液压系统故障研究及诊断方法

液压系统故障分析
及诊断方法
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。

在机械设备中，液压系统故障主要表现在液压系统或回路中的元件损坏,表现出泄漏、发热、振动、噪声等现象。

导致系统不能正常工作。

当然, 还有一些故障可能没有明显的故障现象，但是系统或系统的某个子系统不能工作，处理起来相对要困难的多。

在液压系统的故障中，因为液压油质量不好及变质／污染和在维修中杂质的侵入，是造成系统故障的主要原因，它占液压系统的故障率的８０％．而人为故障与设备故障只站故障率的２０％．
一、液压系统故障的分类
故障按发生的原因可分为人为故障<原始故障）和自然故障两种。

因为设计、制造、运行、安装、使用及维护不当造成的故障均为人为故障，又称为原始故障。

因为不可抗拒的自然因素<磨损、腐蚀、老化及环境变化等）产生的故障均属于自然故障范畴。

故障类型按性质可分为急性<突发性）故障及慢性<缓发性）故障两种。

急性故障的特点是具有偶然性。

它与系统的使用时间无关，如管路破裂，液压件卡死，液压泵压力失调，运动速度下降，液压振动，液压噪声，油温急剧上升等，此类故障难以预测与预防；慢性故障的特点是与使用时间有关，尤其是在使用寿命的后期体现得
最为明显，主要是与部件磨损、腐蚀、疲劳、老化、等劣化因素有关，慢性故障通常情况下是可以预防的。

故障按显现情况可分为实际故障和潜在故障两种。

实际故障又称之为功能性故障。

因为这种故障的实际存在，使液压系统不能正常工作或工作能力显著降低，如关键液压元件损坏等。

潜在故障一般指系统故障尚未在功能性方面表现出来，但可以通过观察分析及仪器测试出它的潜在程度。

液压系统发生故障的趋势，也符合可靠性项目中的故障曲线，即浴盆曲线。

一般在使用初期故障率较高，随着使用时间的延长及故障的不断排除，在使用中期故障率将逐渐下降趋于稳定。

而到了设备使用后期因为长期使用过程中的磨损、腐蚀、老化、疲劳等，会使故障逐渐增多。

二、液压系统故障原因
液压系统在工作中之所以发生故障，主要原因在于设计、制造、运输、安装、调试、使用和维护维修等诸方面存在人为故障隐患，也即所谓原始故障；其次便是在正常使用条件下自然磨损、老化、变质引起的故障，也即所谓自然故障。

液压工作的介质有两个主要的功用，一是传递能量和信号，二是起润滑＼防锈\冲洗污染物质及带走热量等重要作用．所以我们在对采机的维护中就必须注意液压油的质量．液压油的质量不好及污染可以造成多方面系统故障．
一）、液压油造成的系统故障：
1、因为油质问题造成的液压系统故障；
液压油是液压系统重要的组成部分，它的功能是；有效地传递能量，润滑部件和作为一种散热介质。

