用系统构成及功率分析诊断液压系统的故障

作者： 梁正 廖宏强    

（南宁通用建筑机械有限公司， 广西 南宁 53000[３]）
摘要：通过对液压系统的构成及其功率分析，诊断液压系统执行机构表现异常的故障
关键词：液压系统；构成；功率；故障诊断

概述：液压设备是由机械、液压、电气等装置组合而成的，故出现的故障也是多种多样的，某一种故障现象可能由许多因素影响后造成的。液压系统中工作液在元件和管路中的流动情况，外界是很难了解到的，所以给分析、诊断带来了较多的困难，因此要求人们具备较强分析判断故障的能力，在机械、液压、电气诸多复杂的关系中找出故障原因和部位并及时、准确加以排除。在实用中常用的故障诊断及消除方法有简易故障诊断法、液压系统原理图分析法及其它分析法等。
笔者在处理多种液压故障中发现，很多液压系统所产生的故障的往往表现为执行机构的输出功率不足，或输出功率等于零（即执行机构无动作）比如：压力机压制力不足，挖掘机行走迟缓，挖掘无力，起重机起吊力不足或无动作等。产生这类故障的原因是多种多样的，有些原因通过对系统的听、看、闻、摸就可以判断出来，比如系统的异常声音、系统外漏、油温过高等，还有许多原因只凭人的感觉是判断不出来的，采用液压故障诊断仪来分析，这虽然是个较为可靠的方法，但由于要将诊断仪接入系统，需要合适的接头及足够的空间位置，这给判断工作带来许多不便。

