輪對壓裝機液壓系統故障綜述

戚景觀，王興，齊向東，張慧聞，姚歡，宋朝瑞

(1.晉西車軸股份有限公司機動部，山西太原030027;2.太原科技大學計算機學院，山西太原030024;3.太原科技大學電子信息工程學院，山西太原030024;4.太原科技大學研究生學院，山西太原 030024)

目前，中國鐵路的年貨物發送量居世界第一位，由此可見，貨物運輸是鐵路運輸中非常重要的一部分。如何緩解運輸緊張狀況和確保貨車運用安全，一直是鐵路部門思索的重大課題。把鐵路上用于載運貨物的車輛統稱為鐵路貨車，輪對是鐵道貨車行走部分的關鍵部件。車輛運行中，輪對受到動、靜載荷作用的同時還承受制動載荷的作用，因此，輪對壓裝質量的好壞將直接影響行車安全，輪對壓裝機是當今輪對產品壓裝工序中應用范圍廣、壓裝效率高、壓裝質量好的必備自動化設備。

1 輪對壓裝機概述

輪對壓裝機是由主機、測量系統、液壓系統、曲線記錄系統、曲線輸出系統，控制系統等組成。輪對壓裝機結構見圖1所示。

圖1 輪對壓裝機結構組成

對于輪對壓裝機，首先它能一次完成輪對組裝，采用不掉頭壓裝方式，實現與預壓裝直接連接，縮短壓裝時間;其次，它的檢測系統采取如下結構:測量桿是由金屬圓柱體構成，雙向油缸驅動，安裝在上橫梁的滑座上，采用接觸方式，在滑座上連接拉線式旋轉編碼器，隨著車輪的移動進行隨動，進而能自動地記錄輪對壓裝曲線，并且能按照鐵道標準自動判斷曲線是否合格，可與HMIS系統實現數據共享;再者，它配有安全保護聯鎖裝置和短路、斷路及漏電保護裝置，具有完善、可靠的聯鎖保護和故障報警等功能;最后，它選用伺服液壓泵，采用國外最新控制及液壓技術，能實現工進和快進的自動轉換，并保證額定負荷下連續工作22 h，精度穩定，不出現升溫過高和泄漏現象。

2 液壓系統簡介

液壓系統是輪對壓裝機的關鍵部分，是設備的心臟，主要為設備提供所需的動力，通過控制系統的控制實現壓裝、進出料小車移動及其他輔助動作。液壓系統設計的好壞，將直接影響到壓力曲線是否能夠滿足鐵標的要求，是否能夠滿足提速車輛所要求的輪對組裝時輪位差和內側距的位置精度。液壓系統原理如圖2所示。輪對壓裝機的液壓系統由主液壓系統及輔助液壓系統組成，用于實現各機構的動作，主、副液壓系統使用一個油箱。

圖2 液壓系統原理

主液壓系統主要是由伺服液壓泵組、閥組、管路及主壓裝缸組成，輔助液壓系統主要由變量液壓泵組、閥組、管路及油缸組成。

一個完整的液壓系統由5個部分組成，即動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件 (附件)和液壓油。液壓系統基本裝置是動力元件和執行元件:油泵作為動力元件，連續將油推出，并把機械能轉變成壓力能和動能;油缸作為執行元件，是用來把液壓能重新轉換成工作所需機械能的系統部件;閥作為控制元件，控制油的流量和流動方向或限制壓力;油箱、濾油器、連接管路、密封件、冷卻器以及其他輔助元件分別用來負責油液的貯存、凈化、輸送、密封和散熱等輔助性工作。

3 系統故障總結

結合輪對壓裝機液壓系統在生產中所出現的故障，按照液壓系統故障部件劃分具體如下:

(1)作為動力元件，液壓泵出現的故障有:

泵容積效率低，泵不轉，泵反轉，電機轉向不對，泵不吸油，泵軸可轉動但內部折斷等導致的液壓泵不輸油、出油量不足;

吸空現象嚴重，吸入氣泡，液壓泵運轉不良，泵的結構因素、泵安裝不良等導致的液壓泵噪聲較大;

泵吸氣，泵內油液過臟，裝配不良、結構因素等導致的液壓泵壓力不穩定，流量不穩定;

裝配不良、油液質量差、管路故障、受外界影響、內部泄漏大等導致的液壓泵異常發熱。

(2)作為控制元件，各種液壓閥出現的故障有:

