油耗增大,而且还会严重影响系统工作性能。要控制泄漏,首先是提高液压元件零部件的加工精度和元件的装配质量以及管道系统的安装质量。其次是提高密封件的质量,注意密封件的安装使用与定期更换,最后是加强日常维护。
④防止和排除液压系统的振动与噪声
振动影响液压元件的性能,它使螺钉松动、管接头松脱,从而引起泄漏,甚至使油管破裂。一旦出现螺钉断裂等故障,就可能会造成人身和设备事故。因此要尽量防止和减少振动现象。
⑤严格执行日常点检和定期点检制度
点检是设备维修工作的基础之一。液压系统故障存在着隐蔽性、可变性和难于判断性的三大难点。对液压系统的工作状态进行有效的点检,可及时发现设备的异常,并能及时采取对策将故障排除在萌芽状态,减少重大事故的发生。因此操作者和维护人员要按设备点检卡上规定的部位和项目进行认真的点检,把可能产生的故障现象记录在设备点检卡上,既避免了设备的强制劣化,又防止了设备在不正常状态下继续工作,同时也为设备检修提供第一手资料。
⑥严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度
液压设备在工作过程中,由于冲击振动、磨损、污染等因素,使管件松动,金属件和密封件磨损,因此必须对液压件及油箱等实行定期清洗和维修,对工作介质、密封件、执行定期更换制度。
⑦严格贯彻工艺纪律
在自动化程度较高的现代化工厂里,机械设备专业化生产程度很高,生产的节拍性很强,需按照加工要求和生产节拍来调节液压系统的压力和流量,防止操作者为了加快节拍,而将液压系统工作压力调高和运动速度加快的现象。不合理的调节不仅增加功率消耗,使油温升高,而且会导致液压系统出现故障。
⑧建立液压设备技术档案
设备技术档案是“管好、用好、修好”设备的技术基础,是备件管理、设备检修和技术改造的原始依据。所以认真建立液压设备技术档案将有助于分析和判断液压故障的产生原因,并为采取果断措施排除故障提供依据。
⑨建立液压元件修理试验基地
液压元件具有可修性,为确保修理过的液压元件技术性能达到要求,或对库存液压元件进行质量抽查,或对进口液压元件在测绘试制之前进行性能测试等,都需要有一个修理试验基地。
3、液压系统的主动维护
维护是防止设备发生故障和早期失效,保证设备可靠运行的必要措施。随着管理思想的发展和维护策略的更新,液压系统的主动维护方式得到了普遍的应用。
在设备正常运行时,通过对可能导致液压系统故障的参数进行监测,例如对工作介质污染度、材料的物理、化学性能以及工作温度等,通过维护措施保持其基本参数在容许的范围内,以达到防止故障发生和延长使用寿命的目的。
主动维护是在设备开始发生失效之前采取的维护活动,它是通过监测得到导致系统失效的根源性参数,并及时纠正根源性异常工况,以保持设备良好的工作状态。主动维护是一种质量管理程序,其目的在于把液压设备的故障和失效减到最小。
主动维护是对设备失效根源进行监测和纠正,使设备正常工作的基本参数保持在允许的范围内,因此实施液压系统主动维护的首要环节是弄清楚其失效根源。
为了有效地进行主动维护,也应利用检测维修中监测所得的结果,如磨屑分析、噪声、振动、液压泵和液压马达的转速以及系统的温升等。在实际维护工作中,主动维护与预防维护相结合,通过对失效根源和故障征兆的监测,可以延长液压系统的寿命和防止故障发生。
四、液压系统的点检管理
点检是一种科学的设备管理方法,它是在全员维修思想的指导下,按照“五定”(定点、定标、定法、定期、定人)的方法对设备实施全面的管理。点检管理把操作人员、点检人员、技术管理人员和维护检修人员有机地组织起来,按照规定的检查
标准
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和技术要求,对设备可能出现故障和劣化的部位,用“五定”的方法进行检查、维修和管理,使设备的运行经常处于受控状态并保持良好的技术状况,保持设备持续稳定地运行。液压系统的点检管理可以有效地降低液压设备的故障率,提高液压系统的工作可靠性。
1、液压系统点检标准的编制
编制设备点检标准时,应逐项地确定液压系统进行点检作业的各项基本工作,即明确液压系统的点检部位、项目、内容、方法、周期、判定标准、设备状态和点检分工等主要内容,使所有的检查点都做到点检“五定”。
2、液压系统的主要点检内容与方法
对于液压系统,应按点检“五定”的规定,主要检查系统的温升、泄漏、异音、油箱液位,以及系统压力有无异常,执行机构动作是否正常等;同时还要重点检查各液压元件是否齐全完好、工作有无异常等。
液压系统由动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件组成,其普通系统主要包括液压泵、液压缸、各类控制阀和油箱、过滤器及配管等元件,对于不同的液压元件,有着其不同的点检内容、方法和手段。
①液压泵的点检
动态点检主要是泵本体的异音、振动、温升、运转状态、各部螺栓松动和外泄漏等。一般若出现异音、磨损、咬死等现象,其原因多为空气或水分混入工作介质中,甚至产生气蚀现象,或者工作介质污染及机械故障等所造成。对于动态点检的异音、振动、温升等项内容,可根据连续点检积累的数据来推断泵劣化的倾向和趋势,以此预测泵的剩余寿命。
如果动态点检发现故障现象比较明显,或者压力、流量达不到规定值,可将液压泵离线,在试验台上按出厂试验标准进行检测,发现问题应解体点检。在解体情况下应全面检查泵内各部位的磨损、损伤、龟裂及劣化情况。
②液压控制阀的点检
普通液压阀包括压力阀、方向阀和流量阀,对于这类阀的动态点检主要是安装状态、动作状况是否灵活、异音、发热、振动、泄漏,以及阀所控制的参数是否正常等。如果点检时发现异常,应将阀离线检测,以免其发展成为故障。一般来说,只要阀内零件没有过量磨损或其他损伤,其异常都是容易排除的,有时甚至只需清洗或更换弹簧、更换密封圈即可。对于比例阀和电液伺服阀,尤其是电液伺服阀,应定期进行精密点检,测试其静态和动态性能指标;平时系统运行时,主要是检查工作介质的污染度和监听系统运转的声音以及观察动力源的压力是否在正常范围内。若是点检时发现液压伺服系统不稳定、失控、自振荡、低速爬行或性能指标达不到要求时,则必须将电液伺服阀离线,在专用试验台上进行检测和调试。
③液压缸的点检
液压缸是容易发生故障的元件,动态点检主要是检查其安装状况、联接螺栓有无松动、液压缸有无跳动、爬行、异音、泄漏、腐蚀、活塞杆有无拉伤等,其中泄漏是液压缸常见的故障现象,外泄漏容易观察到,内泄漏可根据泄漏部位的声响和温升来进行判断。在液压缸解体时,应点检其缸壁磨损情况以及有无裂纹或研伤,同时还应检测缸壁变形量和活塞杆的弯曲变形量等。一般当液压缸的输出力和输出速度明显下降时,就应及时安排检修。
④液压辅件的点检
在液压系统工作时,应按点检标准中设定的点检周期对各液压辅件进行点检。一般液压辅件的点检相对较简单,如油箱本体应点检有无损伤或泄漏,并观察液位和油温;过滤器主要是观察进出口压力差;对配管主要是检查泄漏、振动、松动、腐蚀、破损等。
⑤工作介质的点检
对工作介质的检测是液压系统点检的一项重要内容,必须定期取样对工作介质进行各项指标的检验。主要是用“污染检测仪”对其进行污染度的测定,判别污染的程度,并根据累积的检测结果,预测其使用寿命;其次是对其粘度、酸值等理化指标的检验,以监测工作介质的质量;还可通过铁谱分析或光谱分析来判断液压泵等主要液压元件的磨损程度,以预知其故障。通过对工作介质的定期取样检测,或在线实时监控其污染状况,可以做到对系统故障进行预测和诊断。
五、运行中期液压设备的管理要点
运行中期的液压设备由于元件的磨损,工作介质的劣化,油箱、管路、阀类等的铁锈脱落,会导致控制阀的动作不良、过滤器堵塞、系统效率下降以及动作失常等现象,使液压系统无法满足其技术性能和运转品质的要求。所以应对整个系统的各部分重点调查和加强液压设备的管理,其管理要点如下:
①避免设备在高温下使用
液压泵、控制阀等元件如果其效率已下降很多,再在高温下使用,则会引起速度迟缓及压力下降等现象。
②拆检时应判断和确定其寿命
拆检时可从磨损状况、伤痕状态及变形等的分析研究中判断出剩余寿命。拆检时应对有关密封件进行更换。
③重点检查液压泵、控制阀的安装螺栓及管接头、支承部分等的松动情况
④重点检查橡胶软管、蓄能器等重复激烈动作的元件
蓄能器重点检查漏气的情况;对橡胶软管则细心检查溶涨、擦伤及接头的连接处的情况,如有异常应提前予以更换。
⑤根据设备状态决定对系统性能定期检查的时间间隔
液压设备的定期检查和维护是保证液压系统正常工作的重要措施,定期检查和维护的主要内容有定期紧固、定期检查或更换密封件、定期清洗或更换液压件、定期清洗油箱与管道和定期更换过滤器滤芯。
⑥注意各处的泄漏情况
由于密封件的磨损及变形、螺栓的松动,易发生泄漏,所以应经常注意检查。受循环载荷的部分应定期地将螺栓用力矩扳手以定力矩拧紧。
⑦注意仪表的误动作
压力表、温度计及电气仪表由于振动等原因易引起误动作,所以不能完全相信读数,例如有时对设备发热情况用温度计检查后,还需用手触摸进行双重检查。
⑧换油时注意将整个系统进行清洗
换油时,为除去残留的油泥及污染物,可用溶解性强的介质冲洗1~2次。
六、常用液压元件的维护与修理
液压元件的故障是引起液压系统故障的主要原因,必须重视液压元件的维护和修理。液压元件的正确使用和精心维护,可以延缓其劣化速度,保持其规定的性能和良好的技术状态;但是,当液压元件使用到一定程度,由于零件磨损或疲劳或密封件老化失效,其劣化还是会超过允许的极限,使技术指标达不到使用要求,这时就应对其进行修理。液压元件标准化、通用化、系列化的程度较高,具有维修性。液压元件经过修理和试验后,其技术指标和性能达到要求的就可以继续使用。
1、液压泵的维护与修理