而且当设备在施工现场发生故障，往往还不具备液压故障分析仪在场的条件。通过对液压系统的构成及其功率来分析，是诊断这类故障的一种有效方法。
1、 原理分析：
1） 液压传动系统的构成分析。每个液压系统都可以分解成下列三个部分，第一部分为油泵动力部分，包括：油泵、原动机、过滤器、油箱、吸油管、液压油、及空气滤清器等，在附图一中为多路换向阀以前的部分称为油泵动力部分；第二部分为控制装置部分，这部分在系统中处于油泵动力部分之后执行机构部分之前，包括各种压力阀、流量阀、换向阀等，在附图一中控制装置由一多路换向阀组成；第三部分为执行机构，包括各种油缸和液压马达，图一中油缸为执行机构部分。将液压系统分成三部分的目的是为了在查找系统故障原因时，区别对待，分部分分析，先确定故障原因是由构成系统三个部分中的哪一小部分引发的，然后再判别哪个元件出现问题，这样故障原因就不难查找了。
2） 液压系统的功率分析。在液压传动系统中，油泵的输出功率可用下式表示：N泵= P泵Q泵
p泵Q泵分别为油泵的工作压力和输出流量。由于系统中执行机构在运动做功时，其压力油是油泵供给的，如果不考虑系统内的能量损失，那么执行机构的输出功率应等于油泵的输出功率，即：N执（输出）= N泵= P泵Q泵 实际上，油泵输出的压力油在系统运动的过程中都存在着压力损失△P和油量损失△Q，因此执行机构的输出功率应为：
N执（输出）=（P泵—△P）（Q泵 —△Q）(1)
其中△p和△Q，既包括压力油通过管道和各阀的损失,也包括压力油在执行机构内部的损失.在系统无任何故障的情况下,执行机构的输出功率就能达到或超过其额定输出功率,即执行机构能使额定负载(F额)以额定速度(V额)运动,用公式表示为:
N执（输出）=（P泵—△P）（Q泵 —△Q）≥F额V额 (2)
当系统发生故障后,使执行机构动作缓慢或无动作,这时执行机构输出功率降低或等于零,分析上式(1)可以得出:
a\当流量损失△Q增大时, N执（输出）减少。
b\当压力损失△P增大时, N执（输出）减少。
c\当油泵的输出流量减少时, N执（输出）减少。
d\当油泵的输出压力P泵降低时, N执（输出）减少。
由此可知,在液压系统中执行机构或控制装置的流量损失△Q、压力损失△P及油泵的输出流量Q泵和输出压力P泵,这四个因素都能使执行机构的输出功率降低,而压力损失△P在一个经合理设计并已安装投入使用的液压系统来说,通常已经成为一个定值.(只有少数情况下会出现压力损失过大,比如系统输送管道过长或管径过小,顺序阀的动作压力调得过高等)也就是说压力损失△P不是造成执行机构功率降低的主要原因,可以那么说,造成该故障的主要原因是由于系统中控制装置或执行机构的流量损失△Q太大,或是油泵的输出流量和压力(即油泵的输出功率) 降低。
2、 故障的诊断
1） 将系统分为三大部分。按上述1\1)中的方法将液压系统分成油泵动力、控制装置和执行机构三大部分来分析，通常构成系统的三大部分中，其中一部分出现故障，就足以使整个系统出现不正常情况；从上述1\2）知道油泵输出功率降低，控制装置和执行机构的流量损失太大，都是造成系统执行机构输出功率不足的原因。假如系统中油泵动力部分是完好的，那么油泵就有足够的输出功率，而造成系统执行机构功率输出不足的主要原因，只有控制装置和执行机构的流量损失太大，反之，如控制装置和执行机构的流量损失在允许值内，则说明问题存在于油泵动力部分。
2） 把系统当作一个实验台。像在液压实验台上测试液压元件一样，把被分析的液压系统当作一个实验台，首先假设系统的油泵部分无故障，分别对系统中的控制装置部分和执行机构部分进行测试，如果测得执行机构部分流量损失（即内漏）过大，超过允许值，则说明系统执行机构输出功率不足的原因是由于系统中的执行机构内漏过大引起的；同理，如测得控制装置部分的流量损失过大，则说明控制装置部分出现了故障。反之如果经测试系统中的控制装置和执行机构的流量损失在允许值内，那么上述假设不成立。原因是系统的油泵动力部分出了故障，从而是执行机构的输出功率不足。
3、 确定出现故障部分中的故障原因。通过上述分析，已经能确定故障的原因出在系统的哪一部分，接着进行分析该部分中是哪个元件出故障。
4、 故障诊断实例
一台QY8t液压汽车起重机在工作中突然出现操纵先导阀时，起重机的伸缩、变幅、回转、起升机构均无动作，而4 个支腿油缸收放自如。这种故障的分析方法如下：
(1)首先将系统分成油泵动力、控制装置、执行机构三部分，这里油泵动力部分包括：油泵、发动机、油箱、过滤器、液压油。控制装置部分包括：操纵阀、旋阀、溢流阀、顺序阀、减压阀等所有阀类元件。执行机构包括伸缩、变幅、回转、起升四个机构。从故障的现象看，四个支腿油缸能动作，则说明系统的油泵动力部分完好，还有四个执行机构无动作，按理说四个执行机构都同时发生故障的情况较少，系统的功率流失应当在控制装置部分。
（2）把系统当作一个试验台。首先启动油泵，操作先导阀，观察各压力表，此时压力表的读分别为0.5Mpa、3Mpa，这说明控制油路的压力太低（仅为0.5Mpa），而无法推动四联液动滑阀，使主油路的压力油从四联液动滑阀的中间位置直接流回油箱，从而使四个执行机构全无动作。
（3）确定故障元件并排除。此时分别调节减压阀和溢流阀，观察压力表，其读数均无改变，这说明控制油路的压力油从控制回路中的某一元件中流失了相当一部分，致使控制油路建立不起足够的压力，从系统原理图中可以看出，控制回路中能使回路的压力油流失的元件有减压阀、溢流阀、先导阀，判别的方法就是分别打开上述各阀的回油管，发现减压阀的回油口有很多油流出，这就说明控制回路的压力油从减压阀中流失了大部分。停止油泵，拆下减压阀检查，发现其内部的先导阀弹簧变形，把弹簧校正后，重新装上减压阀，调整控制回路的压力符合要求，故障得到排除。

收稿日期：2006—10—12
作者简介：梁正（1968—），男，工程师，从事机械产品的开发和技术支持工作。
廖宏强（1965—），男，工程师，从事机械产品的开发和技术支持工作。


（缺英文摘要等）