（机械工程专业论文）液压轴向柱塞泵的故障分析及维护.pdf

西南交通大学工程研究生硕士学位论文第l 页 摘要 液压驱动技术以其独特的优点，已成为工程机械的主要驱动技术之一。 液压泵是液压传动系统的心脏，是液压驱动系统的动力元件。液压泵的故障 将严重影响工程机械的使用。因此，对液压泵故障分析和液压系统维护的研 究，对工程施工单位就显得十分重要，也是目前各大型工程施工企业迫切需 要的。 论文主要有两个部分的内容：液压轴向柱塞泵的故障分析和工程施工企 业液压设备的管理和维护。其中论文主要集中在液压轴向柱塞泵的故障理论 分析及实践中k 3 v 1 1 2 d t 型双朕泵温度过高故障的实例分析上。 论文结合上述问题，详细介绍了液压系统故障分析方法，液压系统故障 分类和故障特性，建立了液压轴向柱塞泵的故障分析流程图，计算液压系统 的温升与液压泵功率损耗之间关系，并对工程机械用双朕轴向柱塞泵进行了 实验。最后，通过对液压系统日常维护、管理方法和液压泵修理方法探讨， 提出了现代工程施工企业应建立液压设备管理体系及内容。希望能为以企业 机械设备管理水平的提高有一定的帮助。 关键词：故障分析；液压泵；温升；系统维护 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第1 i 页 a b s t r a c t h y d r a u l i cd r i v i n gt e c h n o l o g yh a sa l r e a d yb e c o m eo n eo ft h em a i n d r i v i n gt e c h n o l o g yf o ri t ss p e c i a lv i r t u e t h eh y d r a u l i cp u m pi st h e d r i v ec o m p o n e n to ft h eh y d r a u l i cs y s t e m t h ef a i l u r eo ft h eh y d r a u l i c p u m po n c o n s t r u c ti o nm a c h i n e r yw il ls e r i o u s l ya f f e c tt h eu s a g e s ot h e r e s e a r c ho ff a i l u r ea n a l y s i so fh y d r a u l i cp u m pa n dt h er e s e a r c ho f m a i n t e n a n c eo fh y d r a u l i cs y s t e mi sv e r yi m p o r t a n tt oo u rc o r p o r a t i o n ， i ti sa l s ow a n t e db yt h eo t h e rm a n yb i gb u i i d i n gc o r p o r a t i o n s t h et h e s i sc o n s i s t st w op a r t s ：f a i l u r ea n a l y s i so fh y d r a u l i ca x i a l p i s t o np u m pa n dm a i n t e n a n c eo fh y d r a u li cs y s t e m t h ef i r s te m p h a s i so ft h et h e s i si st h ef a i l u r ea n a l y s i so fh y d r a u l i c a x i a lp i s t o np u m p ，t h es e c o n di st h ee x a m p l ea b o u tt h eh i g ht e m p e r a t u r e a n a l y s i so ft h ek 3 v 1 1 2 d tt y p ed o u b l ep u m p c o m b i n i n gw i t ht h e s ep r o b l e m s ，t h et h e s i si n t r o d u c e dt h ef a i l u r e a n a l y s i sm e t h o d so fh y d r a u l i cs y s t e m ，t h ef a i l u r ec l a s s i f i c a t i o no f h y d r a u l i cs y s t e ma n dt h eq u a l i t yo ft h ef a i l u r e i td r e wt h ef a i l u r e a n a l y s i sf l o ws h e e to fh y d r a u l i ca x i a lp u m p ，c a l c u l a t e dt e m p e r a t u r e i n c r e a s eo fh y d r a u l i cs y s t e m ，a n df i n i s h e dt h et e s to fh y d r a u l i ca x i a l p i s t o n d o u b l ep u m p a tl a s t ，t h r o u g ht h ed i s c u s s i o na b o u td a i l y m a i n t e n a n c e m a n a g e m e n tm e t h o d sa n dr e p a i ro fh y d r a u l i ca x i a lp i s t o n p u m p 。i t i n t r o d u c e dt h e m a n a g e m e n ts y s t e m c o n t e n t s f o ro u r c o r p o r a t i o n ih o p et h a tc a nh a v ee f f e c to ni m p r o v i n gt h el e v e lo fo u r m a c h i n em a n a g e m e n t k e y w o r d ：b i l g ea n a l y s i s ，h y d r a u l i cp u m p ，t e m p e r a t u r ei n c r e a s e ， s y s t e mm a i n t e n a n c e 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第1 页 第1 章绪论 液压技术作为一门新兴的应用科学，发展速度非常惊人。尤其是近年来， 液压设备的年增长率一直远远高于其它机械设备，许多机械设备的传动形式 已逐渐被液压传动所取代。液压设备的使用和维护也就成了机械设备管理的 重要内容之一。液压泵一是液压系统的动力元件，是液压系统中必不可少的 一部分。而在使用当中，液压泵一旦出现故障，轻则影响到液压设备的正常 使用，重则甚至会引起整个液压系统瘫痪，致使液压设备无法使用，造成严 重的经济损失。液压故障能否得到及时有效的排除，也是我们生产实践需要 掌握的技术问题。本文将通过对液压泵的故障分析，通过实例进行分析研究 液压泵的故障诊断分析问题，来探讨液压系统的正确维护方法。 1 1 液压技术综述 1 1 1 液压技术发展历史 液压技术应用开始于十八世纪末，它是随着流体力学理论的发展而建立 起来的一门新技术。早在公元前2 5 0 年，希腊的著名学者阿基米德就发表了 “论浮体”的论文。其后发展缓慢，直到公元1 6 1 2 年意大利著名科学家伽利 略发表了“潜体的沉浮原理”，1 6 4 3 年托里西里导出了孔口出流公式，1 6 5 0 年帕斯卡发现了压力传递原理。1 6 8 6 年牛顿提出了粘性流体的内磨擦定律才 为流体力学的进一步发展奠定了新的基础。此后，十八世纪中叶，丹尼尔一 伯努利发现了流动液体的能量守恒定律。十九世纪初纳维斯托克斯建立了粘 性流体的运动方程、泊肃叶进行了管内液体流动实验雷诺提出了两种流态： 层流和紊流。二十世纪伯拉修测定管内液流磨擦系数，詹尼分析水击现象的 体质，普朗特进行边界层流的研究等，使液体力学有了很大的发展，成为许 多门学科的基础理论。 