数控机床液压系统常见故障分析

2010-11-25王宏颖朱成俊

制造业自动化 2010年11期

关键词：液压泵柱塞油液

王宏颖，朱成俊

WANG Hong-ying, ZHU Cheng-jun

（河南工业职业技术学院，南阳 473009）

0 引言

数控机床液压系统内部情况观察不到，一般较难直接判断出产生故障的主要原因。本文从液压系统振动和噪声、液压系统的冲击、液压系统的爬行、液压系统的卡紧、液压系统的温升五个方面阐述了液压系统的常见故障。

1 液压系统振动和噪声

1.1 液压泵吸油管路的气穴现象

故障分析：一般石油基液压油在大气压力和室温下，通常能吸收大约9%(按体积计算)的空气。溶解的空气并不改变流体的粘性。溶解于流体中的空气量与流体表面接触的空气压力有关。液压泵工作时，如果吸油管路阻力很大，油液来不及填充泵腔，造成局部真空，形成低压。当压力低到油的“空气分离压”时，工作油液内溶解的空气就大量分解出来，游离成气泡。如果形成的压力极低，达到油的饱和蒸汽压时，则油的蒸汽和空气一起大量析出，形成油的沸腾现象。随着泵的运转，这种混在油中的气泡一起被带进高压区。由于高压作用，气泡被击破，然后迅速缩小、溶解和消失。在气泡被击破的瞬时，局部范围产生幅值很大的高频冲击力，有时可高达150～200Mpa，还伴随有局部高温。这种高频液压冲击作用，一方面要对元件的金属表面引起破坏作用，产生金属剥落、麻点等所谓“气蚀”现象，另一方面使泵产生很大的压力波动，激发成高频噪声。

排除方法：

1）增加吸油管直径，减少或避免吸油管道的弯曲，以降低吸油速度，减少管道阻力；

2）选用适当的吸油滤油器，并且要经常检查清洗，避免阻塞；

3）液压泵的吸入高度要尽量小（＜500mm)；

4）避免因油的粘度过高而产生吸油不足；

5）使用正确的配管方法。

1.2 液压泵的吸空现象

故障分析：液压泵的吸空主要是指泵吸进的油中混有空气。这种现象的发生不仅容易引起气蚀，增加噪声，而且还影响液压泵的容积效率，使工作油液容易变质，所以这是液压系统中不允许存在的现象。产生吸空现象的原因还有：油箱中的油液不足；吸油管浸入油箱太浅；吸油泵吸油位置太高；油液粘度太高；液压泵的吸油口通流截面过小，造成吸油不畅；滤油器表面被污物阻塞；管道泄漏或回油管没有浸入液面以下而造成大量空气进入油液中。

排除方法：

1）液压泵本身及吸油管连接处要严格密封。

2）油箱中要设置隔板，延长气泡从油中分离的时间。回油管要以的斜切口面朝箱壁并尽可能远离液压泵吸入并靠近箱壁插入油中。回油流速不应太高。

3）吸油管一定要浸入油箱的2/3深度处，尽量缩短吸油管长度，有效地防止过量空气浸入。

2 液压系统的冲击

2.1 液流换向时产生的冲击

当换向阀移到中间位置时，压力油液突然与液压缸切断，此时由于运动部件及液流的惯性作用，使液压缸一端油腔中的油液受到压缩，压力突然升高，而另一端油腔中压力下降，形成局部真空。因此液流换向时便产生液压冲击。为此，换向阀阀芯控制边作成锥角，或开轴向三角槽，锥角一般可取～，锥长视密封边长度而定，使换向阀换向时，液流运动状态逐渐改变。

2.2 节流缓冲装置失灵引起的液压冲击

1）液压端部缓冲内圆磨床工作台换向缓冲结构设置在工作缸的一端，当工作台移到端点时，缓冲柱塞进入端盖的柱塞孔内，使孔内油液经节流槽回油箱，使工作台逐渐制动。当缓冲柱塞外与端盖柱塞孔因磨损而配合间隙过大时，制动锥或制动三角缓冲槽不起缓冲作用，便会形成较大的液压冲击。对此应修复或研配缓冲柱塞，可根据柱塞孔的实际尺寸，确定其配合间隙，在将缓冲柱塞磨圆后，镀一层硬铬，再磨至所需尺寸精度。

2) 带节流阀的缓冲装置在组合机床所使用的液压缸常带节流阀的缓冲装置。当活塞移动到行程终点时，活塞上的缓冲柱塞与液压缸端盖上的柱塞孔配合间隙较小，无缓冲油液通过，使缓冲柱塞端的油液经端盖小孔回油，而在小孔的通路上设置可调节的节流阀，以使活塞运动缓冲。如果调节不当或堵塞，也会产生液压冲击。类似的缓冲装置在磨床上也常用。

3）电动换向阀换向冲击为了消除电动换向阀换向动作快而产生的换向冲击，可改换成电液换向阀组，使换向时有过渡过程，以减小换向冲击。

3 液压系统中的“爬行”