液压泵的维护主要是对泵的正确使用管理和及时处理运行中出现的不正常状态,以及工作介质的过滤、排除微小故障等;由此及时改善液压泵的使用状况,保证泵的正常运行,延长泵的使用寿命。
液压泵损坏的原因主要有:泵内零件的磨损、腐蚀、疲劳破坏;泵的制造因素或者事故等。 修复由于正常或不正常的原因引起的泵的损坏,其实质是对其劣化的补偿。液压泵修理的基本手段有两种,即修复和更换。
液压泵的维护主要应注意以下几点:
①认真实施日常点检和定期点检,及时发现并排除隐患,避免液压泵在不正常状态下继续工作。
②注意观察液压泵工作时的振动,噪声和发热现象,发现异常情况应立即早期进行详细检查和及时处理;如果泵的外表温度比油箱温度高10℃以上,则可认为泵出现了异常。
③如果液压泵运行时噪声明显增大,则应判断是否有吸气现象,检查并拧紧油路管接头及联接螺钉。
④使用条件不能超过液压泵允许的范围,不能超速超载运行,单向泵不得反向运转,还应避免液压泵带负载启动以及在有负载情况下停车。
⑤液压泵启动前必须检查系统中溢流阀的调整状态。
⑥液压泵在工作前应进行不少于10min的空负荷运转和短时间的负荷运转。然后检查其工作情况,不得有渗漏、机械冲击声、过度发热和噪声等现象。
⑦按要求对液压泵进行清扫和保洁工作,保证泵在良好的环境中运行。
⑧轴向柱塞泵在启动前应通过泵体上的“泄油口”或“注油口”向泵内注满清洁的工作介质,以免零件被烧伤。
⑨注意严格控制工作介质的污染度和温度,要加强对工作介质的维护检查。保证工作介质状态正常。
⑩对有泄油口的液压泵要注意泵体内的泄油压力,因为过高的泄油压力将导致轴封的早期损坏。
2、液压缸的维护与修理
液压缸在长期运行过程中,其零部件会产生不同程度的磨损、疲劳、蠕变、腐蚀、松动、剥落、老化变质甚至损坏等现象,使得液压缸工作性能及技术状况恶化,甚至造成整台设备失效。因此,重视和加强液压缸维护与修理工作才可保证其液压系统正常地运行。
⑴液压缸的日常检查内容
①液压缸的泄漏情况。
②液压缸的动作状态是否正常。
③液压缸运行时的声音和温度有无异常。
④活塞杆有无伤痕和污染物的粘着情况。
⑤液压缸安装部位的状态,有无松动、裂痕、咬合、变形等现象。
⑵液压缸的维护
①各处联接螺钉除日常检查外,还应定期进行紧固。
②根据液压设备的具体工作条件,定期更换密封件。
③注意工作介质的清洁,定期清洗或更换有关液压元件。
④经常监视、注意液压缸工作状况,观察工作压力、速度以及爬行和振动情况。
⑤保持液压缸的清洁,防止尘埃、棉绒、污物等进入系统。
⑶液压缸可修理内容
①活塞杆表面有划痕,造成外泄漏时,则应对活塞杆进行修复。
②活塞杆表面上有较严重锈蚀,或在活塞杆工作长度内的表面上镀铬层脱落严重时,可以先进行磨削,之后进行镀铬修复。
③活塞杆上防尘密封圈已不起防尘作用时,灰尘、切屑、砂粒等进入液压缸损伤活塞杆表面,则应更换密封件。
④活塞杆弯曲变形值大于设计规定值的20%时,须进行校正修复。
⑤液压缸内泄漏量超过设计规定值的3倍以上时,应检查泄漏原因。若是密封件失效,应更换密封件;若是活塞磨损后间隙过大,应重做活塞进行研配修复。
⑥液压缸两端盖处有外泄漏时,应进行检查。若是端盖处密封件老化、破损,应更换密封件;若是联接螺钉松动,则应进行紧固。
⑦缓冲式液压缸的缓冲效果不良时,必须对缓冲装置进行检查修理。
3、液压马达的维护与修理
为了及时发现液压马达的异常情况,在其正常运转过程中应加强日常检查与维护工作。日常检查主要包括对运转条件、工作介质、运转声音和马达温升等各项内容的检查。在液压马达工作了一定的时间后,如出现效率下降或其他不正常现象,应对该马达进行拆检。拆卸时应在专用的工作台上进行,并注意保持零部件的清洁,特别是精密的零部件,不得擦伤或碰伤其表面。马达拆卸后,原则上应将所有的密封圈、油封等全部更换。检查的主要内容为零部件有否损坏、咬合、裂纹及磨损情况。
由于液压马达在结构、工作原理等方面与液压泵相似,所以其维护内容和可修理内容也与液压泵的维护内容和可修理内容基本相同。但对于柱塞液压马达,在使用维护方面还应注意以下问题。
轴向柱塞马达和径向柱塞马达在首次使用前,都必须向其泵体内充满清洁的工作介质,以防出现严重磨损甚至烧坏;使用时应保证马达的主回油口有一定的背压,背压大小视不同工况而异;马达的泄漏油管要单独接回油箱,一般不可与主回油管相连,而且需保证其泄漏油口的压力不超过0.1MPa。
4、常用液压控制阀的维护与修理
常用的液压控制阀主要是方向控制阀,压力控制阀和流量控制阀三大类。虽然各类液压阀的结构和工作原理及性能各不相同,但是其失效原因,维护内容及修理手段却有很多相似之处。
液压阀在规定的使用条件下丧失了规定的功能就是“失效”,各类液压阀的失效形式主要有机械性损坏、液压卡紧、气蚀等几种,其中机械性损坏一般是由阀件的磨损、疲劳、变形和腐蚀所造成。液压阀的标准化、系列化、通用化程度较高,具有可修性。对于液压阀的修理手段主要是修复和更换。
⑴液压阀可修理内容
①阀芯与阀体孔磨损后,其配合间隙比设计值增大20%以上时,就须重做阀芯对阀体孔配研修复。
②锥阀芯与阀座密封性能变差时,就应进行配研修复。
③阀内弹簧,特别是调压弹簧弯曲、变弱或断裂时,应更换弹簧。
④密封件老化、失效、引起内、外泄漏时,应更换密封件。
⑤液压阀若出现卡死、失灵、迟缓等工作失常现象时,应进行清洗。
⑵液压阀的日常检查和维护
①注意观察液压阀是否处于正常工作状态,如表面温升是否过高、有无振动和异音、有无外泄漏、调节手柄的锁紧情况,以及换向阀动作时是否有冲击、压力阀工作时是否有振颤等。
②经常检查液压系统工作压力以及执行元件的动作是否正常,以此判断相应液压阀的工作状态。
③液压泵启动前,应认真检查各液压阀是否处于规定的调节状态,以及油箱液位是否正常。
④采取有效措施控制工作介质的温升及污染程度,使之符合液压阀的工作要求。
⑤注意保持液压阀的清洁,并要防止污染物进入系统。
⑥对安装液压阀的联接螺钉要经常检查和定期紧固,防止松动。
⑦对某些液压阀要定期清洗和更换密封件。
⑧对电磁换向阀要注意通电时是否有“嗡嗡”的噪声或绝缘材料劣化的气味。
5、液压辅件的维护与修理
⑴过滤器的使用维护要点
①安装过滤器时要注意其壳体上标明的液流方向,将其正确安装在液压系统中。
②当过滤器压差指示器显示红色信号时,要及时清洗或更换滤芯。
③要定期对滤芯进行清洗或更换,而且在清洗和更换时要防止外界污染物侵入工作系统。
④滤芯元件在清洗时,应堵住滤芯端口,防止清洗下的污物进入滤芯内腔造成内污染。
⑤过滤器的故障一般是滤芯堵塞或滤芯变形、弯曲、凹陷吸扁及击穿等,修复的方法就是清洗或更换滤芯。
⑵蓄能器的使用维护要点
①应执行压力容器有关使用规定,不能在蓄能器上进行焊接、铆接或机械加工等作业,不许敲打蓄能器。
②蓄能器应安装在便于检查、维修的位置,并远离热源。
③充气式蓄能器原则上均应充惰性气体,特别是绝对禁止充氧气。
④不可拆卸在充油状态下的蓄能器,如需拆卸蓄能器,应先将其内部的气、液安全放掉。
⑤非隔离式蓄能器及气囊式蓄能器应垂直安装,并使气阀向上。
⑥蓄能器在使用过程中,须定期检查其充气压力,对于新使用的蓄能器,第一周应检查一次,第一个月内还要再检查一次,然后每6个月检查一次。
⑦蓄能器在长期停止使用后,应关闭蓄能器与系统管路间的截止阀,保持蓄能器油压在充气压力以上,使皮囊不靠底。
⑧蓄能器的修理一般须由专业修理单位进行。但对于常见的响应慢或失去吸振作用时,可检查充气压力,重新充气或调整至规定压力。
⑨正常使用时要按要求定期检查蓄能器内部的生锈情况及表面处理层的剥离状态。如发现问题应及时更换。
⑶冷却器的使用维护要点
①冷却器工作时应先通入冷却水,其压力要低于工作介质的压力,然后再通入热的工作介质,以避免产生热应力。
②通入水和工作介质以后,要注意检查各部分有无渗漏,流速和压力有无异常变化,并要注意排除冷却器中的气体。
③一般情况下,冷却器每6个月应检查一次,每年应保养一次,清理更换破损的零件。
④平时要注意检查冷却器进出油口的油温差和进出水口的水温差,以此判断冷却器的冷却能力。
⑤注意检查冷却器壳体有否异常膨胀、裂纹及安装螺钉有无松动等情况。
⑥冬季使用时要注意防止水的冻结,否则会引起管束的破裂。
⑷油箱的使用维护要点
油箱除用以储存液压传动的工作介质外,还起着分离和沉淀工作介质中污物的作用。但是,污染控制理论认为,油箱不应再是一个容污纳垢的容器,而应该是容纳着达到规定清洁度等级的工作介质,并以此向液压泵和液压系统提供清洁的工作介质,保证液压系统优良的工作性能和长久的寿命。因此,必须重视油箱的使用和维护。
要经常检查油箱的液位、温升及工作介质的污染情况,如有异常,应及时处理。如果液面低于正常液位,除及时加油外,还应查找是否有泄漏的地方;如果油箱温升严重,则应检查油箱附近是否有高温热辐射源,检查液压系统是否有较大的能量损失,以及所用工作介质粘度是否合适等,并针对具体情况采取对策;如果油箱内工作介质污染严重,除及时过滤或更换工作介质外,还必须查明污染的途径,采取必要的措施。
平时要注意检查油箱的锈蚀情况,如有锈蚀,要及时采取防腐措施;油箱盖板要保证可靠密封,同时也要注意空气滤清器的畅通;并要经常对油箱及其附件进行清扫,避免污染物侵入系统。
第四章 工作介质的使用和管理
液压传动工作介质是液压传动与控制系统中用来传递能量的液体,简称工作介质。液压系统能否可靠有效地工作,在很大程度上取决于系统中所使用的工作介质。所以合理选择、使用、维护、保管工作介质是关系到液压设备工作性能好坏的关键。
一、工作介质的种类
工作介质分为可燃性液压油和难燃性液压液两大类。可燃性液压油主要是矿油型;难燃性液压液主要有合成型和乳化型。
矿油型液压油润滑性能和防锈性能好,粘度等级范围宽,但它抗燃性较差,对环境有污染。在一些高温、易燃、易爆的工作场合,为了安全起见,应该在系统中使用合成型或乳化型工作介质。
