液压故障实例分析与探讨

魏 东

（河北翼凌机械制造总厂，河北石家庄 050307）

0 引言

液压设备便于实现远程自动化控制，但液压元件都是精密元件，加工制造精度要求高。1980至1990年我国数控机床和数控系统刚刚起步，硬件设施和软件控制水平的局限制约着液压设备的发展。随着数控机床和数控系统的逐渐普及，各种液压设备快速进入机械加工行业，在液压设备的使用过程中，必然要对其进行保养、维护和修理，对维修人员液压理论基础，分析判断和解决故障的能力提出了更高的要求。

1 液压系统组成及故障特点

液压故障往往看似问题不大，但处理时间较长。一般来讲，液压故障对维修人员是个难点、短板，因为故障不直观表现，无从下手。因此首先要了解液压传动工作原理，检查和排除故障的要点是要熟悉和掌握系统的工作原理。液压系统的每一个元件都有它的作用，应该熟悉每一个元件的结构及工作特性。液压系统包括：动力元件，执行元件，控制元件，介质，辅助元件几部分，液压故障与这几方面都有着密切的联系，要从这些方面入手来分析、判断、解决，只有弄清楚它们之间的关系，才能更好地排除故障。

2 液压系统故障分析方法

分析液压系统故障元件遵循的步骤：先简单后复杂，先外围后内部，分成几个部分，列出与故障相关的元件清单，进行逐个分析，不可遗漏对故障有重大影响的元件。总体上液压系统故障原因一个是压力问题，一个是流量问题，还有方向问题，其中压力决定于负载，速度决定于流量。

3 案例1

3.1 故障现象

一台德国数控折弯机横梁两侧油缸下降不同步，左侧油缸下降时发生抖动，数控系统报警，无法正常使用，上升过程正常。

3.2 折弯机液压工作原理（图1）

（1）油泵启动。电磁铁全部不得电，泵①输出油液通过换向阀⑧回油箱。横梁滑块保持不动。

（2）快降。电磁铁 YI，Y2，Y3，Y7，Y8 得电。进油路：泵①→比例换向阀⑤→油缸上腔上位油箱→充液阀14→油缸上腔。回油路：油缸下腔→插装阀12→电磁换向阀⑧→比例换向阀⑤→油箱。

说明：横梁滑块在自重作用下迅速下降，泵的流量不能满足其需要的流量，横梁油缸上部形成真空负压，上位油箱的油液经充液阀14流入油缸上腔，补充上腔油液。因电磁换向阀13的电磁铁Y8得电，插装阀12的控制油口打开导通，使锥阀上移，主油路导通，大流量回油箱，起到快速下降作用。

（3）加压。电磁铁 YI，Y2，Y3，Y6，Y7得电，Y8断电。慢降接近工件过程，系统内部设定1个转换点，在距离工件上方50mm处（可以自由设定），系统自动控制电磁换向阀⑥和13的电磁铁Y6得电，Y8断电，此时由于插装阀12的控制油口与进油口相通，锥阀关闭，横梁油缸下腔油液经过11⑨⑧⑤回油箱。

加压过程由于回油经过节流阀11、顺序阀⑨，背压会升高，随着控制油路压力增大，将充液阀14关闭，使油缸上腔的压力升高达到工件折弯所需的压力要求，完成折弯。折弯机设定的最高压力15.5MPa，由溢流阀③设定。回油路：油缸下腔→节流阀11→顺序阀⑨→换向阀⑧→比例换向阀⑤→油箱。

（4）减压。电磁铁 Y3，Y4，Y5，Y6，Y7得电，Y1，Y2断电。此时比例换向阀⑤⑦的Y4，Y5得电，油缸上腔的高压油液经比例换向阀流回油箱泄压，避免油缸换向时的冲击。

（5）上升。电磁铁 Y3 ，Y4，Y5，Y7得电，Y6断电。进油路：泵①→比例换向阀⑤→换向阀⑧→插装阀12→换向阀13→油缸下腔。回油路：油缸下腔→充液阀14→上位油箱。

3.3 故障分析

由于设备老化，德文界面代码复杂，工作参数不能更改，无法满足生产需要，对系统刚刚完成国产化改造，改造完毕后试车发现如上故障。该设备属于进口的二手设备，随机资料不齐全，只有液压原理图，只能结合现场实物根据液压原理图进行分析判断。该系统阀组集成度较高，比例阀和插装阀价格和精度较高，其他如充液快放阀、节流阀、单向阀数量多且都集成在阀座内部，逐个拆装检查费时费力，也没必要。关键要先找出故障点，然后再进行重点检查排除。