液压系统能否可靠、灵活、准确、有效而且经济地工作，与所选用的液压油的品质及性能密切相关。

因此正确选用液压油是确保液压系统正常和长期工作的前提。

在油液造成的系统故障中。

油质和污染是造成系统的主要原因。

因为品质好的液压油在抗乳化性、水解安定性、抗泡性、空气释放性等，都是影响系统工作稳定性的重要指标。

而油液的黏度是保证液压系统处于最佳工作状态的必要条件。

在日常维护中因为低质的液压油造成的气穴，液压油乳化。

执行元件磨损内泄，油温升高，润滑不良等现象经常出现。

2、因为污染及使用维护不当造成的故障；
a、液压系统进水: 进水由多方面原因造成.当系统中的含水量超
过0.5%后,一般会出现混浊,含有较多水的液压油长期运行会加速油
品的老化,产生锈蚀或腐蚀金属.油中带水后会使油品乳化,润滑性明显下降.所以在使用中,要将油箱底部的游离水及时放掉,并经常监测油中的水含量.当水含量明显超标时应及时更换
b、液压油混入空气:液压油中混入空气后,当压力降低时,空气会从油中以极快的速度释放出来,造成气穴腐蚀,产生强烈的振动和噪声带气泡的液压油在压缩时,因为气体压缩造成能量损耗,使液压系统不能正常工作.油中的空气还会加速油品的老化. <油液的两项指标是：１）起泡性２）空气释放性）
c、液压系统的颗粒污染:内部污染,是液压油在使用过程中造成的污染,如液压油氧化产生的油泥或积炭,摩擦副在使用过程中产生的磨粒等到.
外部污染,如加工残留的金属屑,不正确加油带入的杂质,空气中尘土,沙粒等
受污染的液压油会明显影响系统的使用性能.破坏指行元件及控制元件的润滑性能.金属杂质或其它硬质污染可引起摩擦副的磨损金属磨屑会加速油液的氧化,氧化生成的油泥可能堵塞滤油器、油线管道、换向阀油槽等.给系统造成的故障也很难判断．
d、液压系统中混入其它油品:液压系统用油是一种性能要求全面和严格的油品,不允许用其它油品替代或混用.如果在正常运转的系统中误加入其它油品,会使液压油的性能发生变化,造成液压系统故障.如液压加入其它油液<及再生油等）在它含有大量的清净分散剂，会使液压油的破乳化性明显变差，水不能从油中及时分离，
不但会使油的润滑性下降，还会造成锈蚀．如果液压油中误加入齿轮油,因为齿轮油中含有较多的硫磷极压抗磨剂,会使液压油中的硫.磷元素含量明显提高,容易造成金属腐蚀.
<二）、液压系统温度过高对液压系统的影响．
因为油质的质量问题在使用过程中会造成系统的温度升高，如果一但温度升高，就会使油液的黏度下降．造成润滑油膜变薄，破坏了油液的润滑链．使液动元件磨损，内泄增加．会造成油泵容积和效率下降，油泵的磨损增加，使用寿命缩短：对液压元件来说，温度升高产生的热膨胀会使配合间隙减小，造成元件的失灵或卡死，同样会造成密封元件变形和老化使系统漏油．
<三）、液压系统使用维护不当:
液压系统使用维护不当,不仅使设备故障频率增加,而且会降低设备的使用寿命.比如,使用设备时超载,操纵用力过猛,盲目拆卸,不定时更换滤芯及液压油,随意调整控制系统等.所以在日常使用及维护中一定按操作规程操作,正确的维护方法.
三、液压系统故障诊断基本方法
㈠、液压系统故障故障诊断的一般步骤
1、首先核实故障现象或征兆。

鉴于液压系统故障的复杂性和隐蔽性，必须核实故障的现象或征兆，方法是向操作工和维修人员询问该机器近期的工作性能变化情况，维修保养情况，出现故障后曾采取的具体措施，已检查和调整过那些部位等。

2、确定故障诊断参数。

液压系统的故障均属于参数型故障，通
过测量参数提取有用的故障信息。

选择诊断参数的原则是：诊断参数要具有良好的灵敏度、易测性、再现性、能够包容尽可能多的故障信息量。

液压系统的诊断参数有系统压力、系统流量、元件升温、元件泄漏量系统振动和噪声等。

系统压力不足表现为液压缸动作无力、马达输出功率或转矩不足、行走无力等现象。

系统流量不足表现为执行元件运动速度慢或停止不动。

元件泄漏量大，表现为动作速度慢和系统温升快。

3、分析、确定故障可能产生的位置和范围。

对所检测的结果，对照液压原理图进行分析，从构造原理上讲得通，确保故障诊断的准确性，减少误诊。

在液压故障诊断时要特别注意：在未分析确定故障产生的位置和范围之前，严禁任何盲目的拆卸、解体或自行调整液压元件，以免造成故障范围扩大或产生新的故障，使原有的故障更加复杂化。