溢流閥出現的故障主要有:調不上壓力、壓力調不高、壓力突然升高、壓力突然下降、壓力波動(不穩定)、振動與噪聲。

減壓閥出現的故障主要有:無二次壓力，不起減壓作用，二次壓力不穩定，二次壓力升不高。

順序閥出現的故障主要有:始終出油，不起順序閥作用;始終不出油，不起順序閥作用;調定壓力值不符合要求;振動與噪聲;單向順序閥反向不能回油。

電液/電磁換向閥出現的故障主要有:主閥芯不運動，閥芯換向后通過的流量不足，壓力降過大，液控換向閥閥芯換向速度不易調節，電磁鐵過熱或線圈燒壞，電磁鐵吸力不夠，沖擊與振動。

(3)作為執行元件，液壓油缸出現的故障有:

壓力不足、壓力已達到要求仍不動作等導致的液壓缸活塞桿不能動作;

內泄漏嚴重，外載荷過大，活塞移動時“憋勁”，缸內進入空氣等導致的液壓缸活塞桿速度達不到規定值、液壓缸爬行;

裝配不良，密封件質量問題，活塞桿和溝槽加工質量差，油黏度過低，油溫過高、高頻振動、活塞桿拉傷等導致的液壓缸外泄漏。

(4)作為輔助元件，冷卻系統出現的故障有:風機不能轉，風機軸承磨損。

(5)作為輔助元件，液壓站、油管出現的故障有:在接頭和接口處出現泄漏。

(6)作為輔助元件，濾油器出現的故障有:濾芯破壞變形，濾油器脫焊，濾油器掉粒，濾油器堵塞。

4 故障分析

4.1 故障樹分析法

故障樹分析 (FTA)技術采用邏輯方法，形象地進行危險的分析工作，特點是直觀、明了、思路清晰、邏輯性強、可以做定性分析、也可以做定量分析，體現了以系統工程方法研究安全問題的系統性、準確性和預測性，它是安全系統工程的主要分析方法之一。

故障樹圖是一種邏輯因果關系圖，它根據元部件狀態 (基本事件)來顯示系統的狀態 (頂事件)。故障樹圖也是一種圖形化設計方法，并且作為可靠性框圖的一種可替代的方法。一個故障樹圖是從上到下逐級建樹并且根據事件而聯系，它用圖形化“模型”路徑的方法，使一個系統能導致一個可預知的、不可預知的故障事件 (失效)，路徑的交叉處的事件和狀態，用標準的邏輯符號 (與、或等)表示。輪對壓裝機液壓系統故障樹如圖3所示。

圖3 液壓系統故障樹

4.2 液壓系統故障分析

一般來講，輪對壓裝機液壓系統不出現制造質量問題，工人按照要求操作輪對壓裝機，那么輪對壓裝機液壓系統出現故障的原因多是相關人員預防性的維護保養工作沒做到位，特別是輪對壓裝機液壓系統出現污染、過熱以及進入空氣時，更易引起系統故障。

4.2.1 污物

具體而言，輪對壓裝機液壓系統液壓油會由于進入污物而變質導致液壓系統發生故障。結合輪對壓裝機運行情況，并通過對此故障原因進行分析，下面對進入液壓油污物來源進行說明。

來源1:液壓系統外部不清潔，污物順著加油能被帶入液壓系統;或在設備管理員檢查液壓系統油量時進入液壓系統;或通過損壞的油封或者密封環進入液壓系統。

來源2:液壓系統內部清洗不徹底，會在油箱或者部件內留有微量的殘渣。

來源3:加油容器不清潔，污物也能順著加油而被帶入到液壓系統。

來源4:輸油管在管內產生銹皮，銹皮會由于液壓油流動而被帶入到液壓系統。

來源5:變質的液壓油會腐蝕液壓系統零部件，被腐蝕的金屬會成為游離分子懸浮在液壓系統油中。

4.2.2 過熱

具體而言，輪對壓裝機液壓系統會由于過熱導致液壓系統發生故障。結合輪對壓裝機運行情況，對此故障原因進行分析。下面是造成液壓系統過熱的原因:

原因1:液壓油中進入空氣或水分，這樣的液壓油轉變為壓力油，里面摻雜的空氣和水分就會助長增加熱而引起過熱。

原因2:液壓站中液壓油油平面過高，液壓站在運行中會引起液壓油強烈攪動，從而導致油溫過高。

原因3:質量低劣的液壓油隨著時間推移黏度會變低，使泄漏量增大，液壓站的容積效率降低，從而導致系統溫升速度加快。

原因4:液壓站工作超過額定負荷，導致液壓油過熱。

原因5:液壓站回油閥調整不適當，或者已磨損的零件未及時更換，這種現象也會產生過熱情況。

原因6:液壓油選擇要適當，選擇黏度高的液壓油，液壓油流動時產生的阻力較大，液壓系統克服阻力所消耗的功率較大，轉化為熱量從而造成油溫上升。

4.2.3 空氣

具體而言，輪對壓裝機液壓系統如進入空氣也會導致液壓系統發生故障。結合輪對壓裝機運行情況，對此故障原因進行分析。下面是造成液壓系統液壓油進入空氣的原因:

原因1:給液壓站加油時，不適當的傾倒致使氣泡混入液壓油中。

原因2:液壓站油管接頭松動或者油封損壞，在液壓站運行中空氣被吸入到系統中。

原因3:液壓站吸油管路被磨穿，空氣會順著破口進入液壓系統當中。

5 主要故障對策

5.1 液壓泵故障對策

5.1.1 液壓泵不輸油、出油量不足

(1)若因泵不轉或反轉而起，應檢查電氣部件和線路、電動機轉向、電機和泵之間連接鍵、溢流閥和單向閥等并排除故障。

(2)若泵軸仍可轉動，則應檢查泵軸內部折斷原因并更換新軸，拆開并檢修泵內滑動副，裝配按要求選配間隙，還應檢查油質、冷卻器以及油箱油量，若發現問題及時處理。

(3)若因泵不吸油而起，則首先分析泵不吸油原因然后采取措施解決問題。

(4)若因泵容積效率低而起，則需拆開、清洗、修理和更換磨損滑動零件，研磨磨損配油盤端面，更換軸承，更換柱塞并配研到要求間隙，清洗后重新按技術要求裝配。

5.1.2 液壓泵噪聲較大

(1)若因吸空現象嚴重而起，應有選擇性地采取如下措施:清洗或更換堵塞過濾器，適當加長調整吸油管長度或位置，檢查并緊固連接處和結合面的密封等。

(2)若因吸入氣泡而起，應有選擇性地采取如下措施:進行空載運轉排空氣，加長吸油管等。

(3)若因運轉不良而起，檢查泵內軸承以及其他零部件磨損情況并及時拆卸清洗更換。

5.1.3 液壓泵壓力不穩定，流量不穩定

(1)若因泵安裝不良而起，則應采取以下措施:清洗或更換堵塞過濾器，適當加長調整吸油管長度或位置，檢查并緊固連接處和結合面的密封等。

(2)若因吸入氣泡而起，則應采取以下措施:進行空載運轉排空氣，加長吸油管等。

(3)若泵內油液過臟則過濾或者更換油液。

5.1.4 液壓泵異常發熱

(1)若因裝配不良而起，則應選擇以下措施:若間隙選配不當應拆開液壓泵清洗，測量間隙，重新配研達到規定間隙;若因油液質量差而起，則應按規定選用液壓油，若發現油液含有水分或者污染則應清洗油箱內部，然后更換合適油液。

(2)若因泵內部泄漏大和容積效率低而起，則需拆開、清洗、修理和更換磨損滑動零件，研磨磨損配油盤端面，更換軸承，更換柱塞并配研到要求間隙，清洗后重新按技術要求裝配。

5.2 液壓閥故障對策

檢查溢流閥，若是主閥芯出現阻尼孔堵塞、工作不靈敏等現象，則應清洗阻尼孔使之暢通，檢修更換零件，過濾或更換油液;若是先導閥調壓彈簧出問題，則應更換彈簧;若是由于閥使用不當，通過流量超過允許值，則應在額定流量范圍內使用溢流閥;若是系統存在空氣，排除空氣。

檢查減壓閥，若是主閥芯在全閉位置或全開位置卡死，主閥彈簧折斷彎曲變形，阻尼孔堵塞，則修理、更換零件和彈簧，過濾或更換油液;若是使用錯誤，泄油口不通，則應檢修螺塞和卸油管等部件;若是出現部件漏油，則更換密封件，緊固螺釘，消除外漏。

檢查順序閥，若是閥芯、單向閥在打開 (關閉)位置上卡死，則應修理閥芯、單向閥，檢查油質，更換彈簧，使配合間隙達到要求，并使閥芯移動靈活，油質若不符合要求應過濾或更換;若是回油阻力太高，油溫過高，則應降低回油阻力，控制油溫在規定范圍內。

