液壓系統

1795年英國約瑟夫·佈拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質,以水壓機的形式將其應用於工業上,誕生瞭世界上第一臺水壓機。1905年將工作介質水改為油,又進一步得到改善。

第一次世界大戰(1914-1918)後液壓傳動廣泛應用,特別是1920年以後,發展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的20年間,才開始進入正規的工業生產階段。1925 年維克斯(F.Vikers)發明瞭壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業或液壓傳動 的逐步建立奠定瞭基礎。20 世紀初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究;1910年對液力傳動(液力聯軸節、液力變矩器等)方麵的貢獻，使這兩方麵領域得到瞭發展。

第二次世界大戰(1941-1945)期間,在美國機床中有30%應用瞭液壓傳動。應該指出,日本液壓傳動的發展較歐美等國傢晚瞭近 20 多年。在 1955 年前後 , 日本迅速發展液壓傳動,1956 年成立瞭“液壓工業會”。近20~30 年間，日本液壓傳動發展之快，居世界領先地位。

有一點機械常識的人都知道，能量會互相轉換的，而把這個知識運用到液壓系統上解釋液壓系統的功率損失是最好不過瞭，液壓系統功率一方麵會造成能量上的損失，使系統的總效率下降，另一方麵，損失掉的這一部分能量將會轉變成熱能，使液壓油的溫度升高，油液變質， 導致液壓設備出現故障。因此，設計液壓系統時，在滿足使用要求的前提下，還應充分考慮降低系統的功率損失。

第一，從動力源——泵的方麵來考慮，考慮到執行器工作狀況的多樣化，有時系統需要大流量，低壓力；有時又需要小流量，高壓力。所以選擇限壓式變量泵為宜，因為這種類型 的泵的流量隨系統壓力的變化而變化。當系統壓力降低時，流量比較大，能滿足執行器的快速行程。當系統壓力提高時流量又相應減小，能滿足執行器的工作行程。這樣既能滿足 執行器的工作要求，又能使功率的消耗比較合理。

第二，液壓油流經各類液壓閥時不可避免的存在著壓力損失和流量損失，這一部分的能量損失在全部能量損失中占有較大的比重。因此，合理選擇液壓器，調整壓力閥的壓力也是 降低功率損失的一個重要方麵。流量閥按系統中流量調節范圍選取並保證其最小穩定流量能滿足使用要求，壓力閥的壓力在滿足液壓設備正常工作的情況下，盡量取較低的壓力。

第三，如果執行器具有調速的要求，那麼在選擇調速回路時，既要滿足調速的要求，又要盡量減少功率損失。常見的調速回路主要有：節流調速回路，容積調速回路，容積節流調 速回路。其中節流調速回路的功率損失大，低速穩定性好。而容積調速回路既無溢流損失，也無節流損失，效率高，但低速穩定性差。如果要同時滿足兩方麵的要求，可采用差壓 式變量泵和節流閥組成的容積節流調速回路，並使節流閥兩端的壓力差盡量小，以減小壓力損失。

第四，合理選擇液壓油。液壓油在管路中流動時，將呈現出黏性，而黏性過高時，將產生較大的內摩擦力，造成油液發熱，同時增加油液流動時的阻力。當黏性過低時，易造成泄 漏，將降低系統容積效率，因此，一般選擇黏度適宜且黏溫特性比較好的油液。另外，當油液在管路中流動時，還存在著沿程壓力損失和局部壓力損失，因此設計管路時盡量縮短 管道，同時減少彎管。

以上就是避免液壓系統功率損失所提出來的幾點工作，但是影響液壓系統功率損失的因素還有很多，所以如果當具體設計一液壓系統時，還需綜合考慮其他各個方麵的要求。

一個液壓系統的好壞不僅取決於系統設計的合理性和系統元件性能的的優劣，還因系統的污染防護和處理，系統的污染直接影響液壓系統工作的可靠性和元件的使用壽命，據統計，國內外的的液壓系統故障大約有70%是由於污染引起的。

油液污染對系統的危害主要如下：

油液中各種污染物引起元件各種形式的磨損，固體顆粒進入運動副間隙中，對零件表麵產生切削磨損或是疲勞磨損。高速液流中的固體顆粒對元件的表麵沖擊引起沖蝕磨損。油液中的水和油液氧化變質的生成物對元件產生腐蝕作用。此外，系統的油液中的空氣引起氣蝕，導致元件表麵剝蝕和破壞。

固體顆粒堵塞液壓閥的間隙和孔口，引起閥芯阻塞和卡緊，影響工作性能，甚至導致嚴重的事故。

油液中的水和空氣以其熱能是油液氧化的主要條件，而油液中的金屬微粒對油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和懸浮氣泡顯著降低瞭運動副間油膜的強度，使潤滑性能降低。