液压技术的发展、应用和完善主要是在近几十年。很早以前人们就已经 利用流体来驱动简单的机械。水压机是工业上第一次应用液压传动技术。随 着各种液压元件的研制、发明液压技术进入了一个广泛应用、快速发展的阶 段。近年来，为了适应各种场合的需要，液压技术己逐步形成为一门有着广 泛的应用领域和发展比较完善的应用科学。 1 1 2 我国液压技术应用概况 我国液压技术发展主要是在建国以后，液压元件的生产是从仿制起步。 1 9 6 3 年开始统一规划，1 9 6 5 年开始设计制造。7 0 年代我国的液压元件的生 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第2 页 产已经具有了一定的规模。等到7 0 年代末期，我国已经开发了斜盘式轴向 柱塞泵、通轴式轴向柱塞泵、高压齿轮泵、农机及工程用液压缸、高压液压 阀、插装阀、叠加阀、比例阀、伺服阀、皮囊式蓄能器、滤油器等系列产品。 总的来说，我国液压工业经过4 0 多年的发展，已经成了门类齐全和有一定 技术水平的生产、科研体系。如今，液压技术在我国各行各业得到广泛的应 用。 由于液压技术与机械、电子和气动技术相比，有许多不可替代的优点， 所以在各行各业中得到了广泛的应用。 液压技术的优点： 1 、可以在较大范围内实现无级调速； 2 、在输出同等功率的条件下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧 凑、动作灵敏、承载能力大： 3 、液压传动运动平稳，冲击较小，便于实现频繁的换向： 4 、液压传动操作简单，便于实现自动化； 5 、液压传动易于实现过载保护； 6 、由于液压系统是用液压油作为工作介质，液压油能够对相对运动的 表面间自行润滑，能延长设备的使用寿命； 7 、液压传动易于实现远程控制，可以使操作人员远离危险，使用起来 更安全： 8 、液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，有利于设计、制造和 推广使用。 但液压技术也有改变不了的缺点： 1 、液压系统出现故障时不易检查，难以迅速排除，其故障还可能通过 液压油从一个元件传递给整个液压系统： 2 、液压元件要求制造工艺水平较高，价格较贵，使用和维修时也需要 较高的技术水平； 3 、由于使用液压油作为介质，各表面间不可避免的产生泄漏，使效率 降低，不能实现定比传动，并会污染环境，还有可能引起失火和爆炸事故： 4 、油温( 影响到粘度) 或载荷变化时，不易保持运动速度的稳定： 5 、对液压油污染敏感，这也是当前液压设备产生故障的主要原因。污 染的油液会使元件堵塞和磨损，性能变坏，寿命缩短，甚至损坏； 6 、随着高压、高速、高效率和大容量化，液压元件和系统的噪声曰益 增加，这也是一种亟待解决的公害。 液压技术在我国的应用涉及到加工业、工程机械、冶金机械、矿山机械、 农用机械、造船工业、纺织工业、轻工业、国防工业及航天工业等各行各业。 我所在的单位是工程建设企业，为适应我国基础建设迅速发展和建筑市场激 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第3 页 烈竞争的要求，我们的施工水平也在不断提高，机械设备作为工程施工的重 要物资技术基础，大量的工程机械被运用到工程施工当中，这当中液压机械 设备就占有相当大的比例。诸如：隧道掘进机、盾构机、凿岩台车、挖掘机、 推土机、装载机、起重机、液压抓斗等。这些液压设备在我国铁路、高速公 路、城市地铁、高架、立交桥梁及水利等重点工程建设当中发挥着重要作用。 1 2 工程施工企业液压设备应用、管理和维护 1 2 1 液压设备维护现状 液压设备使用一定时期后，其中的零部件会逐渐磨损以至损坏，造成液 压系统的工作性能下降，达不到其规定的功能要求。我们通常把这种设备丧 失其规定功能的现象称之为故障。出现故障的液压设备必须及时地进行维护 和修理，排除故障，恢复其规定功能，以防止影响设备的使用。 随着机械技术的发展，设备的维修体制也在经历着变化，我们把设备维 修体制发展分为三个过程：事后维修、定期维修和预知维修。 事后维修：是让机械设备运转到发生故障( 性能、精度降低到合格水平 以下) ，停机后再进行维修的一种维修制度，又称故障修理。