实验机液压平衡回路的故障诊断

郭 侠，沈娣丽

(中州大学工程技术学院，郑州450044)

1.引言

借助液压实验机进行的液压平衡回路实验是液压与气压传动课程中一个重要的实践性环节，其目的是让实验者掌握垂直运动的液压设备的平衡、稳定和安全性能，提高综合运用液压传动基本原理分析和解决工程问题的能力。但在进行液压平衡回路的连接实验中，会发生液压缸停止上下运动的故障。液压系统是一个复杂的机电液综合系统，它由多个子系统和若干元器件组成，一个元件的损坏失效就会造成整个系统的故障，故障诊断和排除的难度较大。故障树分析法是加快故障诊断速度，找出问题症结的有效方法，把液压缸不动作这一故障状态作为分析的目标，然后找出导致这一故障的各个因素，逐项排除，最终达到解除故障的目的。

2.液压平衡回路及症状

液压平衡回路是液压缸垂直安装时，为了防止立式液压缸及工作部件因自身重力而自行下落，或在活塞下行运动中速度超过液压泵供油所能达到的速度使工作腔形成真空，在回油路上设置产生一定背压的液压元件以阻止活塞快速下落。这种液压回路广泛应用于起重机械、工程机械及一些具有垂直运动部件的场合。在液压实验中，实验者自拟实验方案，用自控式单向顺序阀(平衡阀)组成一种平衡回路，其原理如图1所示。通过此实验达到了解平衡回路的组成和性能，加深理解顺序阀的工作原理和在系统中的应用。

实验步骤大致如下:①按照原理图1将需用的液压元件在工作台框架上(如图2所示)进行布置，油缸挂在框架的右侧面，用M12的螺钉固定并装上挂勾和重块。②用通径为φ8和φ6的胶管按原理图分别连接各元件的主油路和控制油路。③液压泵为YBX-16变量泵，换向阀采用三位四通O型中位机能的电磁换向阀。当换向阀左位接通时，液压缸上腔进油，下腔回油，液压缸下行，流量由调速阀调节。这时液压缸要满足公式

p1、A1分别为上腔压力和面积，p2、A2分别为下腔压力和面积，W为下行部分的重量。

当换向阀右位接通时，液压缸上行;换向阀处于中位时，液压缸的活塞和工作部件就能被平衡阀锁住防止因重力而下滑。在一次平衡回路实验中，实验者把上述电路和油路分别连接完成。启动泵后，液压缸运动到中间部位时便停止运动，换向阀无论怎么换位，缸始终纹丝不动，液压系统故障发生了。

3.液压回路症状诊断

液压系统的故障具有突发性、隐蔽性和复杂性，难以直接查出故障的具体位置，又不能盲目搜寻，只能逐步深入地查出故障点。以下从几种液压元件各自可能存在的故障原因进行分析。

3.1 诊断液压泵

液压泵是动力元件，它向液压系统提供压力和流量，把机械能转变为压力能。它可能存在的故障有:①泵的转速不够，泵出油液流量不足。②吸油管或过滤处堵塞而吸不上油。③轴向或径向间隙过大而使吸油腔和压油腔相连使油压上不去。④连接处泄漏或混有大量的空气而使吸油不足。

3.2 诊断溢流阀

溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统的压力维持恒定，实现稳压、调压和限压作用。从无压力症状上看，可能是液压油从溢流阀全部溢走而未进入工作油路，其原因有:①溢流阀的弹簧折断。②阀体或阀芯严重变形造成接触不良而使间隙过大。

3.3 诊断调速阀

调速阀是由定差减压阀和节流阀串联而成的组合阀，它通过改变阀口的过流面积来调节输出流量，从而控制执行元件的速度。上面若无油液通过，可能是此阀堵塞而致，造成堵塞的原因有:①减压阀的弹簧疲劳折断失效而卡阻。②油液的污染致使油口杂质堆积和粘附在减压阀或节流阀的口边或阀芯。

3.4 诊断三位四通电磁换向阀

此阀故障的原因可能有以下几种情况:①电气线路故障。可能由于电磁铁1ZT或2ZT的线圈烧坏;电磁铁的推力不够;连接电磁铁的电气线路出现故障。②换向阀芯卡死。实验台在长期的使用中，阀体和阀芯一直在相对的移动，由于受力不均或油温过高等原因很可能造成变形，从而导致间隙过小阻力过大而卡死;或因弹簧疲劳而折断造成卡死;也可能是阀芯因油液污染形成大颗粒杂质卡死在阀体间隙中，阀芯无法移动换向，从而使液流阻断。③换向阀芯堵塞。原因可能是油液中的污染颗粒积聚;或是油液氧化而生成的胶状物引起。这些原因都可能造成此换向阀无法进行换位而一直处于中间堵截的位置，造成油液无法通过而断流。