二、对工作介质的基本要求
不同的工作机械、不同的使用情况对工作介质的要求有很大的不同,为了很好地传递运动和动力,液压系统使用的工作油液应具备如下性能:
1.适合的粘度,较好的粘温特性;
2.润滑性能好。在工作压力和温度发生变化时,应具有较高的油膜强度;
3.成分纯净,杂质少;
4.对金属和密封件有良好的相容性;
5.对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性;
6.抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好,腐蚀性小;
7.体积膨胀系数小,比热容大;
8.流动点和凝固点低,闪点和燃点高;
9.无毒;
10.成本低。
三、液压油液的基本性质
1.粘性
油液在流动时产生内摩擦力的特性称为粘性,粘性的大小用粘度表示。常用的粘度表示方法有动力粘度、运动粘度和相对粘度3种,由于测量条件的不同,各国所用的相对粘度也不相同,我国采用的是恩氏粘度。
油液的粘度随其温度的变化而变化,温度升高,粘度显著下降。粘度随温度变化而变化的性质称为粘温特性,不同油液有不同的粘温特性。
粘度是液压油液首要的质量指标,是选择油品的重要依据。
2.可压缩性
油液受压力作用后其体积减小的性质称为可压缩性。油液的可压缩性极小,一般情况可不考虑其可压缩性。
3.流动点和凝固点
油液保持其良好流动性的最低温度称为流动点,油液完全失去其流动性的最高温度称为凝固点。
4.闪点和燃点
油液能在火焰靠近时出现一闪一闪断续性燃烧的温度称为闪点,能连续燃烧的最低温度称为燃点。
5.酸值
中和1g油液内环烷酸所需的氢氧化钾的毫克数称为油液的酸值。
6.稳定性
包括热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性和剪切稳定性。稳定性表示油液抵抗受热、氧化、水解和机械剪切作用而发生化学变化或改变化学结构的能力。
7.抗泡沫性
油液释放空气而不致形成浮浊液的能力称为抗泡沫性。
8.抗乳化性
油液中混入水分后的油水分离能力称为抗乳化性。
9.防锈性
油液对金属遭受油中水分锈蚀的保护能力称为防锈性。
10.润滑性
油液在金属表面上形成牢固油膜的能力称为润滑性。
11.相容性
油液与各种材料(如密封件、软管、涂料等)起作用的程度称为相容性。
四、工作介质的选用
正确而合理地选择工作介质,对提高液压系统适应各种工作环境的能力、延长系统和元件的使用寿命、提高系统工作的可靠性等都有重要的影响。
1、选择工作介质时要考虑的因素:
系统工作环境
方面的考虑
是否抗燃(闪点、燃点)
抑制噪声的能力(空气溶解度、消泡性)
废液再生处理及环境保护要求
毒性和气味
系统工作条件
方面的考虑
压力范围(润滑性、承载能力)
温度范围(粘度、粘温特性、剪切损失、热稳定性、氧化率、挥发性、低温流动性)
转速(气蚀等)
工作介质质量
方面的考虑
物理化学指标
对金属和密封件的相容性
过滤性能、吸斥水性能、吸气情况、抗水解能力、对金属的作用情况、去垢能力
防锈、防腐蚀能力
抗氧化稳定性
剪切稳定性
电学特性(耐电压冲击强度、介电强度、导电率、磁场中极化程度)
经济性
方面的考虑
价格及使用寿命
维护、更换的难易程度
在众多的考虑因素中,最重要的因素是工作介质的粘度。粘度太大,液流的压力损失和发热大,使系统效率下降;粘度太小,泄漏增大也影响系统效率。因此应选择使系统能正常、高效和可靠工作的适当的粘度。
2、合理选择工作介质:
⑴液压系统的环境条件 主要是指液压设备所处的环境温度和工作条件。因环境温度关系到液压泵的启动温度,而液压泵的启动温度又与工作介质的低温粘性有关。在低温下要使液压泵顺利启动,应选用在该温度下低温粘度小的工作介质。工作条件主要是指液压设备的环境恶劣程度,包括液压设备的潮湿程度(是否与水介质接触)、航海、野外作业和温差等。这些条件主要与工作介质的防锈性、粘度指数和抗乳化性等指标有密切关系。还要根据液压系统是否靠近火源、易爆气体或高温场合,来选择矿油型液压油还是难燃工作介质。
⑵液压泵的工作条件 液压泵的工作条件是指液压泵的类型、工作压力、工作油温、油箱中有无加热或冷却设备。其中泵的工作压力是选择工作介质的首要条件。中、高压系统应选用具有良好抗磨性的工作介质。工作油温越高、介质的变质倾向越大,应选用具有良好抗氧化性能的工作介质。如果油箱中有加热装置,则可放宽对工作介质的低温粘度指数要求。若油箱中有冷却设备,可适当延长换油期。另外还要考虑液压泵的金属材料,如柱塞泵中的钢与青铜合金摩擦副应选用抗氧化性、过滤性、水解稳定性等指标优良的抗磨液压油。对于柱塞头镀银的液压泵,应选用对银腐蚀试验合格的抗银工作介质或抗氧防锈型工作介质。
⑶其他要求 工作介质的选择还要考虑其他因素,如伺服阀内间隙的大小、开环系统的特殊要求、液压设备的新旧程度、换油期和维修期的长短、密封和涂料材料、经济性要求以及有无毒性、是否与食品接触等,来准确合理选用工作介质的类型和品种。
五、工作介质的储存保管
1.工作介质进厂时应先取其样品进行理化检验分析,填写理化报告单存档。
2.工作介质的存放要远离热源、避免日光暴晒,存放温度在20~30℃为宜。
3.储油器一般应为密封的桶或罐,最好横放,借助木质垫板或滑行架保持底面清洁干燥;对大容量储油器应制定进行日常净化保养的
管理制度
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。
4.对于储存期较长的工作介质,应定期进行检查。
5.对所有的储油器要进行常规检查和漏损检验。
六、液压系统的换油方式
工作介质在使用过程中由于受机械力、物理和化学的作用,其性能逐渐劣化。当工作介质主要性能指标劣化到对系统有危害作用的程度时,必须更换。
液压系统的换油方式主要有以下3种:
1、固定周期换油法
这种方法是根据不同的设备、不同的工况以及不同的工作介质,规定使用半年、一年或运转1000~2000h后更换工作介质的方法。此种方法虽简单易行,但不能及时发现工作介质的异常污染,例如有时工作介质已变质或严重污染,而因换油期未到仍继续使用;也可能工作介质尚未变质,但因换油期已到而被当作废液换掉了。
2、现场鉴定换油法
根据经验对工作介质样品进行观察,通过直觉判断其污染程度,或在现场用pH试纸进行试验,以此确定是否需要更换工作介质。这种方法很不精确,由于操作人员的经验不同,对于同一样品可能会得出不同的判断结论。
3、综合分析换油法
定期取样化验,测定必要的理化性能,连续监视工作介质的劣化变质情况,按照规定的换油标准,根据样品化验结果来确定何时更换工作介质。此种方法既能充分利用工作介质,又能保证液压设备的工作可靠性和寿命,但需要一定的设备和化验仪器,操作方法也比较复杂。
七、工作介质的取用
1、确认工作介质的种类和牌号
液压系统在更换或补充工作介质前要确认其品种和牌号,切勿弄错。
2、保证工作介质取用过程的清洁
液压系统从取油到注油的全过程都应保持桶口、罐口、漏斗等器皿的清洁。注油时应进行过滤,存放过久的工作介质最好先进行理化检验,加油时应采用专门的加油小车,无加油小车时,可在油箱的入口处放置适当精度的滤网过滤。
3、注意换油时的清洁
换油时必须将液压系统彻底清洗干净后才可注入新油;而且不可与其他工作介质混用。
4、液压系统要有良好的密封
液压系统必须保持严格的密封,防止泄漏和防止外界灰尘、杂质、水或其他液体混入工作介质中。
5、根据换油标准及时更换工作介质
对液压设备中的工作介质应定期取样化验,一旦其理化指标达到换油指标后就要及时更换工作介质,以免变质的工作介质影响液压系统的正常工作和液压元件的性能。
八、工作介质变质的原因
1、蒸发
工作介质的蒸发,除与温度有很大的关系外,还与蒸发面积、容器的气体空间、密封程度及大气压力有关。蒸发对工作介质的性质有影响。矿物油型液压油的轻质组分蒸发,使油液耗损增大,粘度上升,凝点提高。含水液压液的水分蒸发,使水包油型水—乙二醇的浓度增大,粘度上升,防火性能下降;另外水分蒸发也会使油包水型液压液的粘度下降。
2、氧化
工作介质在空气作用下,发生氧化变质,引起颜色变深,酸值增大。各种金属(特别是铜)都是氧化的催化剂,均可加速油液的氧化速度。
3、污染
工作介质的污染是液压系统发生故障的主要原因,也是工作介质变质的主要原因。固体杂质、空气与水分等如果侵入工作介质,均会引起污染变质。
4、混油
工作介质中混有异种油品,既影响数量,也影响质量。混入轻质油,使粘度和闪点下降。混入粗制油,使酸值和残炭增大。混入含有不同添加剂的油品,可使工作介质的性能提高或降低。水包油型乳化液混入盐类,使稳定性降低。即使同是液压油类,因其化学成分、性能及用途不同,也会影响质量及有效使用。
九、工作介质变质的控制
基于上述引起工作介质变质的原因,可用下述措施,控制工作介质的质量变化。
1、降低温度,减小温差,延缓氧化速度,减少蒸发及氧化损失;
2、对于盛装容器,除根据气温变化留出必要的膨胀空间外,尽量装满,达到安全容量,以减少油液蒸发及降低油液氧化速度。盛装同种油品的两个或多个容器未装满时,要及时合并。零星发给使用时,待一个容器的油发完后,再动用另一个容器;
3、容器孔口应严加密封,防止油液蒸发和污染;
4、注意容器清洗,尽可能做到容器专用;
5、加强质量监督,不合格油品不出库。做到“存新发旧、优质后用”,易变质和变质快的油品先出库。
十、工作介质的合理使用
1、要验明工作介质的品种和牌号
工作介质在使用前,应经验收证明其品种、牌号、性能等都符合液压设备技术文件所规定的要求后方可使用。
2、注液前液压系统应彻底清洗
新系统首次使用以及刚维修过的系统投入使用前,均需彻底清洗干净,即使是更换工作介质时,也要用新换的介质清洗1~2遍,直到清洗后其清洁度达到规定的要求为止。