4、制定合理的诊断过程和诊断方法。

<二）、直观检查法
直观检查法是液压系统故障诊断的一种最为简易、最为方便的方法。

通常是用眼看、手摸、耳听、嗅闻手段对零件的外部进行检查，判断一些较为简单的故障。

眼看：视觉检查，用眼观察设备有无破裂、漏油、松脱、变形、动作缓慢、爬行等现象
手摸：手摸可以用来感觉漏油部位的漏油情况，特别是用于一些眼睛不能观察到的地方。

手摸还可以判断油管油路的能断，因
为液压系统油压较高具有一定的脉动性。

当油管内有压力通过时，用手握住会有振动或类似摸脉的感觉，而无油液流过或压力过低则没有这种现象。

据此，可以初步判断油压的高低及油路的通断。

手摸还可以检查机械设备的润滑情况和液压系统的润滑及内泄情况。

因为摩擦及内泄劲都会造成壳体的发热。

或局部温度升高。

耳听：主要用于根据机械零件损坏造成异常响声判断故障点及可能出现的故障形式、损坏程度。

液压故障不象机械故障那样响声明显，但有些故障还是可以利用耳听来判断。

如液压泵吸空、溢流阀开启、元件发卡等故障，都会发出不同的响声，如冲击声或“水锤声”及金属元件破裂造成的破裂声。

嗅闻：嗅闻可以根据有些部件因为过热、摩擦润滑不良、汽蚀等原因发出的异味来判断故障点。

比如有“焦化”油味，可能是液压油泵或马达因为吸入空气而产生的汽蚀，汽蚀后产生高温把周围油液烤焦而出现的。

<三）、操作调整检查法
操作调整检查法主要是在无负荷动作和有负荷动作两种条件下进行故障复现操作。

而且最好由本机操作手进行，以便与平时的工作比较。

操作时一般无负荷检查主要检测系统的流量情况。

而有负荷情况下主要检查系统的压力情况。

通过流量及压力来判断系统的故障点。

在正常的操纵中要求动作轻柔、准确，一般不要过载工作。

而在检查故障时则要故意过载操作，以使故障复现，从这些特殊状态中检查故障。

操作法检查故障时，有时要结合调整法进行。

所谓调整，是指调整液压系统与故障可能相关的压力、流量、元件行程式等可调部位，观察故障现象是否有变化、变化大还是小、变好还是变坏。

使用调整法时要注意变量的调整数量和幅度：一是每次调整变量应仅有一个，以免其他变量干扰使故障判断复杂化，如果调整后故障无变化，应复位，然后再进行另一个变量的调整；二是整个调整幅度要控制在一定的范围内，防止过大、过小而造成新的故障；三是调整后的操作要谨慎小心，在没有确定调整是否得当前，不要长时间使用同一动作。

<四）、对比替换检查法
这是一种在缺乏测试仪器时检查液压系统故障的一种有效方法，有时应结合替换法进行。

一种情况是用两台型号、性能参数相同的机械进行对比实验，从中查找故障。

实验过程中可对机械的可疑原件用新件或完好机械的元件进行替换，再开机实验，如性能变好，则故障即知。

否则，可继续用同样的方法或其它的方法检查其余部件；另一种情况是目前许多大中型机械的液压系统采用了双泵或多泵双回路系统，对这样的系统采用对比替换法更为方便，而现许多系统的连接采用了高压软管连接，为替换法的实施提供了更为方便的条件。