檢查電磁換向閥，若是電磁鐵線圈燒壞、線路故障、鐵芯卡死等問題，則應檢查原因，進行修理或更換;若是先導電磁閥閥芯與閥體孔卡死，則修理配合間隙達到要求，使閥芯移動靈活;過濾或更換油液;若是油路故障，則應清洗堵塞控制油路使之暢通，將端蓋漏油處的螺釘擰緊;若是閥開口量不足，則應檢查推桿，更換適宜長度的推桿;若是出現換向沖擊，則應從選用大通徑電液動換向閥、調小節流閥節流口、減慢閥芯移動速度、檢修單向節流閥等方面考慮解決問題。

5.3 油缸故障對策

5.3.1 活塞桿不能動作

(1)若因壓力不足而起，則檢查換向閥、液壓泵和主要液壓閥等的故障原因并及時排除，檢查密封件磨損情況并及時更換損壞密封件。

(2)若因壓力已達到要求但仍不能啟動、壓力不足而起，活塞桿移動“憋勁”時則應檢查缸筒與活塞、導向套與活塞桿、活塞桿與夾布膠木導向套配合間隙并調整到規定值，如液壓缸裝配不良應重新裝配和安裝;液壓回路液壓缸背壓腔油液未與油箱相通，連通回油的換向閥未動作時應檢查原因并消除。

5.3.2 活塞桿速度達不到規定值、液壓缸爬行

(1)若因內泄漏嚴重而起，則應檢查并更換密封件，或者檢查并更換適宜黏度的液壓油，若是油溫過高則應檢查原因并排除故障。

(2)若因外載荷過大而起，若是設計錯誤則應重新核算并更換元件，若是工藝使用錯誤造成外載比預定值大則應按設備規定值使用，若是油溫過高則應檢查原因并排除故障。

(3)若因活塞移動時“憋勁”而起，若是裝配質量差、加工精度差和缸筒孔錐度和圓度超差，則應檢查零件尺寸，更換無法修復的零件;若是活塞、活塞桿與缸蓋之間同軸度差以及液壓缸與工作臺平行度差，則應按照要求重新裝配;若是活塞桿與導向套配合間隙過小，則應檢查配合間隙，修刮導向套孔。

(4)若因臟物進入滑動部位而起，則應過濾或更換過臟油液，更換破損防塵圈;若是裝配時未清洗干凈或帶入臟物則應拆開清洗。

5.3.3 液壓缸外泄漏

此時若是油溫過高則應檢查原因并排除故障;若是裝配不良，應拆開液壓缸等相關部件檢查重新裝配;若是密封問題應及時更換密封件;若是活塞桿和溝槽加工質量差應修正使得達到要求。

6 結束語

全面總結出輪對壓裝機液壓系統實際運行中所出現的故障，采用故障樹分析法有層次地分析了液壓系統出現故障的原因，還提出液壓系統主要部件出現故障應采取的對策。這些均對輪對壓裝機液壓系統設計的優化和故障的深入研究有一定的借鑒意義。

［1］蘇宇東.輪對自動壓裝機的研制［D］.成都:西南交通大學，2006.

［2］吳地勇.自動輪對壓裝機液壓系統研究與開發［D］.合肥:合肥工業大學，2009.

［3］劉勝榮，孫劍，楊咸啟，等.鐵路貨車滾動軸承壓裝機液壓系統［J］.液壓與氣動，2010(4):4－6.

［4］高會中，馮歡歡.盾構液壓系統故障的現場檢測與診斷探究［J］.液壓氣動與密封，2013(12):78－80.

［5］趙靜一，張齊生，王智勇，等.臥式輪軸壓裝機新型液壓系統研制及可靠性分析［J］.燕山大學學報，2004，28(5):377－379.

［6］胡增榮.液壓系統故障分析及處理［J］.液壓氣動與密封，2011(8):6 －8.

［7］屈波.工程機械液壓系統故障的現場檢測與診斷探究［J］.液壓與氣動，2012(6):116 －118.

［8］周奇才，黃克，趙炯，等.基于改進型滑動窗主元分析的盾構液壓系統故障診斷研究［J］.中國機械工程，2013，24(5):638－639.

［9］姚成玉，趙靜一.液壓系統模糊故障樹分析方法研究［J］.中國機械工程，2007，18(14):1656 －1659.