3、采用合适的过滤器
这是控制工作介质污染度的重要手段,应根据系统的不同情况选用不同过滤精度、不同结构的过滤器,并定期检查和清洗。
4、新油使用前必须过滤
新油并不一定清洁,因为在炼制、分类、运输和储存过程中,可能导致固体污染物和水分侵入。因此,新油在使用前,必须对其主要理化性能及清洁度进行检测。对清洁度不符合要求的,必须过滤净化。
5、工作介质不能随意混用
如已选定某一牌号的工作介质,则必须单独使用,不得与其他类别的工作介质混用。没有科学根据时,不得与不同粘度、不同品种牌号工作介质混用,也不可与同一粘度同一牌号但不是同一厂家生产的工作介质混合使用。
6、严格进行污染控制
防止水分、空气、固体杂质等污染物混入液压系统。
7、必须控制工作介质的工作温度
一般液压油的工作温度应控制在60℃以下。
①经常保持油箱中油液的正常液位,使系统中的油液有足够的循环冷却条件;
②经常保持冷却器内水量充足,管路畅通;
③在系统不工作时,液压泵必须卸荷;
④正确选择系统中所用工作介质的粘度;
⑤如果系统温升过高,则应查明原因,并采取有效措施排除其故障。
8、定期监测、维护和更换工作介质
第五章 液压系统的泄漏与密封
在液压传动中,液体的泄漏是一个不可忽视的问题。如果泄漏得不到控制,将会直接影响液压设备的正常应用和液压技术的发展。液压系统是以液体的压力进行能量的传递,所以必须具有密封的工作腔。密封不良会引起液压装置的泄漏,使设备失效。所以密封的设计和密封件的选用直接影响到液压系统的性能,尤其现代精密的液压控制系统,其速度、性能、响应、精度均与密封性能有着密切的关系。
一、液压系统的泄漏
泄漏是指工作介质通过非工作通道,由高压腔流到低压腔,或由系统内流到系统外的现象,即,在液压元件及系统容腔内流动或暂存的液体,少量越过容腔边界由高压侧向低压侧流出的现象称为液压系统的泄漏。
泄漏分为内泄漏和外泄漏两种。
①内泄漏 工作介质在系统内通过非工作通道由高压腔流到低压腔的现象。
②外泄漏 工作介质通过非工作通道由系统内流到系统外的现象。
1、泄漏的机理
液压系统产生泄漏的机理包括缝隙泄漏、多孔隙泄漏、粘附泄漏和动力泄漏等几种形式。
⑴缝隙泄漏 缝隙中液体在两端压力差作用下流动产生的泄漏为缝隙泄漏。在液压元件中,很多配合面都不宜采用密封件而利用缝隙进行密封,因此缝隙泄漏是液压元件泄漏的主要形式。
⑵多孔隙泄漏 液压元件接合表面的粗糙度使两表面不可能各点都紧密接触,在两表面相接触的微观凹陷处,形成许多截面形状多样、大小不等的孔隙成为泄漏的通道。这种由于接合表面粗糙而产生的泄漏为多孔隙泄漏。
⑶粘附泄漏 粘性液体与固体表面之间有一定的粘附作用,两者接触后,会在固体表面上粘附一层液体。当粘附的液层过厚时,就会形成泄漏的液滴或者当活塞杆缩进缸筒时被密封圈刮落,产生粘附泄漏。
⑷动力泄漏 在转轴的密封表面上若留有螺旋形加工痕迹时,液体在转轴回转力的作用下会沿着凹下的螺旋形痕迹流动。从外伸的轴端观察,若螺旋方向与轴的转动方向一致时,就会出现泄漏。这种泄漏称为动力泄漏。
工程中的泄漏情况是复杂的,常常是上述各种情况的综合。
2、造成泄漏的相关因素
⑴工作压力
⑵工作温度
⑶油液的清洁程度
⑷密封装置的性能
⑸液压元件的加工精度
⑹设备维护的状况
3、泄漏的危害
工作介质泄漏会使系统发热,元件容积效率降低,导致能量损失增大,增加能耗;液压泵、控制阀的内泄漏,严重影响泵、阀的工作性能,进而使系统压力下降、运动速度减慢、执行机构速度不稳定,并可能引起控制失灵以及动作程序错乱;外泄漏不仅造成工作介质浪费,使油耗增大,增加设备的运转费用;而且污染环境,使工作条件恶化,油液的泄漏还存在火灾隐患。
4、液压元件的泄漏指标
为了控制液压系统的泄漏,必须对液压元件的泄漏量加以限制,把泄漏程度作为评价质量的一项指标列入液压元件的出厂试验标准。标准规定液压元件的固定接合面不得有任何外泄漏。对其他部位的泄漏量,根据性能要求也做了相应的规定。
5、泄漏的防治
⑴控制工作压力
⑵控制系统温升
⑶保持油液清洁
⑷合理选择密封装置
⑸加强日常点检和维护
二、液压系统的密封
由于产生泄漏的主要原因是组成液压密封工作腔的各零件间有间隙,且间隙两侧有压力差,间隙和压力差是泄漏的必要条件。所以要防止泄漏产生,就要采取各种密封措施。密封的作用就是封住接合面的间隙,切断泄漏通道或增加泄漏通道中的阻力,以阻止泄漏。
液压系统和元件产生泄漏往往是密封的选用不当,密封件的安装和使用不当,或密封件保管不当等引起的。正确地设计和使用密封件,科学合理地维护密封件,可以有效降低泄漏。
1、对密封装置的要求
密封装置的功用是阻止泄漏。因此,有效地阻止泄漏是其首要要求。对密封装置的基本要求可以归纳为:
⑴密封性能
密封性能反映对泄漏的控制水平。要求密封装置在一定的压力和温度范围内具有良好的密封性能。
⑵摩擦性能
对动密封而言,高密封性会带来摩擦力的增大,使负载增加;并且加速密封件的磨损。因此,运动件之间因密封装置而引起的摩擦力要小,摩擦系数要稳定。
⑶耐压性能
耐压性能反映密封装置能够承受工作介质的压力的情况。因此,要求密封装置要有良好的耐压性能。
⑷寿命
密封件的使用寿命是密封件密封性、摩擦性以及耐压性三项综合性能的保持时间。因此,要求密封装置能抗腐蚀,不易老化,工作寿命长,且耐磨性好,磨损后在一定程度上能自动补偿。
⑸安装性能
要考虑密封件的安装部位和安装方法合理,且装拆方便。
⑹经济性
经济性指标是综合指标,要结合生产实际考虑性价比。
2、密封的形式
⑴动密封和静密封
密封偶合面间最显著的区别是有无相对运动。没有相对运动的属于静密封,静密封件在工作中须承受工作介质的压力;密封偶合面间有相对运动的就是动密封,动密封件除了要承受工作介质压力外还要耐受相对运动引起的摩擦磨损,既要保证一定的密封又要满足运动性能的要求。
⑵接触密封与非接触密封
接触密封是靠密封件在强制压力作用下紧贴在密封面上来达到密封效果的密封形式。
非接触密封是密封面之间处于仅有一层极薄的油膜隔开的摩擦接触状态的密封形式。
3、密封的选用
密封性能的优劣很大程度上取决于密封材料的性能,因此在选择密封时,首要的是考虑密封材料的性能和考虑使用条件,同时也要适当考虑价格因素。
⑴对密封材料的一般要求
①有适当的机械强度和硬度;
②与工作介质有良好的相容性,在工作介质中化学稳定性好,并有一定的耐受性,不溶胀,不收缩;
③压缩性和回弹性好,永久变形小,能够消除因活塞或活塞杆偏心引起的间隙;
④温度适应范围宽,高温下不软化、不分解,低温下不硬化、不脆裂;
⑤抗腐蚀性能好,在酸、碱、油等工作介质中,能长期工作,其体积和硬度变化小,且不粘附在金属表面上;
⑥摩擦系数小,耐磨性好;
⑦耐臭氧性和耐老化性好,经久耐用。
⑵选择密封时的考虑因素
①工作介质的类型 密封材料的选择必须考虑所使用工作介质与密封材料的相容性,如果不相容会引起密封件的膨胀或收缩现象,造成密封工作状态不良,在使用初期就可能发生故障。密封件膨胀会引起摩擦阻力增加,使密封件翻滚;密封件收缩会引起预压量减少,偏心补偿能力降低,造成泄漏。
②密封形式 动密封或者静密封对材料的摩擦、磨损性能要求不同,所以应当根据应用的场合及要求进行选择。
③密封件结构形式 根据工作情况选择挤压型或唇形等密封件结构形式,以满足工作时对其材料弹性、强度、变形等多项性能的要求。
④工作温度 不同材料的密封对温度的适应差别很大,因此要考虑环境温度及液压件的工作温度选择适合其工作温度要求的密封材料。
⑤工作压力 工作压力是液压系统工作的重要指标,也是密封设计的主要依据。因此应正确选用耐压性能满足工作压力要求的密封材料。
⑥工作环境 系统的工作环境会影响密封的使用性能。如果工作环境粉尘污染严重,则会加剧密封材料的磨损,此时应当选择耐磨性好的密封材料;如果系统受冷却水或水蒸汽的侵蚀,在密封设计时则要考虑密封材料的防水或防热水性能。
⑦元件工作条件 选择密封时应考虑元件的工作条件,如果密封材料在振动环境工作,则应考虑其弹性能补偿振动造成的偏移,以免接触应力不足引起泄漏。
⑧装配工艺 密封的装配工艺甚至密封装置的结构都会影响到密封材料的变形能力,在装配时应按照密封件的正确安装程序进行,正确的安装方法和装配工艺可以保证良好的密封性能。
⑨价格因素 密封材料价格差别很大,其价格与材料质地、制作工艺、人工费用等有密切关系,在选用密封的时候要综合考虑具体的使用场合,性能要求等因素。
4、常用密封件
密封有多种类型,液压系统中应用最多的是成形填料密封,主要有O形密封圈和唇形密封圈等类型。
唇形密封圈是一种具有自密封作用的密封圈,它依靠唇部紧贴密封偶合表面,阻塞泄漏通道而获得密封效果。唇形密封圈的工作压力为预紧力和流体压力之和,当被密封介质压力增大时,唇口被撑开,更加紧密地与密封面贴合,密封性进一步增强,此外唇边还有刮油的作用,更增强了密封圈的密封性能。
唇形密封圈根据截面形状可分为Y形圈、V形圈、U形圈、L形圈、J形圈以及蕾形圈等。
5、现场密封失效的原因
⑴密封结构不合理或密封件选用不当
⑵加工装配质量差
⑶密封件性能不好
⑷使用不当
6、密封件的损坏形式
⑴磨损
⑵缝隙挤压变形
⑶翻转
⑷谷部开裂
⑸扭转
⑹偏磨
⑺材料老化
7、密封件安装时的注意事项
①注意密封件的安装有无方向性,不要装反;
②必要时可涂抹润滑剂,增加润滑便于安装;
③注意清除沟槽内和周边的金属粉末等异物,还应注意不能残存切削液和防锈油等;
④使用清洗液也要注意与密封件材料的相容性,并在清洗后做干燥处理;
⑤安装时注意避免损伤密封圈;
⑥注意密封圈安装时不要造成扭转和翻滚;
⑦复杂密封装置的安装要使用专用的安装工具。
8、密封件的保管要求
①严格避免在高温环境或低温环境中保存密封件,密封件的保存温度不应超过35℃;但也不宜在-15℃以下保存;
②不要接触水、油及酸、碱物质,不可受阳光直射,并远离臭氧源和避开放射线;
