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职业教育中液压传动的故障诊断和分析
摘 要：液压系统应用十分广泛,学生掌握一定的液压故障判断与分析知识,有利于提高其岗位竞争力.本文在介绍液压系统的组成的基础上,对液压系统的主要故障诊断与教学策略进行了论述.
关键词：液压传动系统故障诊断职业教育
工程机械是国家工业发展和基础建设的重要设备,具有强大的工作能力、较高的功率密度,在重大工程中发挥着重要作用.液压传动技术是工程机械的核心技术,现如今,液压技术的应用程度已经成为衡量一个国家工业水平的重要指标.当代职业教育相关专业更应重视液压技术的使用和维护.
一、液压系统的组成
1.动力元件
动力元件是一种能量转化装置,通过联轴器将电动机的机械能转化为工作介质也就是油液的压力能,源源不断地为系统提供有压力的液压油,可以看作系统的“心脏”.液压系统常用的动力元件是液压泵.
2.执行元件
执行元件也是能量转化装置,但其转化过程与动力元件恰好相反,是将系统中液体的压力能转化为执行元件的机械能,驱动机器设备完成预定的工作,可以看作系统的“手和脚”.液压系统常用的执行元件为液压缸和液压马达两种.
3.控制元件
控制元件主要控制系统中油液的方向、压力和速度,是液压系统完成各种动作的保证.液压控制阀的种类有很多,而且随着科技的不断发展,工业设备对液压控制阀的要求也越来越高.
4.辅助元件
辅助元件是液压系统中不可或缺的“配角”,它对系统的效率、温升、噪音、性能以及寿命的影响非常大.
5.工作介质
工作介质是液压系统能量的载体,主要用来传递运动和动力,现阶段常用的工作介质是液压油.
二、液压系统的主要故障诊断与教学策略
液压传动系统的故障大致包括泄漏、振动、噪音、发热、系统压力或动力不足等,同种故障可由不同的液压元件造成.另外液压系统均在密闭的状态下才能正常工作,这就使得故障更加难以诊断,因此只能对系统中的各元件依次进行排除.
1.动力元件
液压泵的种类可以分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等,但按照工作原理来讲都属于容积泵.液压泵的主要故障一般是输出流量不足或者无油液输出、工作时出口压力无法建立、噪音和振动等.
液压泵通电后油液输出流量不足或无流量现象可由以下原因造成：首先检查控制线路连接和液压泵转速问题,线路接反会导致液压泵反转,出口无油液输出且会对个别液压泵造成不同程度的损坏,如叶片泵；然后检查吸油管位置和油液状态,吸油管漏气、吸油口露出液面或者吸油高度太大均会导致液压泵流量降低甚至零输出,油液温度太低会使其黏度增加,进而形成较大的吸油阻力；最后检查是否有设备老化引起的故障,如油管及密封元件老化漏气、吸入管路被污物阻塞、配合端面磨损拉伤等.
工作时泵流量不足均可以造成出口压力无法建立或者压力过低,除此之外,对于一些使用配油装置的液压泵来说,配油盘与转子端面接触不良或有较大污物插入,经长期使用配油盘端面磨损、拉伤等均能使液压泵输出压力降低.
液压泵在使用过程中出现噪声过大、振动的现象,首先考虑是否是吸油不足造成,吸油管堵塞或者油箱内油液位太低吸入空气均会使液压泵产生噪声；油箱中油液混入气体,进入液压系统中,气泡进入高压区后会被压破产生气穴现象发出强烈噪声；其次检查泵与原动机之间的连接是否精确,联轴器安装过程中产生的超差会使机器产生振动,长期使用会产生磨损发出噪音.
在教学过程中若要学生掌握此部分内容,必须指导学生对液压泵进行拆装.通过教学可以使学生对液压系统动力部分的结构组成和特点有更深层次的理解.由于一些动力元件比较复杂,拆装需要一定的技巧（如叶片泵、柱塞泵）,因此可利用分组的形式进行教授,以培养学生分析问题、解决问题以及团结协作的能力.
2.执行元件
（1）爬行现象.所谓爬行就是指执行元件在运动的过程中出现时走时停、忽快忽慢等交替的现象.首先排查液压缸之外的原因,如油液中是否混入了气体.对于新液压缸,在安装的过程中可以通过排气塞将液压缸中的气体排出,对于难以排净的现象,必须使用向缸内灌注油液的方法将空气排掉；对于已经投入使用的液压缸,排气主要通过开机后空行程多运动几次和减少气体混入的方式.
最后排查液压缸自身原因,主要包括液压缸制造精度和装配精度,活塞杆与活塞中心轴线必须同缸盖和缸体中心轴线保持在公差要求的范围内.长期使用的液压缸,会在缸体内壁产生疲劳点蚀,同样会造成液压缸爬行.
（2）动力不足.液压缸或者电动机运动速度降低、输出扭矩不足,可能是由于液压泵或者溢流阀出现故障引起的,可通过检查相应元件工作情况进行排除；也可能是由于执行元件内泄漏过大造成的,如密封损坏；或是大颗粒杂质进入腔体内也可以使滑动部位卡住,造成执行元件运动速度慢.