3.4 故障排查

（1）对设备外围进行常规检查，如油泵电机旋向是否正确，油箱中的油液是否清洁，油缸及管路接头是否渗漏。

（2）针对故障点重点检查左侧横梁油缸，因系统改造前机床停机了一段时间，怀疑油缸内部窜油，如拆卸油缸单独打压检查，工作量大，决定先把左右两侧油缸进油管进行互换，试车左侧横梁抖动没有消除，左右两个油缸同时发生窜油的可能性不大，可以排除油缸问题。

图1 数控折弯机液压原理

（3）要确定抖动现象发生在哪个过程，是快降过程还是慢降加压过程。仔细观察发现，抖动现象发生在慢降加压过程，快降过程左右两缸下降速度正常，说明充液阀14已经打开；慢降加压时，把比例换向阀⑤⑦的电磁铁互换后，故障依然没有消除，比例换向阀的开口大小，可以在显示界面上直接观察到，显示相同，排除了比例换向阀的问题。检查中发现左右两缸的电磁换向阀13指示灯显示不一致，左侧不亮右侧亮，它们的线圈在加压过程中应该同时断电，把右侧电磁阀13的插头拔下后，试车抖动故障消除，说明问题出在电磁阀的控制上，重新设置后故障消除。抖动原因：左右两侧油缸，由于右侧电磁换向阀13误得电而下降速度快，左侧下降速度慢，两侧下降不同步，折弯过程属于闭环检测，可以自动调整使横梁保持水平，因左右两侧油缸行程误差较大，产生抖动现象，抖动过大时系统报警。

（4）用测压装置对横梁油缸的上下腔进行压力检测，（因当时没有测压装置，所以先对其他部分进行检查，如果先检测压力，可以快速发现问题），发现上升时下腔压力2MPa，快降、慢降加压时上腔压力0MPa，慢速接近工件过程正常，说明节流阀11、顺序阀⑨动作正常，判断故障应该出在压力控制上。选3mm厚度的工件进行折弯试验，发现不能折弯，检测油缸上腔压力仍然为0MPa，但把工件下面垫高，使工件高度超过由快降转换到慢降加压的转换点之上后，油缸上腔压力恢复正常，说明油缸上腔压力没有建立起来。怀疑电磁换向阀⑥的电磁铁线圈（注：插头不带指示灯）控制顺序不对，导致充液阀没有关闭，把电磁铁线圈通断顺序改正后，机床压力恢复正常。

此次液压故障排查修理总结出的经验是，对关键液压阀的电磁铁线圈插头，最好更换成带指示灯的，方便直接判断是否得电，得电顺序是否正确。表面看只有1个问题，实际存在2个故障，通过检测油缸压力，使问题直接显露出来。所以说压力检测非常重要，压力表可以帮助直接发现问题。准确判断出故障点，就可以快速解决故障。

4 案例2

旋转工作台液压锁紧系统，要求4个锁紧油缸的压力长时间保持在10MPa，不能有泄漏，锁紧压力降低，会造成加工过程中工作台锁紧失效，影响工件的加工精度。

（1）故障现象。油泵频繁启动，工作台锁紧失效。

（2）故障分析及处理。经过现场检查，锁紧缸和管路接头没有渗漏。怀疑是换向阀和溢流阀失效內泄。拆下溢流阀后用手压泵进行打压试验，溢流阀的溢流口无卸荷，保压正常。两位四通换向阀，手动试验换向阀故障检测按钮，阀芯运动灵活，没有卡滞现象，其长期使用后，內泄比较严重。更换新换向阀，新阀在正常使用一段时间后，发现保压时间不断缩短，油泵电机频繁启动，使得油泵电机线圈发热烧损。通过检查分析夏季厂房温度高，油液黏度降低，油稀时内部泄漏明显加大，不能保压。用YN68#液压油代替后，保压时间明显好转，达到使用要求。

5 结语

液压系统经常出现的故障中，有很多都是由于液压油受污染引起的，杂质进入循环系统，导致泵磨损加速，阀芯卡死，内控口、阻尼孔堵塞，锥面磨损密封不严造成內泄失效，所以一定要保持油液的纯净，同时不应随便拆卸精密元件。

［1］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2012.