“爬行”是液压传动中经常出现的不正常运动状态。轻微地“爬行”使运动件产生目光不易觉察的振动，显著的“爬行”使运动件产生大距离地跳动。“爬行”现象是很有害的，因此消除“爬行”现象对于改善液压系统稳定性和提高机床加工精度是非常重要的。

3.1 驱动刚性差引起的“爬行”

故障分析：空气进入油液中后，一部分溶于压力油液中，其余部分就形成气泡浮游在压力油中。因为空气有压缩性，使液压油产生明显的弹性，造成驱动刚性差而引起 “爬行”。空气混入液压系统中的原因是：

1）在往复运动的零件之间，需要有一定的配合间隙，空气易从这些间隙混入。

2）液压管接头松动或密封不严，空气由此进入系统中。

3）液压元件的精度差，密封件性能不良而造成各种泄漏。

4）吸油管设置不当而吸入空气，或因被污物堵塞而形局部真空。

5）油箱中油液不足或吸油管插入深度不够造成吸油时吸入空气。

6）液压系统中局部压力低于空气的分离压力，使溶于油液中的空气分离出来。

7）系统设计不合理，在机床停止工作时，液压缸左、右腔互通并通回油路，油液在位能作用下流回油箱，在系统中形成局部真空，空气从各个渠道进入系统。针对上述故障排除方法：

1）在制造和修配零件时，应严格达到公差要求，装配保证配合间隙。

2）紧固各管道连接处，防止泄漏。

3）均匀紧固各接合面处的连接螺钉，密封垫应均匀，不允许用多层纸垫。

4）油箱中进出油管应保持一定的距离，也可增加隔板使之隔开。

5）清除附着于滤油器上的脏物，应采用容量足够的滤油器。

6）油箱要保证足够油液，使之不低于油标指示线。

7）为了保证系统中各部分能经常充满油液应在泵出口处安装单向阀，在回油路上设置背压阀。

8）改进液压系统，设法防止系统中出现局部真空，并设置必要的排气塞或放气阀。

3.2 液压元件间隙大而引起的“爬行”

3.2.1 运动件低速运动引起的“爬行”

运动件低速运动时，一旦发生干摩擦，阻力增加。这时要求液压泵提高压力，但由于液压泵间隙大而严重漏油，不能适应执行元件因阻力的变化而形成的压力变化而产生“爬行”。此时应修复或更换液压泵内的零件，保证装配要求的间隙，以减少液压泵的泄漏。

3.2.2 控制阀失灵引起的“爬行”

各种控制阀的阻尼孔及节流口被污物堵塞，阀芯移动不灵活等，使压力波动大，造成推力或流量时大时小而产生 “爬行”。因此要经常保持油液清洁，定期清洗并更换，加强元件的维护保养，以防液压油污染。

3.2.3 元件磨损引起的“爬行”

由于阀类零件磨损，使配合间隙增大，部分高压油与低压油互通，引起压力不足。另外液压缸活塞与缸体内孔配合间隙因磨损而增大，发生内泄漏，使液压缸两腔压差减小，以致推力减小，致使在低速时因摩擦力的变化而产生 “爬行”。具体措施是认真检验配合间隙，研配或重做元件，保证配合间隙，并更换已损坏的封件。

3.3 孔摩擦阻力变化引起的“爬行”

3.3.1 润滑油不良引起的“爬行”

润滑不充分或润滑油选用不当会引起“爬行”。因此应调节润滑油的压力与流量，油的流量应适当，否则会使运动件上浮而影响加工精。

3.3.2 液压缸出现故障引起的“爬行”

液压缸中心线与导轨不平行，活塞杆局部或全长弯曲，缸筒内圆被拉毛刮，活塞与活塞杆不同轴，缸筒精度达不到技术要求，活塞两端油封调整过紧等因素会引起“爬行”。采取措施是逐项检验液压缸的精度及损伤情况，并进行修复或更新。液压缸安装精度应符合技术要求。

3.3.3 导轨引起的“爬行”

机床导轨精度达不到规定要求，局部金属表面直接接触，油膜破坏，出现干摩擦或半干摩擦。由于修刮或配磨，使金属面接触不良，油膜不易形成。这种情况常出现在新机床或刮研导轨的机床中。另外多导轨出现接头不平，导轨油槽结构形式不合理，也易产生“爬行”。具体措施是重新修复导轨。在修刮导轨前，应校正机床安装水平。若两导轨面接触不良，可在导轨接触面上均匀地涂上一层薄薄的氧化铬，手动对研，以减少刮研点所引阻力，对研后必须清洗干净，并加上一层润滑油。

3.3.4 导轨结构故障引起“"爬”

当导轨间隙的楔铁或压板调得太紧或弯曲，也易造成 “爬行”。应当重新调整，配刮，使运动件无阻滞现象。