这种制度仅适用 于设备价格不高、停机后造成损失不大的场合。 这种维修制度对重要的关键设备时，因其不能确定故障的发生时间和程 度，往往会造成机械设备的严重损坏，既不安全又延长检修时间或增加了维 修费用，以致造成得不偿失。 定期维修：定期维修是按照预定的时间间隔或检修周期来进行计划修理 的一种维修制度，是以时间为基础的预防维修方式，又称计划维修。定期维 修一般适用于产品价格高、大型机组、无备用机组、高效和连续生产程序条 件下的设备。 定期维修制度是建立在机械设备故障率统计分析的基础上的，在制定维 修周期时，如间隔周期过长，由于机械设备在不同条件下使用时其磨损程度 的差异会因局部磨损严重而引起故障，造成停产引起经济损失。所以人们 通常在制定维修周期时，把检修周期定为小于最短的故障周期，而这样就会 使尚能运行的设备停机检修，即减少产量，又增加了维修工作量和维修费用 ( 由于过剩维修引起的维修费用) 。 预知维修；是以状态监测为基础的一种维修制度。它不规定维修周期， 而是定期或连续地对机械设备进行状态监测，并根据状态监测的数据进行分 析，视其劣化的程度或故障发展趋势，而确定在必要时避行修理。 预知维修很好地解决了前两种维修制度中的问题，即能够及时准确地排 除故障( 也能预防故障的发生) ，又能较好地解决“过剩维修”问题。但预 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第4 页 知维修对我们维修人员的基本素质要求较高，并且增加了监测的费用。就目 前而言，预知维修并不适合所有设备维修场合。它只适合于设备的价格较贵 或或设备数量较多的场合。 1 2 2 我单位设备维修现状 我单位前身是直属铁道部的专业隧道施工企业，现在主要从事铁路、高 速公路、城市地铁、高架、立交桥梁、水利等重点工程建设。在工程施工中， 使用了大量的液压设备，我们的维修制度主要采用了定期维修和事后维修两 种制度。 定期维修：是指按照修理计划把设备停下来送到专门的维修厂家( 施工企 业一般都下设专业修理厂，我单位从事这项工作的是下属机械修配厂) 。这种 维修体制除其自身的不足以外，还有因施工队伍分布很广，设备分布也比较 散乱，从各工点运往修配厂集中修理，还需花费一笔额外的运输费用和大量 运输时间； 事后维修主要指各施工队伍自备修理人员在施工现场负责设备正常运转 所需的保养和排除故障的一种修理方法。这种维修体制因各种原因尚存在以 下不足： l 、因各施工现场因工程量的大小不同，配备的修理人员、设备和仪器也 就不同：有时会因检测、修理仪器的欠缺，致使检查、保养和修理达不到要 求，造成设备故障发生率高和修理出的设备返修率高； 2 、因现场设备管理和操作人员素质的不同，致使设备在使用过程中监控 不得力，进而导致设备超常磨损，甚至损坏； 3 、因各施工项目负责人对施工设备管理重视不同，导致设备管理人才流 失，设备管理元序，致使设备恶化更为严重，形成恶性循环。 随着社会向前发展，建筑市场越来越规范，对工程项目施工管理水平要 求越来越高，作为工程项目管理重要内容的一部份施工机械设备管理的 水平也就被要求相应的提高。但我们传统的维修体制已经制约了机械管理水 平的提高，从而影响了我们工程施工管理水平的提高。 现代项目施工要求合理的配备旌工设备和降低设备的故障率： 项目管理水平提高的最终目的也就是企业的最终目的是取得利润最 大化。现在建筑市场越来越规范，我们所中标的工程的造价越来越趋于合理， 不再像上世纪九十年代( 尤其是九十年代初) 中标的工程造价中利润空间很 大，旋工管理水平差一点也可以赢得利润。所以在以前工程施工中就有这样 的场面，每道施工工序都配有备用设备，大量的施工设备堆积在施工场地上， 使用率很低，造成资源浪费。现在的工程施工中也不能再像以前一样，每道 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第5 页 工序都配有备用设备。现在每道工序所需设备都要求合理配置，这样方能达 到降低设备使用费用，以达到提高项目管理水平的目的。 施工设备出现故障在所难免，衡量设备管理水平高低的标准是设备的完 好率和利用率，也就是要降低设备故障率。