③密封件应以其自然状态存放,严禁堆放、吊放,更不可使密封件受重物压放,也不要用绳索捆绑密封圈,以防止其产生永久变形;
④密封件堆放处距地面不得少于0.3m;
⑤密封件要用聚乙烯袋包装,并注意时效期限。
9、密封件的使用
①设计使用密封件时,必须正确地选择密封形式和密封件的种类,正确设计密封装置的结构、尺寸和精度,正确选择密封件材料;
②密封件使用前要认真查验其出厂日期,变形、老化及尺寸是否合格等各方面情况,有问题者不可投入使用;
③密封件使用前不要轻易拆封。领用的新密封件在安装前,一定要严格注意其清洁。
10、改善密封状态是消除泄漏的有效措施
⑴采用高性能密封材料
⑵合理选择密封结构形式
⑶改善密封的相关因素
第六章 液压系统的污染控制
液压系统能否正常工作,除系统设计、元件制造和维护外,工作介质的清洁度是一个十分重要的因素。工作介质的污染将直接影响系统的工作性能和使元件过早地磨损,甚至造成设备事故。大量事实表明,液压设备的工作可靠性与液压系统的污染状况有着密切的关系,控制液压系统工作介质污染已经成为保证设备安全、高效、经济运行的关键,必须充分重视。
一、液压系统污染的原因
液压系统污染的原因是多方面的,但主要有两个因素:一是工作介质本身的变质产生粘度变化和酸值变化,二是外界污物混入工作介质内。其原因主要有以下几方面。
1、系统设计方面的问题
设计系统时,对可能引起污染的因素考虑不足,未采取有效的预防措施以使污染得到根本的防治,反而留下产生污染的隐患,使设备在以后的工作中出现难以治理的污染。
2、加工制造方面的问题
设备加工制造阶段,从选购液压件、管道管件、密封件、工作介质,到加工装配,均未能严格按照技术要求认真进行,致使新制造的设备就已被严重污染无法进行正常工作。
3、使用维护方面的问题
设备从搬运安装、环境选择,乃至工作介质的过滤、系统调整、生产操作和日常维护及检修,均未按照要求进行,从而使合格的液压设备,很快受到严重污染。
二、液压系统污染的类型及危害
液压系统的污染主要是工作介质的污染。由于液压油是液压系统主要的工作介质,因此必须重视工作油液的污染。
工作油液的污染包括空气、水分、固体颗粒、胶质等物的污染,其中固体颗粒是最普遍、危害作用最大的污染物。
1、固体颗粒的污染
固体颗粒污染物主要有切屑、铸造沙粒、焊渣、灰尘、毛刺等。
⑴颗粒污染物进入液压元件的配合间隙,会使滑动表面摩擦加剧,或划伤配合表面,破坏其配合精度和表面粗糙度,使泄漏增加,甚至造成元件动作灵敏度降低或动作循环错乱。
⑵液压元件中的阻尼小孔和缝隙式控制阀口,若被工作油液中的污染物堵塞,将会导致液压元件不能正常工作。例如先导型溢流阀,若污染颗粒堵塞阻尼小孔或者卡住先导滑阀,将使系统压力无法建立或无法调节;而对于流量控制阀,积聚在缝隙阀口处的污染物则会影响工作速度的稳定性。
⑶颗粒污染物进入阀芯与阀体的配合间隙,将影响滑阀移动的灵活性甚至将阀芯卡死,使系统动作失灵;而污染颗粒若粘附于压力控制阀的阀座,会使阀座密封不良,由于这种污染颗粒可能时而粘附阀座,时而被油液冲走,因此会导致无规律的压力波动。
⑷工作油液的固体颗粒污染会使液压元件磨损加剧,寿命缩短和工作失常;并可能破坏密封增大泄漏;也会加速油液变质,缩短油液的使用寿命。
2、气体的污染
气体污染物主要有从大气混入系统的空气和从油液中分离出来的气体。油液中的空气或其他气体,会产生气穴和气蚀作用,引起金属表面的小块剥落、损坏密封材料;并使油温升高,引起油粘度发生变化;还可使系统压力不稳定,并产生噪声、振动和爬行,影响工作平稳性;气泡的压缩性,会影响系统工作的精确度,使换向精度降低;油液中气泡受到压缩,会产生局部高温,加速油液变质。
3、液体的污染
液体污染物主要有水分、清洗液(油)或者其他种类的液压工作介质。工作油液中混入水分则会使油液乳化,引起系统锈蚀,降低润滑性能,并使低温性能变坏。其他液体与工作油液混合将会引起油液变质,使油液的物理、化学性能降低,导致油液过早老化失效;油液变质所产生的胶质物不仅使油液的粘度增大,还会堵塞过滤器,影响设备正常工作。
4、工作油液氧化
液压系统在工作时,由于各种压力损失产生大量的热量,使系统油温上升。温度高时,工作油液易受氧化,这是因为系统内存有高压空气油液与空气中的氧接触,氧原子呈氧分子状态,即造成油液的氧化作用。氧化所生成的有机酸,使油液中酸值增加,这将增加对金属的腐蚀作用。此外,氧化酸生成粘胶性质的不溶于油的渣状沉淀物,即漆类附着物,而可溶性氧化聚合物使油液的粘度增大,并且高温氧化物有乳化作用,使油和水充当乳化剂。因此,氧化作用使工作油液降低了抗乳化性能与抗磨损性能,这些性能的恶化给工作油液带来了严重的恶果。所以工作油液的氧化是其变质、污染的重要原因。通常在油中加入防止氧化添加剂以提高其抗氧化能力。
三、液压系统污染的控制
1、对新油的污染控制
通过检验发现,未经过滤净化的新油其污染度往往超过规定的要求。新油污染的原因是多方面的,包括从炼制、分装、运输和储存等过程中的污染。实践证明,从炼油厂出厂的油液其污染度就可能超过实际液压系统容许的污染度,而且新油在长期储存过程中,油液中的颗粒污染物有聚结成团的趋势。所以,对新油的污染控制必须采取有效的管理措施。液压油购进后,对其主要理化性能(包括油液清洁度)应进行检测。对清洁度不符合要求的新油,在使用前必须进行过滤净化。
2、液压系统的污染控制
⑴减少系统残留的污染物
装配液压元件前要认真清洗零件,装配后要采取措施防止液压元件在储存、运输过程中被污染。装配液压系统时对油箱、管路、接头等要仔细清洗,并在管路试装后全部拆除彻底清洗,去掉毛刺,并进行酸洗、中和及防锈处理,而且还应严格检验液压泵、液压阀的污染程度,防止污物侵入系统。液压系统在投入使用前,还必须对系统进行循环冲洗,彻底消除制造安装过程中产生的杂质对工作油液的污染。
⑵防止污染物侵入系统
加油时必须按规定进行过滤。应使用专用的过滤机往油箱内注油,并注意插入油桶和油箱内的输油管应清洁,防止将杂质带入油箱。过滤机的滤芯也应及时更换。
系统漏出来的油液未经过滤不得返回油箱,不能把油箱当成垃圾箱。油箱要合理密封并加装空气滤清器以防止污垢通过油箱侵入系统。液压缸活塞杆伸出端是污染物侵入的重要途径之一,一般可在活塞杆压力密封外端设置防尘密封以防止外界污染物侵入。
要注意防止环境污染,在维修时应严格执行清洁操作规程,绝不能乱拆乱放,防止在检修时造成元件和系统油液的污染,特别是在液压元件的组装时更应注意。
⑶清除系统中污染物
应合理选择过滤精度,按照液压元件对污染的敏感度,根据保持液压系统正常工作所允许进入系统的最大颗粒和考虑使工作介质中含有细微颗粒的浓度,保持在一定的范围内来选择过滤精度。
还应合理选择过滤器的类型和安装位置,并根据系统使用情况,定期检查、清洗或者更换滤芯,清理油箱,正确选择、使用和维护过滤器是控制污染的关键环节。
发现工作油液被污染时,应立即查明原因,并及时消除。异常污染的原因可能是外界污垢大量侵入,也可能是系统内部出现异常污染源,此时要采取相应的措施。
如果靠系统的“在线”过滤器无法净化过分污染的系统时,可用过滤机对系统中的工作油液进行加压循环过滤。另外,定期把已经变质的或已经污染的工作油液放出也是控制污染的一种有效方法。
⑷控制新生污染物
严格执行工作油液使用、维护规程,特别要注意控制系统的温升。如果油温过高会使工作油液氧化加剧,生成胶质化合物和沉淀物,油质迅速下降。
四、工作介质的污染度测定
1、污染度
污染度是指单位容积油液中固体颗粒污染物的含量,即油液中所含固体颗粒污染物的浓度。液压系统工作介质污染的程度可用污染度定量的表示。
2、液压系统工作油液的污染度等级标准
⑴ISO4406污染度等级标准
该标准为《液压传动—油液—固体颗粒污染等级代号法》,是采用两个数码代表油液的污染度等级,前面的数码代表1ml油液中尺寸大于5μm的颗粒数等级,后面的数码代表1ml油中尺寸大于15μm的颗粒数等级,两个数码之间用一斜线分隔。
⑵GB/T14039污染度等级标准
GB/T14039—2002是我国制订的《液压传动—油液—固体颗粒污染等级代号法》,该标准等效采用ISO4406 标准。作为液压油液的清洁度标准。
⑶NAS1638污染度等级标准
该标准以颗粒浓度为基础,按照100ml油液中在给定的5个颗粒尺寸区间内的最大允许颗粒数划分为14个污染度等级。最清洁的等级为00级,污染度最高的为12级。
3、污染度的测定方法
①目测法
②比色法
③颗粒计数法
④质量法
⑤污染指数法 (也称淤积指数法 )
⑥直观检测法
第七章 液压系统故障诊断
液压系统在运行过程中若出现故障,将会导致整台设备无法正常工作,甚至使整条生产线停产。因此,必须重视液压系统故障的分析与排除。液压设备是由机械、液压、电气、仪表等装置有机地组合而成的统一体,系统的故障分析也是由各方面因素综合影响的一个复杂问题。所以,在分析液压故障之前必须先弄清楚整个液压系统的传动原理、结构特点,然后根据故障现象进行分析、判断,逐步深入,最后准确地确定故障部位和原因并采取有效的对策。
一、液压系统故障的概念
从系统的观点来看,故障包括两层含义:一是系统偏离正常功能,这主要是系统或元件的工作条件不正常而产生的,通过参数调节或元件的修复又可恢复到正常功能;二是功能失效,这是指系统连续偏离正常功能,且其程度不断加剧,使系统的基本功能不能保证。也就是说,如果液压系统在实际工作中,降低或丧失了规定的功能,出现了不能满足其技术性能和运转品质要求的情况,就可认为液压系统出现了故障。液压系统的技术性能包括液压缸的行程、推力、速度及其调节范围,液压马达的转向、扭矩、转速及调节范围等;运转品质包括运转平稳性、精度、噪声、效率、温升、多缸系统中各个液压缸动作的协调性等。一台良好的液压传动设备,它的液压系统必须满足其规定的性能要求,只有完全满足这些要求,整台设备才能正常、可靠地工作。