一、污染物的種類

污染物是液壓系統油液中對系統起危害作用的的物質，它在油液中以不同的形態形式存在，根據其物理形態可分成：固態污染物、液態污染物、氣態污染物。

固態污染物可分成硬質污染物，有：金剛石、切削、矽沙、灰塵、磨損金屬和金屬氧化物；軟質污染物有：添加劑、水的凝聚物、油料的分解物與聚合物和維修時帶入的棉絲、纖維。

液態污染物通常是不符合系統要求的切槽油液、水、塗料和氯及其鹵化物等，通常我們難以去掉，所以在選擇液壓油時要選擇符合系統標準的液壓油，避免一些不必要的故障。

氣態污染物主要是混入系統中的空氣。

這些顆粒常常是如此的細小，以至於不能沉淀下來而懸浮於油液之中，最後被擠到各種閥的間隙之中，對一個可靠的液壓系統來說，這些間隙的對實現有限控製、重要性和準確性是極為重要的。

二、污染物的來源：

系統油液中污染物的來源途徑主要有以下幾個方麵：

1）外部侵入的污染物：外部侵入污染物主要是大氣中的沙礫或塵埃，通常通過油箱氣孔，油缸的封軸，泵和馬達等軸侵入系統的。主要是使用環境的影響。

2）內部污染物：元件在加工時、裝配、調試、包裝、儲存、運輸和安裝等環節中殘留的污染物，當然這些過程是無法避免的，但是可以降到最低，有些特種元件在裝配和調試時需要在潔凈室或潔凈臺的環境中進行。3）液壓系統產生的污染物：系統在運作過程當中由於元件的磨損而產生的顆粒，鑄件上脫落下來的砂粒，泵、閥和接頭上脫落下來的金屬顆粒，管道內銹蝕剝落物以其油液氧化和分解產生的顆粒與膠狀物，更為嚴重的是系統管道在正式投入作業之前沒有經過沖洗而有的大量雜質。

液壓傳動系統由於其獨特的優點，即具有廣泛的工藝適應性、優良的控製性能和較低廉的成本，在各個領域中獲得愈來愈廣泛的應用。但由於客觀上元、輔件質量不穩定和主觀上使用、維護不當，且系統中各元件和工作液體都是在封閉油路內工作，不象機械設備那樣直觀，也不象電氣設備那樣可利用各種檢測機器方便地測量各種參數,液壓設備中，僅靠有限幾個壓力表、流量計等來指示系統某些部位的工作參數，其他參數難以測量，而且一般故障根源有許多種可能，這給液壓系統故障診斷帶來一定困難。^[1]

在生產現場，由於受生產計劃和技術條件的製約，要求故障診斷人員準確、簡便和高效地診斷出液壓設備的故障；要求維修人員利用現有的信息和現場的技術條件，盡可能減少拆裝工作量，節省維修工時和費用，用最簡便的技術手段，在盡可能短的時間內，準確地找出故障部位和發生故障的原因並加以修理，使系統恢復正常運行，並力求今後不再發生同樣故障。

液壓系統故障診斷的一般原則

正確分析故障是排除故障的前提，系統故障大部分並非突然發生，發生前總有預兆，當預兆發展到一定程度即產生故障。引起故障的原因是多種多樣的，並無固定規律可尋。統計表明，液壓系統發生的故障約90%是由於使用管理不善所致為瞭快速、準確、方便地診斷故障，必須充分認識液壓故障的特征和規律，這是故障診斷的基礎。

以下原則在故障診斷中值得遵循：

（1）首先判明液壓系統的工作條件和外圍環境是否正常需首先搞清是設備機械部分或電器控製部分故障，還是液壓系統本身的故障，同時查清液壓系統的各種條件是否符合正常運行的要求。

（2）區域判斷根據故障現象和特征確定與該故障有關的區域，逐步縮小發生故障的范圍，檢測此區域內的元件情況，分析發生原因，最終找出故障的具體所在。

（3）掌握故障種類進行綜合分析根據故障最終的現象，逐步深入找出多種直接的或間接的可能原因，為避免盲目性，必須根據系統基本原理，進行綜合分析、邏輯判斷，減少懷疑對象逐步逼近,最終找出故障部位。

（4）驗證可能故障原因時，一般從最可能的故障原因或最易檢驗的地方開始，這樣可減少裝拆工作量，提高診斷速度。

（5）故障診斷是建立在運行記錄及某些系統參數基礎之上的。建立系統運行記錄，這是預防、發現和處理故障的科學依據；建立設備運行故障分析表，它是使用經驗的高度概括總結，有助於對故障現象迅速做出判斷；具備一定檢測手段，可對故障做出準確的定量分析。