遇到可疑元件，要更换另一回路的完好元件时，无需拆卸元件，只要更换相应的软管接头即可。

当然，用对比替换法检查故障，因为结构配置、元件储备、拆卸不便等原因，从操作上来说比较复杂。

但对如平衡阀、溢流
阀、单向阀之类体积小、易拆装的元件，采用此方法是较方便的。

具体实施替换法的过程中，一定要注意连接正确，不要损坏周围的其它元件，这样才能有助于正确判断故障，而又能避免出现人为故障。

在没有搞清具体故障所在的部位时，应避免盲目拆卸液压元件总成，否则会造成其性能的降低，甚至出现新的故障，所以在检查过程中，要充分用好对比替换法。

<五）、逻辑分析法
随着液压技术的不断发展，液压系统越来越复杂，越来越精密。

在这种情况下，不加分析的在机械上乱拆乱卸，不但解决不了问题，反而会使故障更加复杂化。

因此，当遇到一时难以找到原因的故障时，一定不要盲目拆修，应根据前面几种方法的初步检查结果，结合机械的液压系统图进行逻辑分析。

逻辑分析时可通过构建故障树的方法分析其故障原因。

因为液压系统是以液压油为媒介<工作介质）联系而成的一个有机整体，不是相互独立的元件，互相之间的动作是有联系、有其内在规律的，所以，逻辑分析法会随着液压技术的发展而得到更广泛的应用。

逻辑分析法有时还要结合具体部件的结构原理图进行。

对较为简单的液压系统，可根据故障现象，按照动力元件、控制元件、执行元件的顺序在液压系统原理图上正向推理分析故障原因<结合用前面几种方法检查的结果进行）。

①油箱缺油；
②油箱吸油过滤器堵塞；
③油箱空气孔不畅通；
④液压泵内漏严重；
⑤操作阀上二次溢流阀压力调节过低；
⑥先导阀压力过低，内泄；
⑦操作阀内漏严重；
⑧动臂液压缸内漏严重；
⑨回油路不畅，回油过滤堵塞；
考虑到这些因素后，在根据已有的检查结果，即可排除某些因素，将故障范围缩小，根据缩小后的范围再上机检查，然后再分析。