二、液压系统故障分类
液压系统的故障有很多类型,但一般可以分为以下两大类:
1、间断性故障
间断性故障指在很短的时间内发生,使设备局部丧失某些功能,而在发生后又很快恢复到正常状态的故障。
2、永久性故障
永久性故障指设备某些功能丧失,必须经过修复或更换某些零部件才能恢复到正常状态的故障。
永久性故障主要有以下类型:
⑴按故障发生的速度分
①突发性故障:不能早期预测的故障。
②渐发性故障:有一个形成发展的过程,通过测试可早期预测的故障。
⑵按功能丧失程度分
①完全性故障:功能完全丧失的故障。
②部分性故障:某些局部功能丧失的故障。
⑶按故障原因分
①磨损性故障:设计时便可预料到的属于正常磨损造成的故障。
②错用性故障:由于违章操作或误操作以及超压、超载、超限使用所造成的故障。
③固有薄弱性故障:使用时虽未超过规定值,但由于设计时的“先天不足”而导致的故障。
⑷按危险程度分
①危险性故障:造成人身伤亡或设备损坏的故障。
②安全性故障:虽然丧失或降低了功能,但对设备或人员不构成威胁的故障,例如液压设备不能启动的故障就属于安全性故障。
三、液压系统故障的特点
1、故障的隐蔽性
液压部件的机构和油液封闭在密闭的壳体和管道内,当故障发生后,不如机械传动故障那样容易直接观察到,又不像电气传动那样方便测量,所以确定液压系统故障的部位和原因是比较困难的。
2、故障的多样性和复杂性
液压设备出现的故障可能是多种多样的,而且很多情况下是几个故障同时出现的,这就增加了液压系统故障的复杂性。例如:系统的压力不稳定,经常和振动噪声故障同时出现;而系统压力达不到要求经常又和动作故障联系在一起;甚至机械、电气部分的弊病也会与液压系统的故障交织在一起,使得故障变得多样和复杂。
3、故障的难于判断性
影响液压系统正常工作的原因,有些是渐发的,如因零件受损引起配合间隙逐渐增大,密封件的材质逐渐恶化等渐发性故障;有些是突发的,如元件因异物突然卡死造成动作失灵所引起的突发性故障;也有些是系统中各液压元件综合性因素所致,如元件规格选择、配置不合理等,很难实现设计要求;有时还会因机械、电气以及外界因素影响而引起液压系统故障。以上这些因素给确定液压系统故障的部位以及分析故障的原因增加了难度。所以当系统出现故障后,必须综合考虑各种因素,对故障进行认真地检查、分析、判断,才能找出故障的部位及其产生原因。但是,一旦找出故障原因后,往往处理和排除却比较容易,一般只需更换元件,有时甚至只需经过清洗即可。
4、故障的交错性
液压系统的故障,其症状与原因之间存在着各种各样的重叠和交叉。
引起液压系统同一故障的原因可能有多个,而且这些原因常常是交织在一起互相影响的。例如,系统压力达不到要求,其原因可能是液压泵引起的,也可能是溢流阀引起的,也可能是两者同时作用的结果,也可能是液压油的粘度不合适,或者是系统的泄漏等所造成的。
另外,液压系统中同一原因,但因其程度的不同、系统结构的不同、以及与它配合的机械结构的不同,所引起的故障现象也可以是多种多样的。例如,同样是系统吸入空气,可能出现不同的故障现象,特别严重时能使泵吸不进油;较轻时会引起流量、压力的波动,同时产生轻重不同的噪声;有时还会引起机械部件运动过程中的爬行。
所以,液压系统的故障存在着引起同一故障原因的多样性和同一原因引起故障的多样性的特点,即故障现象与故障原因不是一一对应的。
5、故障产生的随机性与必然性
液压系统在运行过程中,受到各种各样随机因素是影响,因此,其故障有时是偶然发生的,如:工作介质中的污物偶然卡死溢流阀或换向阀的阀芯,使系统偶然失压或不能换向;电网电压的偶然变化,使电磁铁吸合不正常而引起电磁阀不能正常工作等,这些故障不是经常发生的,也没有一定的规律。但是,某些故障却是必然会发生的,故障必然发生的情况是指那些持续不断经常发生,并具有一定规律的原因引起的故障,如工作介质粘度低引起的系统泄漏、液压泵内部间隙大使得内泄漏增加导致泵的容积效率下降等。因此在分析液压系统故障的原因时,既要考虑产生故障的必然规律,又要考虑故障产生的随机性。
6、故障的产生与使用条件的密切相关性
同一系统往往随着使用条件的不同,而产生不同的故障。例如:环境温度低,使油液粘度增大引起液压泵吸油困难;环境温度高、又无冷却时,油液粘度下降引起系统泄漏和压力不足等故障。设备在不清洁的环境或室外工作时,往往会引起工作介质的严重污染,并导致系统出现故障。另外,操作维护人员的技术水平也会影响到系统的正常工作。
7、故障的可变性
由于液压系统中各个液压元件的动作是相互影响的,所以,排除了一个故障,往往又会出现另一个故障。这就使液压系统的故障表现出了可变性。因此,在检查、分析、排除故障时,必须特别注意液压系统的严密性和整体性。
8、故障的差异性
由于设计、加工、材料及应用环境的差异,液压元件的磨损和劣化的速度相差很大,同一厂家生产的同一规格的同一批液压件,其使用寿命会相差很大,出现故障的情况也有很大差异。
四、液压系统故障对设备及其工作的影响
液压系统出现故障,会给设备本身及其工作带来以下不良影响:
1、对设备的工作过程产生不利影响,降低设备的工作质量,严重时可能使设备无法正常工作;
2、使设备运转的经济性降低;
3、使设备的使用寿命大大缩短,甚至引起设备、工具、模具的损坏,严重时可能引起重大设备、人身安全事故;
4、使工人的操作条件恶化。
五、液压系统故障诊断的工作内容
1、判定故障的性质与严重程度;
2、查找失效元件及失效位置;
3、查找引起故障的初始原因;
4、故障机理分析;
5、预测故障发展趋向。
六、液压系统常见故障现象及其原因
1、液压系统故障的初期信息
一般情况下,任何故障在演变为大故障之前都会伴随有种种不正常的征兆。液压系统的故障无论是渐发性的还是突发性的,从潜在故障发展为功能故障时,都会有一些故障的初期信息表现出来。只要在使用过程中细心留意、认真点检,并加强察觉这些不正常征兆的能力,即能及时发现故障前兆。
液压系统故障前兆可归纳为以下几个方面:
①出现了不正常的声音;
②出现执行机构速度下降或无力现象;
③出现油箱液位明显下降现象;
④出现工作介质变质现象;
⑤出现外泄漏现象;
⑥出现油温过高现象;
⑦出现管路损伤、松动及振动现象;
⑧出现不正常气味等。
2、液压系统常见故障现象
液压系统的故障现象是复杂多样的,经常出现的是压力类故障、动作类故障以及振动、噪声、油温过高、泄漏、系统污染等故障。但在不同的运行阶段,液压系统有着不同的故障现象:
⑴新试制设备调试阶段的故障
新试制设备在调试阶段故障率较高,存在问题较为复杂,其特征是设计、制造、安装调整以及质量管理等问题交织在一起。一般情况下,新试制设备调试阶段液压系统常见的故障现象有:
①接头、端盖等处外泄漏严重;
②工作速度不稳定;
③由于脏物使阀芯卡死或运动不灵活,造成液压缸或液压马达动作失灵;
④控制阀阻尼孔被堵,造成系统压力不稳定或压力调不上去;
⑤某些阀类元件漏装了弹簧或密封件,甚至管道接错而使动作混乱;
⑥设计不妥,液压元件选择不当,使系统发热,或同步动作不协调,位置精度达不到要求等。
⑵定型设备调试阶段的故障
定型设备调试时的故障率相对较低,主要是由于搬运中损坏或安装时失误而造成的一般容易排除的故障。其表现如下:
①外部有泄漏;
②压力不稳定或动作不灵活;
③液压件及管道内部进入脏物;
④元件内部漏装、错装弹簧或其他零件;
⑤液压件加工质量差或安装质量差,造成阀芯动作不灵活。
⑶设备运行中出现的故障
液压设备在运行中出现的故障,除因污物堵塞阻尼孔道或卡阻阀芯造成系统动作失灵外,常见的有以下四类故障现象,即:漏油、发热、振动和噪声。这四类故障有时单独出现,有时伴随出现,也有伴随别的故障同时或略滞后出现的。特别是设备运行到中期以后时,各类液压元件因工作频率和负荷条件的差异,各易损件先后开始正常性的超差磨损。在此阶段,故障率逐渐上升,主要表现为:
①由于零件磨损,液压系统内、外泄漏量增加,效率降低;
②某些元件失效造成系统动作失灵或不能控制;
③使用不合理(如液压油污染控制不当),造成系统发热;
④出现振动和噪声;
⑤液压油中出现泡沫或水;
⑥执行元件不动作或误动作。
⑷偶发事故性故障
这类故障特征是偶发突变,故障区域及产生原因较为明显。如碰撞事故使零部件明显损坏,异物落入液压系统产生堵塞,管路突然爆裂,内部弹簧偶然断裂,电磁铁线圈烧坏,密封圈断裂等。
3、液压系统产生故障的原因
⑴内在原因
①设计时确定的技术参数不合适;
②系统结构设计不合理;
③所选用的元件,其结构、性能或质量不符合要求;
④系统安装未能达到技术规范要求;
⑤零部件的加工制造质量不合格;
⑥某些零件经长期使用后出现的正常磨损。
⑵外在原因
①设备运输或安装中引起的损坏;
②使用环境恶劣;
③调试、操作与维护不当;
④电网电压异常。
七、液压系统故障排除的步骤
液压系统故障的诊断与排除是对运行中的液压系统采用分析法来确诊其产生故障的原因,然后加以排除,使系统正常运行的过程。
1、故障排除前的基础工作
⑴认真阅读设备使用说明书,熟悉与设备使用有关的技术资料,通过阅读和查询掌握以下情况:
①设备的结构、工作原理及技术性能、特点等;
②液压系统在设备上的功能、系统的结构、工作原理及设备对液压系统的要求;
③液压系统中所采用各种元件的结构、工作原理及性能;
④与设备有关的档案资料,如生产厂家、制造日期、液压件状况、运输途中有无损坏、调试及验收时的原始记录、使用期间出现过的故障及处理方法等;
⑵掌握液压传动的基本知识及处理液压故障的初步经验。
2、故障诊断与排除的步骤
在熟悉设备性能和技术资料的基础上,认真研究液压系统原理图,进一步弄清各元件的性能和在系统中的作用以及它们之间的联系,熟悉液压系统工作原理和运行要求以及一些主要技术参数,然后按以下步骤进行故障的诊断与排除。