2、故障診斷方法

日常查找液壓系統故障的傳統方法是邏輯分析逐步逼近斷。

基本思路是綜合分析、條件判斷。即維修人員通過觀察、聽、觸摸和簡單的測試以及對液壓系統的理解，憑經驗來判斷故障發生的原因。當液壓系統出現故障時，故障根源有許多種可能。采用邏輯代數方法，將可能故障原因列表，然後根據先易後難原則逐一進行邏輯判斷，逐項逼近，最終找出故障原因和引起故障的具體條件。

故障診斷過程中要求維修人員具有液壓系統基礎知識和較強的分析能力，方可保證診斷的效率和準確性。但診斷過程較繁瑣，須經過大量的檢查，驗證工作，而且隻能是定性地分析，診斷的故障原因不夠準確。為減少系統故障檢測的盲目性和經驗性以及拆裝工作量，傳統的故障診斷方法已遠不能滿足現代液壓系統的要求。隨著液壓系統向大型化、連續生產、自動控製方向發展，又出現瞭多種現代故障診斷方法。如鐵譜技斷，可從油液中分離出來的各種磨粒的數量、形狀、尺寸、成分以及分佈規律等情況，及時、準確地判斷出系統中元件的磨損部位、形式、程度等。而且可對液壓油進行定量的污染分析和評價，做到在線檢測和故障預防。

基於人工智能的專傢診斷系斷，它通過計算機模仿在某一領域內有經驗專傢解決問題的方法。將故障現象通過人機介面輸入計算機，計算機根據輸入的現象以及知識庫中的知識，可推算出引起故障的原因，然後通過人機介面輸出該原因，並提出維修方案或預防措施。這些方法給液壓系統故障診斷帶來廣闊的前景，給液壓系統故障診斷自動化奠定瞭基礎。但這些方法大都需要昂貴的檢測設備和復雜的傳感控製系統和計算機處理系統，有些方法研究起來有一定困難，一般情況下不適應於現場推廣使用。下麵介紹一種簡單、實用的液壓系統故障診斷方法。

基於參數測量的故障診斷系統

一個液壓系統工作是否正常，關鍵取決於兩個主要工作參數即壓力和流量是否處於正常的工作狀態，以及系統溫度和執行器速度等參數的正常與否。液壓系統的故障現象是各種各樣的，故障原因也是多種因素的綜合。同一因素可能造成不同的故障現象，而同一故障又可能對應著多種不同原因。例如：油液的污染可能造成液壓系統壓力、流量或方向等各方麵的故障，這給液壓系統故障診斷帶來極大困難。

參數測量法診斷故障的思路是這樣的，任何液壓系統工作正常時，系統參數都工作在設計和設定值附近，工作中如果這些參數偏離瞭預定值，則系統就會出現故障或有可能出現故障。即液壓系統產生故障的實質就是系統工作參數的異常變化。因此當液壓系統發生故障時，必然是系統中某個元件或某些元件有故障，進一步可斷定回路中某一點或某幾點的參數已偏離瞭預定值。這說明如果液壓回路中某點的工作參數不正常，則系統已發生瞭故障或可能發生瞭故障，需維修人員馬上進行處理。這樣在參數測量的基礎上，再結合邏輯分析法，即可快速、準確地找出故障所在。參數測量法不僅可以診斷系統故障，而且還能預報可能發生的故障，並且這種預報和診斷都是定量的，大大提高瞭診斷的速度和準確性。這種檢測為直接測量，檢測速度快，誤差小，檢測設備簡單，便於在生產現場推廣使用。適合於任何液壓系統的檢測。測量時，既不需停機，又不損壞液壓系統，幾乎可以對系統中任何部位進行檢測，不但可診斷已有故障，而且可進行在線監測、預報潛在故障。

參數測量法原理

隻要測得液壓系統回路中所需任意點處工作參數，將其與系統工作的正常值相比較，即可判斷出系統工作參數是否正常，是否發生瞭故障以及故障的所在部位。

液壓系統中的工作參數，如壓力、流量、溫度等都是非電物理量，用通用機器采用間接測量法測量時，首先需利用物理效應將這些非電量轉換成電量，然後經放大、轉換和顯示等處理，被測參數則可用轉換後的電信號代表並顯示。由此可判斷液壓系統是否有故障。但這種間接測量方法需各種傳感器，檢測裝置較復雜，測量結果誤差大、不直觀，不便於現場推廣使用。

