液壓系統原理及故障分析與排除

中船6354研究所（江西九江 332000）張衛民

現代加工設備液壓系統應用較廣泛，大大提高了設備的生產效率。同時最大限度地保證機床設備的運行平穩性，為高精度設備制造提供了堅實的技術支持。

1.液壓系統及原理

液壓系統較復雜，液壓顧名思義是以液體為工作介質進行動力傳輸，經各相關液壓元件控制，最終輸出動力給加工設備進行一系列的動作。液壓元件一般包括動力元件、控制元件、執行元件、輔助元件等。

液壓傳動是利用液壓泵將機械能轉變為液體的壓力能，然后利用液壓缸將液體的壓力能轉變為機械能帶動負載，各執行機構完成所需的運動速度。

液壓傳動與機械傳動和氣壓傳動相比有較大的優點：①能實現無級調速，調速范圍大，可達100∶1～2 000∶1。②能傳遞較大的力和轉矩。與機械裝置相比體積小、重量輕。③工作平穩、沖擊小；控制、調節簡單。與電氣配合能實現遠程控制。④使用壽命長，能自行潤滑。產生的熱量隨液體的流動帶走。

液壓傳動的工作介質主要是液壓油。液壓油的合理選用對液壓系統的工作狀態影響是巨大的。液壓油主要的性質是黏性和可壓縮性。影響黏度的主要因素是溫度和壓力。當壓力增大時黏度也增大，一般在中、低壓力下黏度變化可忽略不計；當溫度升高時，黏度就下降。一般高溫時應選用黏度大的液壓油，以減少泄漏；溫度低時選用黏度小的液壓油，以減小摩擦。液壓油的選用應根據液壓泵的要求確定。葉片泵工作壓力小于7M Pa時推薦用L-HM 32#/46#/68#液壓油；大于7M Pa時用L-HM 46#/68#/100#。齒輪泵工作壓力小于12M Pa時推薦用L-HL32#/46#/68#液壓油；大于12M Pa時用L-HM 46#/68#/100#/150#液壓油。柱塞泵推薦用油為L-HM 32#/46#/68#/100#/150#液壓油。螺桿泵用油推薦L-HL32#/46#/68#。

液壓缸是液壓系統的執行元件，實現直線往復運動或小于360°的往復運動。液壓缸按結構特點分為活塞式、柱塞式和擺動式。

液壓控制閥是液壓系統中的控制元件，用來控制液壓系統中的壓力大小、流量及流動方向，它是直接影響液壓系統的工作過程和工作特性的重要元件。液壓閥按用途分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。液壓閥的基本結構主要包括閥芯、閥體、驅動閥芯在閥體內作相對運動的操縱裝置。液壓閥的工作原理是利用閥芯在閥體內的相對運動來控制閥口的通斷及開口的大小來實現壓力、流量、方向的控制。壓力控制閥包括溢流閥、減壓閥、卸荷閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節流閥、調速閥等；方向控制閥包括單向閥、換向閥、行程減速閥等。單向閥有普通單向閥和液控單向閥，它只允許液體從一個方向通過，而反向液流被截止。單向閥一般都安裝在泵的出口，既能防止系統的壓力沖擊又能防止系統的油液倒流經泵回箱，還可以防止油路發生干擾。如圖1所示為普通單向閥符號，圖2所示為液控單向閥符號。

圖 1

圖 2

換向閥是利用閥芯和閥體間相對位置的不同來變換閥體上各主油口的通斷，實現各油路聯通、切斷、改變流向的閥類。按操縱方式分為手動、機動、電磁控制、液動、電液動、氣動。按工作位置和控制的通道數分為二位二通、二位三通、二位四通、三位四通、三位五通等。如圖3所示為二位四通閥的圖形符號：P表示換向閥與系統供油連接的油口；T表示與油路連接的回油口；A、B表示與執行元件相連接的工作油口；方框表示閥的工作位置，有幾個方框就表示幾“位”；“⊥”表示此路不通。