①调查情况
到现场向操作者调查设备出现故障前后的工作状况及异常现象,产生故障的部位和故障现象,同时还要了解过去对这类故障排除的经过。
②现场检查
任何一种故障都表现为一定的故障现象。这些现象是对故障进行分析、判断的入门向导。由于同一故障可能是由多种不同的原因引起的,而这些不同原因所引起的同一故障又有着一定的区别,因此在处理故障时首先要查清故障现象。现场检查时要认真仔细地进行观察,充分掌握其特点,了解故障产生前后设备的运转状况,查清故障是在什么条件下产生的,并摸清与故障有关的其他因素。
到现场了解情况时,如果设备还能启动运行,就应当亲自启动一下设备,操纵有关部分,观察故障现象,查找故障部位,听听噪声,看看有无泄漏,并观察系统压力变化和执行元件动作情况。
③查阅技术档案
对照本次故障现象,查阅技术档案,判别是否与历史记载的故障现象相似,还是新出现的故障。
④归纳分析
在现场检查的基础上,结合操作者提供的情况及历史记载的资料进行综合分析,初步列出可能引起故障的原因,然后进行认真地分析判断。
分析判断时应注意:首先充分考虑外界因素对系统的影响,在查明确实不是外界原因引起故障的情况下,再集中注意力在系统内部查找原因;其次,分析判断时,一定要把机械、电气、液压3个方面联系在一起考虑,且不可孤立地单纯对液压系统进行考虑;第三,要分清故障是偶然发生的还是必然发生的。对必然发生的故障,要认真查出故障原因,并彻底排除,对偶然发生的故障,只要查出故障原因并做出相应的处理即可。
常用的分析液压故障的基本方法有顺向分析法和逆向分析法。顺向分析法是从引起故障的各种原因出发,逐个分析各种原因对液压故障影响的一种分析方法,这种分析方法对预防液压故障的发生、预测和监视液压故障具有重要的作用。逆向分析法是从液压故障的结果向引起故障的原因进行分析的一种分析方法。这种方法目的明确,查找故障较简便,是常用的液压故障分析方法。
归纳分析是找出故障原因的基础,分析时特别要注意到事物的相互联系,逐步缩小范围,直到准确地判断出故障部位,然后拟定排除故障的
方案
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。
⑤调整试验
调整试验就是对仍能运转的设备经过上述分析判断后所列出的故障原因进行压力、流量和动作循环的试验,以去伪存真,进一步证实并找出哪些更可能是引起故障的原因。
调整试验可按照已列出的故障原因,依照先易后难的顺序进行,如果把握性较大,也可首先对怀疑较大的部位直接进行试验。
⑥拆卸检查
对经过分析判断和调整试验后确认的故障部位进行拆卸检查,以便进一步弄清故障的状态和原因。拆卸检查时,要注意保持该部位的原始状态,仔细检查有关部位,且不可用脏手乱摸有关部位,以防手上污物粘到该部位上,或手将原来该处的污物摸掉,影响拆卸检查的效果。
在拆卸检查中,应认真、仔细,力求准确,避免盲目地拆卸零部件,以免引起新的损坏或降低这些元件的使用寿命。
⑦处理
在摸清情况的基础上,制定出切实可行的排除措施,并组织实施。实施中要严格按照技术规程的要求,对检查出的故障部位,仔细认真地处理。切勿进行违反规程的草率处理。这一步也是对分析判断的结论进行验证。
⑧重试与效果测试
在故障处理完毕后,重新进行试验与测试。注意观察其效果,并与原来故障现象进行对比。如果故障还未消除,就要对其他怀疑部位进行同样处理,直至故障消失。
⑨总结经验
故障排除后,对这次故障的处理要进行认真的定性、定量分析总结,以便对故障产生的原因、规律得出正确的结论,从而提高处理故障的能力,也可防止同类故障的再次发生。通过分析,可以总结出成功的经验,不断积累的维修工作实际经验是开展故障诊断技术的一个重要依据。
⑩纳入设备档案
将本次产生故障的现象、部位、故障原因及排除方法作为历史资料纳入设备技术档案,以便于以后查阅。
八、液压系统故障诊断的层次和方法
1、简易诊断技术
①主观诊断法 它是靠维修人员利用简单的诊断仪器和凭个人的实际经验对液压系统出现的故障进行诊断,判别产生故障的原因和部位,这是普遍采用的方法。主观诊断法又称“四觉诊断法”,即运用视觉、听觉、触觉和嗅觉来分析判断液压系统故障的诊断方法。
视觉诊断法也称观察法,就是用肉眼直接观察液压系统工作的真实现象:如观察执行机构的运动速度和动作有无变化和异常;观察液压系统中各测压点的压力值及波动大小;观察油温、油量是否满足要求;观察油液是否清洁,有否变质,油的粘度是否符合要求,油的表面是否有泡沫;观察系统总回油管的回油情况;观察液压管道各接头处、阀板结合处、液压缸端盖处、液压泵轴伸出处是否有渗漏、滴漏和出现油垢现象;观察液压缸活塞杆或工作台等运动部件工作时有无跳动或爬行现象;观察电磁铁的吸合情况并以此判断电磁铁的工作状态和换向阀各油口的通断情况;也可通过观察设备加工出来的产品的质量来判断运动机构的工作状态、系统工作压力和流量的稳定性等等。
听觉诊断法也称探听法,就是用耳听来判别液压系统或液压元件的工作是否正常:如听液压泵和液压系统工作时的噪声是否过大;听溢流阀等元件是否有尖叫声;听换向时冲击声是否过大;听液压缸是否有活塞撞击端盖的声音;听油路板内部是否有微细而连续不断的泄漏声音;听液压泵或液压马达在运转时是否有敲打声;听液压系统各部位的所有异常声音。通过探听,可直接找出异常声音产生的部位,为确定故障部位提供有价值的参考信息。探听时可采用一根细长铜管之类的物体当作“简易听诊器”。
触觉诊断法也称手摸法,就是用手摸正在工作的部件表面,以此感觉系统的工作状态是否正常:如摸液压泵泵体外壳、油箱外壁和阀体外壳表面的温度,若接触2s就感到烫手不能忍耐,此时油温就已超过60℃,应立即检查原因;用手摸运动部件和管子,可以感觉到有无振动,若有高频振动,就应检查产生原因;当液压缸在低速运动时,用手摸液压缸活塞杆,可判断其有无“爬行”现象;用手拧一下挡铁、微动开关、紧固螺钉等,可检验紧固螺钉的松紧程度。对系统发热和振动故障,用手摸法可以很容易找出故障部位。
嗅觉诊断法就是用鼻闻工作介质是否已发臭变质或工作环境中是否有异常气味,并以此判断工作介质是否需要更换或者是否有液压元件、电气元件被烧坏等。
在四觉诊断的基础上,再查阅设备技术档案中的有关故障分析与修理的记录;查阅点检记录;查阅交接班记录和维护保养情况的记录;以及询问现场操作者关于设备出现故障前后的工作状况及异常现象。总之,要清楚地掌握所有的客观情况。但是,由于个人的感觉不同,判断能力的差异和实际经验的不同,其诊断的结果会有差别。所以主观诊断只是一个简单的定性诊断,还做不到定量分析。为了弄清楚液压系统产生故障的原因,有时就要停机拆卸某个液压元件,把它放到试验台上做定量的性能测试。
②分段检查试验法 对某些压力故障和动作故障,可采用分段检查试验法。分段法并不着重于深入的理性分析,而是对系统进行由外到内、由头到尾,以及各个回路的分段检查。通过分段检查排除疑点,找出真正的故障部位。分段检查应首先检查系统外的各种因素,外部因素排除后再对系统本身进行检查。对系统进行检查,一般应按照电动机—联轴器—液压泵—回路的顺序,依次对每个有关环节进行检查,对多回路系统应依次对各有关回路分别进行检查。
③浇油法 对怀疑与进气有关的故障,可采用浇油法找出进气部位。找进气部位时,可用工作油液浇淋怀疑部位,如果浇到某处时,故障现象消失,证明找到了故障的根源。浇油法对查找液压泵和系统吸油部位进气造成的故障特别有效。
④元件替换法 对怀疑有故障的元件,特别是较容易更换的液压阀类元件,可用新件替换下嫌疑件,若故障消失,就说明该件就是故障件;若故障依然存在,可再对下一个嫌疑件进行替换,直至找到故障部位。
2、精密诊断技术
精密诊断技术,即客观诊断法。它是在简易诊断法的基础上对有疑问的异常现象,采用各种监(检)测仪器对其进行定量分析,从而找出故障原因。对自动线之类的液压设备,可以在有关部位和各执行机构中装设监测仪器(如压力、流量、位置、速度、液位、温度等传感器),在自动线运行过程中,某个部位产生异常现象时,监测仪器均可检测到技术状况,并可在屏幕上自动显示出来。
状态监测用的仪器种类很多,通常有压力传感器、流量传感器、速度传感器、位移传感器、油温监测仪、位置传感器、液位监测仪、振动监测仪等。把监测仪器测量到的数据输入电子计算机系统,计算机根据输入的信号提供各种信息和各项技术参数,由此可判别出某个执行机构的工作状况,并可在电视屏幕上自动显示出来。在出现危险之前可自动报警或自动停机或不能启动另外一个执行机构等。状态监测技术可解决凭人的感官无法解决的疑难故障的诊断。
3、故障诊断的基本方法
⑴液压系统原理分析法
利用液压系统原理图分析和查找故障部位,首先要熟悉本系统的工作原理,熟悉本系统所使用的所有元件的结构和技术性能,然后才能逐步找出故障部位和故障原因。这是查找液压故障的一种最基本方法。
在利用液压系统原理图分析和查找故障部位时,主要方法是“抓两头,连中间”,即从抓动力源和执行元件开始,先分析故障是否出在液压泵和液压缸或液压马达本身;如果不是,再逐步分析从动力源到执行元件之间经过的管路和控制元件,此时除了要注意分析故障是否出在所连路线上的液压元件外,还要注意指令系统工作状态转换时的发讯装置是否正常动作;并且也要注意油路有无接错而产生相互干涉现象,如有相互干涉现象,要分析是设计错误还是使用调节错误,然后针对其原因予以排除。
⑵区段划分法
⑶鱼刺图分析法
鱼刺图又称因果图,即用因果分析的方法对出现的故障进行分析,找出影响该故障的主要因素和次要因素,编制鱼刺图(如图所示),再进一步用鱼刺图分析出故障的原因。这样,既能很快找出产生故障的主次原因,又能积累排除故障的经验。
⑷逻辑分析诊断法
逻辑流程图分析法是根据液压系统的基本原理进行逻辑分析,减少怀疑对象,最终找出故障发生的部位,检测分析故障原因的一种方法。应用逻辑流程图可以查定较复杂液压系统的故障部位。