执行元件相对于动力元件来说略微简单一些,尤其是规格较小的液压缸,学生可以自行拆卸,了解其内部结构特点,直观地感受液压缸的密封形式,活塞与缸体间、端盖与缸体间、活塞杆与活塞之间.
可让学生对比液压马达动力元件,叶片马达既可正传又可以反转,而其他液压泵不行,其在结构上存在哪些不同.通过对比可以让学生能深刻地理解执行元件的功能和工作原理,便于在今后工作中使用、检测和维护执行元件.
3.控制元件
液压控制阀是液压传动系统实现其主要功能的灵魂部件,它可以控制各类机械相互协调,最终使执行元件完成预定工作.虽然液压控制阀的种类繁多,但此类元件容易出现的故障大体可以分为以下几类.
（1）功能失效.方向控制阀不能改变油液方向、压力控制阀无法实现压力调节、流量控制阀不能节流等,液压控制阀不能实现自身控制功能,大多是由于阀芯卡住,无法实现与阀体的相对运动而造成失效.
导致阀芯不能正常移动的原因有污物卡住阀芯或者堵塞泄油孔；阀腔和阀芯配合面划伤或者经磨损间隙过大致使阀芯偏斜；对于电磁阀,电磁铁线圈损坏无法产生吸引力.
（2）振动与噪音.控制阀在使用过程中会出现振动和噪声的现象,可从以下几方面进行排查.油液中是否混入空气,气泡经过低压区时体积较大,进入高压区后被压溃便会产生气穴现象,形成振动发出噪声；主阀芯和阀体精度差,工作时有移动迟滞,反应不灵敏的现象；滤油器、阻尼孔等较小的孔道堵塞,使油液流通不畅,造成压力波动大而产生振动；控制阀内部零件故障,如锁紧螺母松动,主弹簧强度不够使阀芯卡住等.
讲解此部分故障排除时,可由老师先做演示,提出注意事项,再由学生亲自操作.这是因为控制元件加工制造精密,零件相对较小且比较复杂,学生稍不注意就会造成拆装后零件缺失或者剩余.
4.辅助元件
辅助元件是液压系统不可或缺的组成部分,如果此部分出现故障将直接影响整个系统的工作效率和其他元件的使用寿命.
油箱故障可以使油液中的杂质、气体增多,造成堵塞和振动发热,降低其他元件的使用寿命；油管和管接头故障使系统压力下降,无法正常工作；过滤器堵塞会使造成液压泵吸油不充分从而产生气穴现象,或者回油阻力过大使系统反应迟缓等.
5.工作介质
常用的工作介质是液压油,液压系统中75%以上的故障和油液的污染有关,所以保持油液的清洁是液压系统能够正常工作的关键,减少油液中杂质的手段是使用合适的过滤器,使进入到液压系统中的油液污染度降低.
液压油具有一定的保质期,在生产中要注意更换.污染物的进入和高温均会加速液压油氧化.据研究表明,60℃以上随温度升高液压油氧化速度也会增快.氧化会导致液压油黏度突然上升,使系统油液流速减慢,产生大量的热；同时,液压油氧化会产生酸性成分,腐蚀金属,影响系统正常工作.
不同的工况、不同地区,选用液压油的牌号有所不同,牌号选错会影响整个系统的工作效率,甚至无法正常工作.
在液压系统故障排查时还有一类普遍存在的故障--泄漏,它存在于系统的各个部位,泄漏是无法消除的,这也是限制液压设备压力进一步提高和效率低下的主要影响因素.正常工作的液压系统是存在泄漏的,只是将泄漏量控制在了一定的范围内,超出这个范围,就会对液压系统造成影响.
泄漏分为内泄和外泄,其产生原因大致分为三方面.
一是元件的自身结构缺陷.如外啮合齿轮泵的齿轮端面与端盖的轴向间隙,此处间隙大、泄漏途经短,虽然可以通过增加浮动轴套进行改善,但无法消除,因为轴向间隙过小会增加摩擦损失,同样会降低效率.
二是密封元件损坏.安装时造成密封元件表面划伤,会给密封处造成泄漏隐患；有些密封元件缺少弹性（如组合密封中的滑环）,往往要使用油或热吹风加热的方法使其膨胀软化,再进行安装,切不可强行装入；长期使用的密封元件,经磨损挤压剪切等超出了自动补偿的能力,造成密封失效而泄漏.
三是管路堵塞引起压力过高,致使管路连接中最薄弱的环节产生破损而泄漏,此类泄漏可通过维修保养避免.
三、小结
以上液压系统故障在实际教学中可利用实训教室进行一体化讲解,学生可以通过听、看、操作等方法进行排除.掌握液压系统的组成及常见故障诊断,可使机械类专业学生在今后工作中更好地使用相关设备,提高生产效率,延长设备使用寿命,降低企业生产成本,在增强自身的岗位竞争力方面有着不可估量的意义.
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（作者单位：天津市机电工艺学院）
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2、电气传动期刊
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