通過多年的教學和生產實踐，設計出一種簡單、實用的液壓系統故障檢測回路。檢測回路通常和被檢測系統並聯連接，此連接需在被測點設置的雙球閥三通接頭，它主要用於對系統進行不拆卸檢測。它對液壓系統所需點的各種參數進行直接的快速檢測，不需任何傳感器，它可同時檢測系統中的壓力、流量和溫度三個參數，而執行器的速度和轉速則可通過測量出口流量的方法計算得到。例如：隻要在泵出口及執行器進、出口安裝雙球閥三通，則通過測量1、2、3三點的壓力、流量及溫度值，則可立刻診斷出故障所在的大致部位（泵源、控製傳動部分或執行器部分）。增加參數檢測點，則可縮小故障發生區域。

系統正常工作時，閥門1開啟，2關閉，檢測口罩上防塵罩，以防污染。檢測時，隻要將檢測回路與檢測口接通，即旋緊活接頭螺紋並打開閥門2。通過調節閥門1和溢流閥7即可方便地測出壓力、流量、溫度、速度等參數。但要求系統配管時，將雙球閥三通在需檢測系統參數的部位當作接管或彎管接頭來配置。

1,2.截止球閥3,8.軟管4.壓力表5.流量計

6.溫度計7.溢流閥9.過濾器

參數測量方法

第1步：測壓力，首先將檢測回路的軟管接頭與雙球閥三通螺紋介面旋緊接通。打開球閥2，關死溢流閥3，切斷回油通道，這時從壓力表上可直接讀出所測點的壓力值（為系統的實際工作壓力）。

第2步：測流量和溫度——慢慢松開溢流閥7手柄，再關閉球閥1。重新調整溢流閥7，使壓力表4讀數為所測壓力值，此時流量計5讀數即為所測點的實際流量值。同時溫度計6上可顯示出油液溫度值。

第3步：測轉速（速度）——不論泵、馬達或缸其轉速或速度僅取決於兩個因素，即流量和它本身的幾何尺寸（排量或麵積），所以隻要測出馬達或缸的輸出流量（對泵為輸入流量），除以其排量或麵積即得到轉速或速度值。

2.2參數測量法實例

此系統在調試中出現以下現象：泵能工作，但供給合模缸和註射缸的高壓泵壓力上不去（壓力調至8.0Mpa左右，再無法調高），泵有輕微的異常機械噪聲，水冷系統工作，油溫、油位均正常，有回油。

從回路分析故障有以下可能原因：

（1）溢流閥故障。可能原因：調整不正確，彈簧屈服，阻尼孔堵塞，滑閥卡住。

（2）電液換向閥或電液比例閥故障。可能原因：復位彈簧折斷，控製壓力不夠，滑閥卡住，比例閥控製部分故障。

（3）液壓泵故障。可能原因：泵轉速過低，葉片泵定子異常磨損，密封件損壞，泵吸入口進入大量空氣，過濾器嚴重堵塞。

故障診斷方法：

（1）應用傳統的邏輯分析逐步逼近法。需對以上所有可能原因逐一進行分析判斷和檢驗，最終找出故障原因和引起故障的具體元件。此法診斷過程繁瑣，須進行大量的裝拆、驗證工作，效率低，工期長，並且隻能是定性分析，診斷不夠準確。

（2）應用基於參數測量的故障診斷系統。隻需在系統配管時，在泵的出口a、換向閥前b及缸的入口c三點設置雙球閥三通，則利用故障診斷檢測回路，在幾秒鐘內即可將系統故障限製在某區域內並根據所測參數值診斷出故障所在。檢測過程如下：

（a）將故障診斷回路與檢測口a接通，打開球閥2並旋松溢流閥7，再關死球閥1，這時調節溢流閥7即可從壓力表4上觀察泵的工作壓力變化情況，看其是否能超過8.0Mpa並上升至所需高壓值。若不能則說明是泵本身故障，若能說明不是泵故障，則應繼續檢測。

（b）若泵無故障，則利用故障診斷回路檢測b點壓力變化情況。若b點工作壓力能超過8.0Mpa並上升至所需高壓值，則說明系統主溢流閥工作正常，需繼續檢測。

若溢流閥無故障，則通過檢測c點壓力變化情況即可判斷出是否換向閥或比例閥故障。

通過檢測最終故障原因是葉片泵內漏嚴重所引起。拆卸泵後方知，葉片泵定子由於滑潤不良造成異常磨損，引起內漏增大，使系統壓力提不高，進一步發現是由於水冷系統的水漏入油中造成油乳化而失去潤滑作用引起的。