现代工程项目施工中，施工设备 出现故障，如果不及时排除，轻则影响生产，重则甚至可能影响整个工程的 安全。如：在隧道施工中，如果隧道内出碴设备出现故障，碴得不到清理， 而支护的施工场地被占，隧道得不及时的初级支护，维持时间长了就会影响 整个工程的安全，造成更大的经济损失。 目前施工现场的维修方式是事后维修，以前因施工现场有大量的备用设 备，所以设备出现故障造成停机，但不会影响生产。现在如果设备出现故障， 造成停机，就会影响到生产，甚至造成停产，因每道工序都是紧紧相连的， 一道工序中的设各出现故障，也影响其它工序设备的使用，从而造成另一种 资源浪费。 目前我们隧道施工多采用钻爆法施工，其工艺主要为：钻眼爆破一出 碴一初级支护永久支护( 又叫村砌) 。以此进行循环作业完成隧道施工。钻 炮眼主要使用设备有空气压缩机、风动钻机( 俗称风钻) ，现在也有使用液压 钻：出碴使用设备主要有挖掘机、装载机、土方运输车等；初级支护设备主 要是喷浆机；衬砌施工设备主要有搅拌机、混凝土输送车、混凝土输送泵。 这里被我们列为主要旌工设备的有挖掘机、装载机、土方运输车、混凝土输 送车、混凝土输送泵。由于目前我所在工作单位所承揽的工程规模较小，配 备的机械设备数量较少，而管理层对预知维修认识又较浅。所以预知维修体 制目前在我们企业中还没有被广泛的推广应用。 综上所述：事后维修和定期维修已不能满足现代旆工企业设备管理的发 展的要求，而预知维修尚不具备推广的可能。我们只能从降低设备的故障率 来进行研究，而降低设备故障率的有效途径就是减少设备故障发生率和缩短 故障设备排除和维修时间。 减少设备故障发生率可采用正确的日常维护和保养方法。缩短出现故障 设备维修时间则要求我们维修人员必须能够迅速分析出故障原因所在，这才 能制定正确的排除故障的方法，不出现返修。如果我们在处理设备故障时， 不能准确分析出其故障产生的根本原因，就会像医生给病人治病一样，会治 标不治本，出现返修。这样会造成的损失将会更大。 1 3 本课题研究的内容、目标和方法 随着社会向前发展，科学技术不断进步，尤其是机电液一体化技术的应 用和发展。机械设备在功能上已经由简单向复杂、由单一功能向多功能方向 发展。在性能上向高精度、高效率、高性能、智能化方向发展。在层次上向 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第6 页 着系统化、复合集成化方向发展。机械设备制造越来越精密、越来越复杂， 出现故障越来越隐蔽难以诊断和解决。 为适应新设备发展的要求，相应而生的故障分析技术也得到了很快的发 展。故障分析技术被广泛地用于各行各业中，各种诊断仪器和设备也应运而 生并且不断发展。 我们常用主要施工设备多为液压设备，液压设备的管理和使用在施工管 理过程中显得越来越重要，提高机械设备管理人员的素质、掌握设备故障的 诊断和分析的能力、推广正确的设备维护保养的方法，都是我们从事机械设 备管理人员所要研究和掌握的主要内容。 在本文中，将对液压轴向柱塞泵的故障诊断分析进行研究，并探讨液压 系统正确的维护方法。 由于我单位是以隧道施工为主业工程建设企业，机械设备的管理尚没有 在各个层次上得到足够的重视，新设备、新技术的出现，还不能及时被消化 吸收为工程施工所用，以达到提高工程施工管理水平。目前工程施工要求机 械设备能够发挥其最佳效能，随着机械设备管理在我公司越来越得到重视和 设备故障诊断分析技术和设备维护保养手段在我公司范围内推广应用，设备 的故障率必将得到降低，必能为工程施工顺利进行提供可靠的保障。 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第7 页 第2 章工程机械液压故障诊断分析 机械设备使用一定时期后，其中的零部件会逐渐磨损以至损坏，造成系 统的工作性能下降，达不到其规定的功能要求。我们通常把这种设备丧失其 规定功能的现象称之为故障。 而液压设备的故障，是指液压系统和元件的各项技术指标偏离了它的正 常状态，主要表现在液压元件损坏或元件之间相互关系的破坏，并伴有泄漏、 发热、振动、噪声、动作无力和动作缓慢等现象出现。致使设备的工作能力 丧失、功率下降、产生振动和噪声增大等，系统不能发挥正常功能。 2 1 液压故障分类及其特性 很多液压设备的故障虽然表面现象相同，但其产生的原因和机理却不尽 相同。