3.5 诊断平衡阀

无油液通过可能是平衡阀中:①弹簧疲劳折断失效而卡阻。②阀体孔变形，使滑阀在阀体内咬住或滑阀配合面有毛刺等。

3.6 诊断液压缸

缸不运动可能由于:①内部泄漏严重。②活塞杆或缸体变形而造成卡阻。③负载过大。④进油口堵塞。

基于上述分析，液压缸不动的各种原因，可用故障树图更清楚地表达出来(图3所示)。

4.液压回路故障排除

在对造成故障的各个原因进行详尽列举的基础上，对这些可能出现故障的地方进行自下而上检查分析。

4.1 排除液压泵和溢流阀

首先观察压力表P1，排除液压泵和溢流阀的故障。经初步检查，接在泵出口处的测压点1处压力表P1的读数为溢流阀的调定值，并随溢流阀的调节而变化。用密封性不好的管接头进行管道连接时，打开液压泵后有大量的液压油喷出，说明液压泵YBX-16和溢流阀Y1—25B在起作用，不需要再进行详细的原因分析就可以排除不是它们的原因。

4.2 排除其余元件

通过观察压力表P2和P3，显示其余四元件可能存在的故障。经进一步观察压力表P2和P3，其读数显示均为零。把完好的压力表P1分别接在P2和P3位置，并去掉了压力表前面的二位二通阀，也未显示压力。这说明上油路部分没有液压油通过，需要对它们进行详细的故障分析，并一一排除。

(1)排除调速阀。为了判断是否为调速阀的问题，在调速阀和三位四通换向阀之间加一个三通接头，接入一个压力表。然后再打开液压泵，此时可以看到压力表读数为溢流阀的调定压力，说明调速阀没有出现故障。

(2)排除换向阀。

从故障树图中影响换向阀工作的三方面去查找原因。

①根据相关知识和经验，液压系统发生故障的因素约70%-80%是由于液压油的污染造成的。油液的污染可以造成换向阀的阀口堵塞或阀芯的卡死而使换向阀不能换位，此阀一直处在中位状态而没有换位响应，所以在分析故障时首先应考虑液压油的污染问题。一些液压实验机所使用的液压油的牌号多为L-HL32普通液压油，如果长期未重新过滤或更换液压油，油液在使用过程中可能会逐渐老化变质，改变了液压油原有的性质，且实验者在实验中泄漏到实验台面上的液压油往往是直接收集返回到油箱。油液入油箱时虽有滤油装置，但此处的滤网很粗，过滤效果不够理想，可能使很多的固体颗粒、灰尘及布织纤维落入油箱，造成液压油的污染，成为缩短液压装置运行寿命或引发事故的原因。在没有条件采用定量化验的手段检测的情况下，故障排除只能用简易的感观诊断法去定性分析，即按油液的颜色、气味、透明或浑浊度、有无沉淀物等。

如果观察发现油液已不甚透明，颜色变为暗棕色，但没有臭味，也无胶状物和絮状物，那么先用一种简单的方法进行初步判别:取数滴液压油放在手上，用手指捻一下油液，察看是否有固体颗粒，或是在太阳光下观察是否有微小的闪光点。查看发现有较多的固体颗粒或闪光点，则说明有较多的固体或金属污染颗粒，需要过滤或更换。为进一步确认，需要对油液做测污试验——滤纸试验法:把一滴油滴到一片240目的滤纸上，滤纸吸干纸上的油液后，理论上一般应会出现如图4所示的四种情况。若如图(a)和(b)所示，则液压油仍可正常使用，不需更换;若如图(c)和(d)所示，说明油液已严重污染，它的污染物可能造成阀芯卡死或阀口的堵塞，使阀不能换向。这次试验的结果如图(c)所示，需要打开油箱，放掉污染油，清洗、更换新的液压油液。

②阀体、阀芯变形和弹簧折断问题。把34E-10B三位四通电磁换向阀从实验机面板上拆下打开，检查内部是否存在阀体、阀芯变形和弹簧折断等情况，测量这部分是否存在问题。

③电器元件问题。首先检查小插头处和侧板的电路连接接触情况是否完好，有无异常;接着检查电磁铁的线圈有没有烧坏;最后打开电气矩阵板后面的电器柜检查内部电路。藉此排查是否因电气线路出现老化、接触点断开而造成故障。经对电气线路进行更换和点焊接点，排除了电器线路方面的故障。在采取了以上措施后，重新接入三位四通换向阀进行实验，此时液压缸能够正常运行，实验机的故障也就得以排除。

5.结论

液压系统的损坏与失效，往往发生在装置的深层内部，具有不确定性、模糊性和隐蔽性等特点，且液压故障往往是一个症状对应一个系列故障原因。由于液压元件不便拆装，现场检测条件又有限，难以直接观察到故障的原因。所以以故障树为工具，对每一个故障原因进行详细的总结和分类，将故障原因化整为零，深入地去追究引起故障的不同原因，透彻了解系统，找出系统薄弱环节，最终找到故障所在，使问题得以解决。

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