四、液压系统的常见故障
液压系统的故障无非有两种判断，一是流量，二是压力．系统故障的出现，都于二者有密切关系，只要二者有一个发生变化，系统就会出现故障．所以检查液压系统必须从二者之间下手．
<一）、泵站的常见故障与排除
泵站的故障是被我们常忽略的地方．泵站主要有油箱／吸油过滤器／油泵／回油过滤器．油箱的主要功能是存储液压介质／散发油液热量／逸出空气／沉淀杂质／分离水分及安装元件等．
１、油箱：它在日常维护中所要注意的是油箱的温度与油量．因为温度与油量能较为直接的反映出液压系统出现的问题，在日常的维护中油量的减少会将箱底部的杂质吸入系统，因为油量少，增加系统的循环使系统的温度升高．油量的突然减少说明系统可能存在泄
漏，而温度的突然升高会正明系统内部可能存在着磨损与泄漏．２、吸油过滤器：吸过滤器的主要功能是过滤油液中的颗粒物质．为防止过滤网的堵塞，采用了网式过滤．在正常的检修中主要在注意过滤网的堵塞与漏气．因为过滤网的堵塞会造成油泵的吸空．吸空会造成气穴，而气穴是液压系统元件损坏的主要原因．同样漏气也会造成油泵的供给不足．及使油泵产生气塞．降低油泵的容积．增加系统的流量损耗．
３、油泵：油泵的主要功能是将机械能转换为液压转递能．它的常见故障有不输油或输油量不足，压力不能升高或压力不足，异常发热，噪声过大，构件磨损等．
<二）、油泵常见的故障：
１.泵噪声由流量压力剧变造成脉动增大，气穴及机械振动，空气进入，油位太低，零件磨损及紧固松动等引起
２.泵不排油或排油不足吸口管漏气，滤油器或油管堵塞，油面位置过低，油泵严重内泄，变量机构失灵，油泵内部损坏等．
３.油泵压力不足或无力流量调解失灵，油泵斜盘及柱塞油缸卡涩．其它控制元件及执行元件泄漏，吸油不足及泄漏严重．
４．泵温过高油液在使用中严重污染，管道流速过高，压力损失过大等．
５．变量机构失灵变量机构阀芯卡死，变量机构阀芯与阀套间的磨损严重或遮盖量不够<一般大都是调解失误造成），变量机构控制油路堵塞，变量机构与斜盘间的连接部位严重磨损转动失灵．
6、回油：背压油高速流过会使油温继续升高．及将油箱的杂质冲起．同时使液压油的空气含量增加造成气穴.
<三）、换向阀和液压调整系统的常见故障
液压阀是液压系统中用来控制液流的压力，流量和流动方向的控制元件，是影响液压系统性能．可靠性和经济性的重要元件．五、执行元件常见的故障
马达的常见故障：
<１）排量不足执行机构动作迟缓：
１；吸油管及滤油器堵塞或阻力太大
２；油箱油面过低．
３；泵体内没有充满油，有残存空气．
４；柱塞与缸体或配油盘与缸体磨损．
<２）压力不足或压力脉动较大．
１；吸油口堵塞或通道较小．
２；油温较高，油液黏度下降，泄漏增加．
３；油缸与配油盘之间磨损，失去密封，泄漏增加，柱塞与缸体磨损
<３）噪声较大．
１；马达内有空气
２；滤油器被堵塞．
３；油液不干净
<４）内部泄漏．
１；缸体与配油盘间磨损．
２；故障中心弹簧损坏，使缸体与配盘间失去密封性．
３；柱塞与缸体磨损．
液压油缸常见故障
１；升降油缸自动下降．液压锁调压低或泄漏．油缸内泄
２；油缸推力不足．液压系统压力不足，柱塞与导套磨损后间隙增大，漏油严重．
３；油缸产生爬行．缸内混入气体．活塞局部产生弯曲．密封圈压得过紧或过松．缸内锈蚀或拉毛．
六、案例分析
液压系统油质对系统产生的故障案例分析
例１：故障现象：液压油变黑．多次更换无法正常，系统伴有燥声．设备工作不正常．
查问：可能错误的加入了乳化液．后被否认．
检查液压油：发现油液中含有大量的炭游离子．
排除：更换全部液压元件及油管．及清洗液压系统．
分析：因为系统中误加了乳化液便设备的油质产生发泡，造成了系统的含气量增加．<由其是乳化液含有清洗剂．）使系统产生了气穴，当气泡周围受到迅速的高压，使系统压力在气泡周围由Ｐ１上升到Ｐ２时．可以看作气泡受到绝热压缩，这时气泡绝对温度从Ｔ１上升到Ｔ２．因此，如果Ｐ２／Ｐ１＝５０．则Ｔ２／Ｔ１＝３．０６，气泡内的温度为５０0度．如此高的温度下油会发生局
部燃烧，发光发热，产生游离的碳黑．这种碳游离子会造成设备调解系统及油路的堵塞，同时还会造成指行元件的润滑滞涩与卡死．系统加入了再生油，油质中有多种油液及杂质．其中再造的油液中含有柴油，它含有清洗剂，将系统中的污染物清洗下来后又造成系统的二次污染，杂质在系统中流动，将泵头阀调解油孔堵塞，<因调解系统的最小节流孔为０.００７ｍｍ）使系统无法调解排量．造成了系统无压力．
在液压系统中，各运动部件之间总是要产生摩擦和磨损．特别是液压技术向高压／高速／高性能化发展中，为减小摩擦／磨损，对工作液体的润滑性和抗磨性提出了越来越高的要求．所以当系统中加入非抗磨性油液时，使油泵调解系统的阀芯滞涩，当油温升高后，因为元件热胀，使系统内泄增加，起到了润滑作用使系统工作正常．
申明：
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