在了解各种故障产生原因的之前，我们先来了解液压设备故障的分类、 故障特性及产生的机理。 2 1 1 液压设备故障的分类 液压设备的故障分类方法多种多样，依据不同标准进行分类，可从以下 几个不同的角度来进行分类： 一、按液压故障的现象分类 液压系统经常出现的故障现象有以下几种： 1 、压力故障。常见有：压力达不到要求，压力不稳定，压力转换滞后， 压力调节控制失灵，压力冲击，压力损失大，卸荷回路工作不正常等。 2 、动作故障。常见的有：启动不正常，不能动作，运动方向错误，速 度达不到要求，调速范围小，速度调节控制失灵，负荷作用下速度明显下降， 往复速度误差大，换向精度差，换向时出现死点，换向起步迟缓，爬行，动 作的自动循环不能正确实现等。 3 、振动和噪声。 4 、油温过高。 5 、泄漏。 6 、油液污染。 二、按液压故障发生的时间分： 1 、早发性故障：这多是由于液压系统的设计、制造、装配及安装调试等 方面问题引起的。 2 、突发性故障：这是由于各种不利因素和偶然的外界影响因素共同作用 的结果，这种敬障发生的特点都具有偶然性和突发性，一般与时间无关，因 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第8 页 而难以预测，但它一般不会影响液压设备的寿命，容易排除。 3 、渐发性故障：这是在液压元件和液压油各项技术参数的劣化过程中逐 渐发展而形成的。劣化过程主要包括磨损、腐蚀、疲劳、老化、污染等因素。 这种故障的特点是发生概率与使用时间有关，它只是在元件的有效寿命的后 期才明显的表现出来。渐发性故障一旦发生，则说明该设备或设备的部分元 件的已经老化了。由于这种故障具有逐渐发展的性质，所以这种故障通常是 可以预测的。 三、按液压设备故障特性分： 1 、共性故障：各种液压系统和元件都常出现的液压故障，其故障特点是 相同的。如振动和噪声、液压冲击、爬行、泄漏、高温、进气等故障。由于 这些故障的机理分析现已经比较全面，所以故障规律性较强，比较容易诊断 排除。 2 、个性故障：是指各类液压设备系统和液压元件所具有的特有液压功能 所出现的故障，其故障特点是各不相同，在分析时要区别对待。 3 、理性故障：是由于液压系统设计不合理或不完善、液压元件结构设计 不合理或选用不当而引起的故障。这类故障必须通过设计理论分析和系统性 能验算后，才能最终加以确认解决。目前我们选用液压施工机械都是成型产 品，这一类故障较少。 四、按液压故障发生的原因分： 1 、人为性故障：由于设计、制造、装配、使用或维护不当，使液压设备 过早地丧失了应有的功能，而出现的故障称为人为故障。 2 、自然性故障：液压设备在使用和保存期内，由于不可抗拒的自然因素 的影响而引起的故障。如正常的磨损、腐蚀、老化、蠕变等损坏形式都属于 这一故障范围。一般通过正确预防和维修方法就可以排除。 2 1 2 液压设备故障的特征 1 、故障的多样性和复杂性 液压设备出现的故障可能是多种多样的，而且在大多数情况下是几个故 障同时出现的。例如：系统压力不稳定，经常与振动噪声故障同时出现；而 系统压力达不到要求经常又和动作故障联系在一起：甚至机械、电气部份的 弊病也会与液压系统的故障交织在起，使得故障变得复杂，新设备的故障 更是如此。 2 、故障的隐蔽性 液压系统是依靠密闭管道内并具有一定压力的油液来进行工作的。系统 所采用的元件内部结构及工作状况不能从外表进行直接观察。因此，液压系 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第9 页 统的故障具有隐蔽性，不如机械传动系统故障那样直观。 3 、引起同一故障原因的多样性 液压系统同一故障引起的原因有多个，而且这些原因常常是互相交织在 一起互相影响的。例如：系统压力达不到要求，其产生原因可能是泵引起的， 也可能是溢流阀引起的，也可能是两者同时作用的结果。此外，油液的粘度 是否合适，以及泄漏都可能引起系统压力的不足。 4 、同一原因引起故障的多样性 液压系统中往往是同一原因，但因其程度的不同，系统结构的不同以及 与它配合的机械结构的不同，所引起的故障现象可以是多种多样的。如同样 是系统吸入空气，引起不同的故障。