首先由专家设计逻辑流程图,并把故障逻辑流程经过程序设计输入到计算机中储存。当某个部位出现不正常技术状态时,计算机可帮助人们快速找到产生故障的部位和原因,使故障得到及时处理。
例如,下图是液压缸不动作故障的逻辑流程图,对这一故障可以从该逻辑流程图中一步一步查找下去,最后找到产生故障的真正原因。
⑸专用仪器检测法
⑹状态监测法
九、液压系统常见故障分析
液压系统常见故障有压力故障、动作故障及其他类故障三大类,各类故障的现象及原因各不相同,只有准确查定故障的部位和原因,才可对症下药,迅速排除故障。
1、压力类故障
⑴常见的压力故障现象
压力是液压系统的两个最基本参数之一,其大小取决于负载。工作压力正常与否在很大程度上决定了液压系统工作性能的优劣。常见的压力故障有以下几类。
①系统无压或压力达不到要求;
②压力不稳定;
③压力转换滞后;
④压力调节控制失灵;
⑤压力冲击;
⑥压力损失大;
⑦卸荷回路工作不正常等。
⑵引起压力故障的几种常见原因
①溢流阀(或卸荷阀)故障;
②系统气穴;
③液压泵故障;
④内、外泄漏严重;
⑤工作介质污染严重;
⑥工作介质粘度不合适;
⑦元件选用不当或连接错误等。
2、动作类故障
液压系统在工作时经常出现一些不正常的运动状态,如不能动作、爬行、速度控制调节失灵等,这些都称之为动作故障。导致动作不正常的原因很多,必须综合研究予以排除。
⑴常见的动作故障现象
①启动不正常;
②不能动作;
③爬行;
④执行机构运动速度失常;
⑤速度调节控制失灵;
⑥动作程序错乱等。
⑵引起动作故障的几种常见原因
①液压缸故障;
②系统气穴;
③换向阀故障;
④内、外泄漏严重;
⑤工作介质污染严重或粘度不合适;
⑥电气控制系统故障;
⑦元件选用不当或连接错误;
⑧系统压力达不到要求;
⑨机械约束等。
3、其他类故障
⑴振动和噪声
振动和噪声是液压设备常见的故障之一,而且振动和噪声往往同时出现,给设备的工作带来严重危害。
①振动和噪声的危害
1)影响设备的工作质量,降低设备的生产效率,严重时还会引起设备的损坏;
2)使液压系统的工作性能变坏,降低液压元件的使用寿命;
3)强烈的振动会影响电气设备的正常工作,出现误动作,甚至造成电器、仪表的损坏;
4)导致不应有的能量损耗;
5)污染环境,恶化操作条件;
6)噪声淹没危险信号和指挥信号,容易造成恶性事故。
②引起振动和噪声故障的原因 引起振动和噪声故障的原因是十分复杂的。不但设备的机械、电器、液压系统都可以引起振动和噪声,就是在液压系统内部,几乎每个环节、部位都可以引起振动和噪声。因此,分析处理这种故障是比较困难的。
分析液压设备的振动和噪声,主要有以下几方面原因:
1)系统气穴引起振动和噪声;
2)系统内液压泵、液压马达、各种控制阀等元件本身质量不好引起振动和噪声;
3)控制阀失灵引起振动和噪声;
4)系统内压力、流量脉动,以及由此而形成的共振,引起振动和噪声;
5)机械碰击引起振动和噪声;
6)机械系统振动及外界振动引起振动和噪声。
⑵油温过高
液压系统是以液体为工作介质实现能量的转换和传递,液压油是主要的工作介质。为了保证设备的正常工作和液压系统工作的品质,设备工作时工作介质的温度应保持在一定范围之内。一般的液压系统,液压油的温度不应超过60℃。但在实际工作中,由于油液流动时粘性摩擦产生的压力损失,由于泄漏产生的容积损失和压力损失,由于相对运动件摩擦产生的机械损失,这些能量损失都将转化为热能,使液压系统温度升高。所以如果散热效果不好,工作油液的温度就会超出要求的范围,形成油温过高的故障。
①油温过高的危害
1)引起零部件热变形使设备精度降低,影响设备工作质量,降低工作性能;
2)使油液粘度下降,导致系统泄漏增加、压力下降、工作速度达不到要求;
3)使液压油的物理性能恶化、氧化加剧,加速油的变质,缩短油的使用寿命。
4)能耗增大;
5)使橡胶密封件和橡胶软管早期老化、失效,降低使用寿命;
6)油温升高使油的空气分离压降低,油中溶解空气逸出,产生气穴,致使液压系统工作性能降低。
②油温升高的原因 油温升高,是系统内能量损失所产生热量引起的。设备的机械装置、液压系统、工作负荷,都可以引起油温的升高,而引起油温过高的主要原因有以下几方面:
1)系统没有卸荷措施,大流量油液在高压下由溢流阀流回油箱;
2)系统内存在严重的内泄漏,特别是液压泵的容积效率低而产生的严重内泄漏;
3)整个系统或局部液流速度过高,压力损失大;
4)机械负荷过大,使得系统压力调整过高;
5)油液粘度选择不当;
6)环境温度过高;
7)油箱容积太小;阀类元件规格过小;系统背压太高等“先天性不足”。
油温过高,一般与系统结构有较密切的关系,系统能量损失越大,油液温升也就越高。因此,出现油温过高时,要认真观察其现象,掌握其特点,进行分析找出油液发热原因,且不可只是单纯地采取冷却措施。因为单纯的冷却并没有找出油温过高的真正原因,也没有减少能量的不合理损耗,反而引起冷却水的大量消耗,未能使设备达到经济、合理运转的目的。
⑶泄漏故障
液压系统内的工作液体,是在密闭的容腔内流动并进行着能量的转换和传递,然而由于压力、间隙等种种原因,有部分液体越过容腔边界流出,液体的“越界流出” 现象称为泄漏。即,液压系统的泄漏是指工作液体通过非工作通道,由高压腔流到低压腔或由系统内流到系统外的现象。泄漏是液压设备经常碰到的问题。要使设备完全没有泄漏是不可能的,这是液压传动本质决定的。一般只是把泄漏量限定在一个允许的范围之内,超过允许范围的泄漏被称为泄漏故障。
泄漏是油液在压力作用下,经由非工作通道,流向压力较低区域的过程,所以引起泄漏故障的主要因素是:油液粘度过低;系统压力过高;局部部位的不合理结构;密封不良等。
⑷液压系统污染
液压系统的污染主要是工作介质的污染,工作介质在系统工作时起到传递能量的作用,保持其良好的使用性能,对保证液压系统正常工作是非常重要的。实际上,由于系统设计、制造和使用维护方面的问题,工作介质经常会受到污染而使其性能恶化,进而对系统工作产生影响,液压系统所发生的故障中很多是因工作介质污染所致。
工作介质的污染包括空气、水分、固体颗粒、胶质等物的污染。其污染的途径主要有3条:原来潜伏、外部侵入和内部生成。只要针对这3条途径采取有效的措施,就可以降低系统污染的程度。
对液压系统污染的对策,一是防,二是治,主要有以下几方面。
①完善设计 设计系统时,应针对各种污染形成的原因,采取有效措施,如:合理设计油箱,使其大小合理、吸油区和回油区适当拉远并隔离,必要时采用封闭油箱,以防空气混入系统中;系统最高处设置放气阀,使混入系统的空气能被及时排除;对可能产生负压的部位,设置补油装置,或给予适当的背压,以防止气穴和气蚀现象的发生。
②精心于设备的加工和制造 设备制造过程中,按技术要求对所用液压元件、管件、密封件、工作介质等进行认真选择;加工、装配过程中还要特别注意清洁、去污工作,把新设备的污染降到最低程度。
③注意设备的使用、维护和管理 设备进入使用期,要从环境选择,工作介质的过滤、加装、更换,以及定期的检修等各环节,注意防止污物侵入系统;设备运行中要注意完善过滤系统和正确使用过滤器;此外,还可通过对工作介质进行跟踪、定期化验,实行从选购、新油入库、使用、运行、更换的全过程控制管理;运用先进技术对工作介质进行定期监测,以随时掌握工作介质污染状况,并做到对系统故障进行预测和诊断。
⑸密封故障
密封性能的优劣,不仅是密封圈的问题,密封圈与沟槽,密封圈与被密封面的配合,对密封性能也非常重要。动密封面加工精度不够,电镀不匀,会造成密封圈的异常磨损;尺寸精度不够,密封圈间隙不合适,会造成间隙挤出、咬伤,或密封圈与配合面的粘附咬合。缸筒与活塞杆表面精度应按有关规定设计。活塞杆端部若开螺纹,其外径尺寸应比活塞杆至少小3mm。密封沟槽设计加工要注意密封沟槽表面的加工精度,满足标准要求。此外,母材的强度不足、缸筒的圆柱度不符合要求、密封圈损耗等也会引起泄漏或工作不良。
引起密封故障的常见因素是安装问题、密封装配设计问题、密封选用问题和密封件保管问题。
⑹液压卡紧
①液压卡紧的危害
1)轻度的液压卡紧,使液压元件内的相对移动件运动时的摩擦阻力增加,造成动作迟缓,甚至动作错乱的现象。
2)严重的液压卡紧,使液压元件内的相对移动件完全卡住而无法运动,造成液压系统不能动作的现象。
②产生液压卡紧的原因
1)阀芯外径、阀体孔形位公差大,阀芯有锥度且大端朝着高压区,或阀芯、阀体孔失圆,装配时不同心等,在阀芯上产生不平衡的径向液压力。
2)因加工和装配误差,阀芯在阀孔内侧倾斜成一定的角度,压力油作用在阀芯上的压力差使阀芯产生偏心力和一个使阀芯、阀体孔的轴线互不平衡的力矩,而出现液压卡紧现象。
3)阀芯上因碰伤有局部凸起或毛刺,产生一个使凸起部分压向阀体的力矩,将阀芯卡在阀孔内。
4)污染颗粒进入阀芯与阀体孔配合间隙,使阀芯在阀孔内偏心放置,产生径向不平衡力导致液压卡紧。
5)阀芯与阀体孔配合间隙大,阀芯台肩尖边与阀孔沉割槽的锐边毛刺清倒的程度不一样,引起阀芯与阀孔轴线不同心,产生液压卡紧。
6)其他原因产生的液压卡紧:如阀芯与阀体孔配合间隙过小;因装配扭斜别劲或温度变化引起阀体孔、阀芯变形;或安装紧固螺钉压得太紧或紧固力不均匀,导致阀体变形等。
③消除液压卡紧的措施
1)在阀芯上开环形平衡槽;
2)提高阀芯与阀体孔的加工精度,提高其形状和位置精度;
3)加工精度低的阀要及时更换;
4)采用锥形台肩,台肩小端朝着高压区;
5)仔细清除阀芯凸肩及阀孔沉割槽尖边上的毛刺,并注意防止磕碰而弄伤阀芯外圆和阀体内孔;
6)提高工作介质的清洁度。
十、现代液压故障诊断的技术途径
1、功能诊断法
2、振动诊断法
3、声学诊断法
4、热力学诊断法
5、主成分诊断法
6、模糊诊断法
7、神经网络诊断法
8、专家系统诊断法
9、灰色系统诊断法