圖 3

壓力控制閥常用的有溢流閥、減壓閥及壓力繼電器等。溢流閥是液壓系統中的主要元件之一，在液壓系統中用于分流和穩壓、限壓保護、卸荷等作用。圖形符號如圖4所示。減壓閥是用來降低液壓系統中分支油路的壓力。圖形符號如圖5所示。調速閥是由一個定差減壓閥和一個可調節流閥串聯而成，能保持通過節流閥的流量穩定。圖形符號如圖6所示。

圖4 溢流閥

圖5 減壓閥

6 調速閥

2.液壓系統故障及排除

過濾器和蓄能器是液壓系統中重要的輔助元件。液壓系統故障80％是由油液的污染造成的。所以過濾器的好壞對液壓系統的正常工作有著至關重要的作用。過濾器按濾芯形式分為網式、線隙式、紙芯式、燒結式及磁式等。過濾器的精度等級由油液的污染度等級來確定。污染等級代號由兩個標號組成，第1個標號表示1m L工作介質中大于5μm的顆粒數，第2個標號表示1m L工作介質中大于15μm的顆粒數。過濾器按過濾精度分為粗過濾器、普通過濾器、精過濾器、特精過濾器。它們分別能濾去公稱尺寸為100μm、10～100μm、5～10μm、5μm以下的雜質顆粒。

圖7為TX 6113C臥式鏜床液壓系統原理圖。該機床在加工過程中出現X軸無法移動和調速盤不能正常旋轉調速。根據原理圖可知，X軸拖板剎緊是由一個二位四通電磁閥4WE6C50/OAW 220—50Z5控制其夾緊松開。液壓缸的壓力反饋是由壓力繼電器HED 20A 20/63控制。機床在加工過程中突然出現X軸無法移動，原因是由于X軸夾緊塊未松開，壓力繼電器反饋給PLC的信號始終是鎖緊狀態，機床鎖死無法移動。經檢查發現二位四通閥電磁鐵發燙，拆下電磁閥通220V外部電源未發現閥芯有明顯動作，初步判斷電磁閥出現故障。拆開電磁閥體后發現閥芯表面有較深的劃痕，閥芯表面有黃漬，手推動閥芯困難。將閥芯清洗后研磨，手動推動閥芯輕松，裝好調試完成試機工作正常。此故障是由于油液臟，有雜質進入閥體將其卡死引起的。

圖7 液壓傳動圖

調速盤調速是由二位二通閥、減壓閥、調速閥控制調速盤各油路的通斷來控制各個液壓缸的動作。調速盤旋轉困難主要是因為調速盤中有異物卡死或液壓缸不動作引起的。將調速盤和液壓缸拆下清洗后動作應很輕松。

M T100五軸加工中心液壓系統較復雜，設備運行過程中經常出現漏油現象，經檢查發現是由于密封圈磨損導致泄漏。更換密封圈后工作正常。

圖 8 工作臺剎車液壓組合閥

工作臺旋轉時，松開、夾緊動作是由液壓控制滑塊來實現動作的。液壓傳動如圖8所示，工作臺卡死是由于滑塊密封圈磨損導致泄漏，滑塊不能正常移動，將工作臺頂死。拆卸下工作臺后發現銅塊端面磨損較厲害，密封圈破損。更換滑塊需要借助工裝進行安裝。工裝如圖9所示。滑塊銅的外徑和密封圈的外徑為φ30.2mm。安裝時將工裝套有外倒角的一邊放置在安裝孔上，用推桿將銅塊緩慢推入剎車塊孔中。如果沒有工裝將剎車銅塊直接壓入剎車塊孔中，容易將銅塊橡膠密封部分損壞。工裝套子一頭外圓必須倒角2mm×45°，便于與剎車塊孔定位。剎車銅塊如圖10所示。

圖9 工裝

圖10 剎車銅塊

3.結語

液壓系統出現故障后應根據液壓傳動圖逐級查找故障部位。首先應檢查油液是否變質、變臟，清洗過濾器；然后檢查壓力表值是否正常，液壓控制元件是否工作正常，輸入電壓是否正常等。只有充分了解液壓系統工作原理，才能在維修實踐中運用自如。