较轻时则能引起流量、压力的波动，同 时产生轻重不同的噪声；严重时能使泵吸不进油，造成整个系统无法工作。 5 、故障的偶然性与必然性 液压系统中的故障有时是偶然发生的，有时是必然发生的。故障偶然发 生的情况如：油液中的污染物偶然卡死溢流阀或换向阀的阀芯，使系统偶然 失压或不能换向；电压的偶然变化，使电磁铁吸合不正常而引起电磁阀不能 正常工作。这些故障不是经常发生的，也没有一定的规律。故障必然发生的 情况是指那些经常发生的，并具有一定规律的原因引起的故障。如油液粘度 低的系统泄漏，液压泵内部间隙大，内泄漏增加导致泵的容积效率下降等。 6 、故障产生与使用条件的密切相关性 同一系统往往随着使用条件的不同，而产生不同的故障。例如环境温度 低，使油液粘度增大引起液压泵吸油困难：环境温度过高、又无冷却时，油 液粘度下降引起系统泄漏和压力不足等故障。设备在不干净的环境或室外工 作时，往往会引起油的严重污染，并导致系统出现故障。另外，操作人员的 技术水平也会影响到系统的正常工作。 7 、故障的难于分析判断和易于处理性 由于液压系统故障具有上述特性，所以当系统出现故障后，要想很快确 定故障的部件及其产生的原因是非常困难的。必须对故障进行认真地检查、 分析、判断，才能找出故障的部位及其产生原因。但是，一旦找出原因后， 往往处理和排除却比较容易，有的甚至经过清洗就可以解决问题。 2 1 3 液压故障机理 工作环境、人为因素和时间等是液压设备产生故障的外界因素( 外因) 。 而机械设备故障产生的内在原因( 内因) ，也就是导致机械故障的物理、化学 或机械过程。我们称之为故障机理。根据国标g b 3 1 8 7 8 2 中规定，故障( 失 效) 机理是引起故障的物理、化学变化等内存的原因。液压故障机理是引起 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第1o 页 液压系统和液压元件发生故障的物理、化学变化等内存原因。 据调查统计分析表明，机械产品和机械零部件( 包括液压系统和液压元 件) 所发生最基本的故障机理有：1 、形变或应力断裂；2 、腐蚀；3 、。磨损； 4 、冲击断裂；5 、疲劳；6 、热应力与热变形。 2 2 液压故障诊断分析 液压故障的诊断分析：是指在不用解体的情况下，根据收集的液压设备 相关信息，对液压设备的液压系统运行状态进行判断是正常或非正常，是否 发生了液压故障，并且当液压系统发生故障之后，确定发生故障的部位及产 生故障的性质和原因。 2 2 1 液压设备故障诊断分析方法简介 液压系统的故障分析方法，在生产实践中人们采用液压故障诊断分析方 法有很多。根据诊断分析方法不同的技术特点，常用诊断分析方法可分为觉 检法、系统图分析检测法、故障树分析法、油液分析法、振动声学法、超声 检测法和计算机辅助诊断分析法等七种。 1 、觉检法 觉检法是指通过人的感觉( 有问、视、嗅、听和触五种) 和人们日常检 查观测所积累的实践经验与数据，来分析和判断液压系统或液压元件是否发 生故障以及发生故障部位和原因。 “觉检”是目前现场分析液压故障的简便方法。它可以定性和粗略定量 地检测液压故障，然后通过关联性( 逻辑) 推理，以诊断液压故障。根据人 的五种感觉，“觉检法”包含问诊、视诊、嗅诊、昕诊和触诊等五个方面内容。 2 、系统图分析检测法 液压系统图诊断分析法，包括顺序推理检测诊断法和仪器仪表检测诊断 法。 ( 1 ) 顺序推理检测诊断法；这种方法适用于一个完整动作的液压系统。 ( 2 ) 仪器仪表检测诊断法：这种方法是利用各种仪器仪表测定液压系 统或液压元件的各项性能参数值( 如压力、流量、温度等) ，将这些数据进行 分析处理以判断故障部位或原因所在。 3 、故障树分析法 这是一种将故障形成的原因由总体到部份按树枝状逐渐细化的分析方 法，是对液压系统工作可靠性及其故障进行诊断分析的重要方法。其目的是 判明基本故障，确定故障的产生原因、影响和发生概率。这种方法，目前已 被公认为是系统可靠性、安全性分析的最有效的方法之一、也是一种很有发 西勇交通盎字工程研究生硕士学位论文第1 1 页 展前途的故障诊断分析方法。 4 、油液分析法 液压油污染可以引起其它液压元件的故障，而其它液压元件的故障又可 以通过液压油传递，因而液压油中含有大量液压系统的信息。所以通过对液 压油中含有的物质和量的测定，对分析液压故障大有帮助，我们把这种对液 压油进行测定的方法称为油液分析法。 油液分析法是利用鉴别液压油液中污染物的成份和测定污染物的含量来 诊断分析液压系统中某个液压元件故障状态和液压油污染的故障。目前常用 的方法有：光谱分析、铁谱分析、磁塞颗粒计数法等。 液压油油液诊断分析过程： ( 1 ) 采样：从运行一定时间的液压系统中采集液压油样； ( 2 ) 检测：指的是测定液压油中磨损物质的数量和粒度分布： ( 3 ) 识别：诊断和识别液压油故障、液压元件磨损状态及液压系统故 障； ( 4 ) 预测：是指预测处于异常磨损状态液压元件的寿命和今后磨损类 型： ( 5 ) 处理：是指对液压油的换油周期、液压系统各部分的元件的修理 和更换等的处理。 5 、振动声学法 是通过振动声学对液压系统的振动和噪声进行检测，按照振动声学规律， 识别液压元件的磨损状况及其技术状态，在此基础上诊断故障原因、部位、 程度、性质和发展趋势等。这种方法的应用对价值较高的液压泵和马达具有 很重要意义。 6 、超声检测法 这种方法是应用超声波技术在液压元件壳体外和油管外进行探测，以测 量其内部的流量值。常用的方法有：回波脉冲法和穿透传输法。 7 、计算机辅助诊断分析法 计算机应用于监测和故障诊断在近年来已得到飞速发展，根据其所采用 的技术可分为三种类型：( 1 ) 简易自动诊断 ( 2 ) 精密自动诊断；( 3 ) 诊断 专家系统。 2 , 2 2 现场液压设备故障诊断分析方法 针对我们企业机械设备管理水平，我们应在公司范围内推广适用于现场 快速诊断分析的方法。 “觉检”是目前现场分析液压故障的简便方法。它可以定性和粗略定量 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第1 2 页 地检测液压故障，然后通过关联性( 逻辑) 推理，以诊断液压故障。“觉检”通 过问诊、视诊、嗅诊、听诊和触诊，收集到关于故障的相关信息，这些信息 要经过逻辑推理和分析，才能准确得出液压设备故障所在及其根本原因。在 以下内容中我将用一种分析流程图来协助对各故障现象进行分析。 2 2 2 1 “觉检”诊断分析故障法 固觉检诊断分析法适用于我们现场液压设备的故障诊断分析，故我在这 里对觉枪法进行详细介绍。 觉检法包括：问诊、视诊、嗅诊、听诊和触诊等五个方面内容。 1 、问诊 问诊是故障诊断者向液压设备运行管理人员进行的现场实地调查、询 问，可概括地获取有关故障信息。 所询问的内容应有： ( 1 ) 问清该设备运行情况，即故障发生的时间、故障现象和相关处理 情况。 ( 2 ) 问清液压油最近更换的日期，以及所用液压油的牌号；液压油在 厂内存放的时间和换油时清洗情况。 ( 3 ) 问清被诊断的液压设备在发生本次故障前，是否有人为的故障， 发生故障前有何预兆，现在有何故障现象，哪些液压功能不全、失效、失灵、 或失控。 ( 4 ) 询问其它一些该设备历史有关资料。 2 、视诊 视诊是故障诊断者用视觉对液压设备进行观察，若设备能够运行，应进 行试运行，以进一步获取更多故障信息。 所要观察的内容应有： ( 1 ) 观察液压油的数量和质量： ( 2 ) 观察各动作执行和相关仪表显示情况； ( 3 ) 观察油温、油液外泄漏、管路振动等情况： ( 4 ) 观察液压系统所有部位，以全面判别液压系统的技术状态。 3 、触诊 触诊是故障诊断者用触觉对液压设备进行检测。 触诊的内容有： ( 1 ) 用触觉定性或粗略定量的检测温度，即用手指触摸液压泵、溢流 阀、液压缸、液压马达等液压元件及液压油，以判别其发热温升情况。 ( 2 ) 用手搓捻液压油，判断液压油的粘度及其污染情况。 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第13 页 ( 3 ) 用手触摸液压缸、液压马达、液压泵、油管、液压等液压元件， 以判断其振动程度。 ( 4 ) 用手指触摸油管可判断其内有无油液流动。 ( 5 ) 手指触摸液压系统外泄漏，可判断其泄漏情况。 ( 6 ) 用手指抚摸液压元件的磨损零件，可判断其磨损、拉伤及破坏程 度。若手指触摸被磨损零件表面有光滑感，为磨料磨损；手指有刺挂感为粘 着磨损。 4 、听诊 听诊有是液压故障诊断者用听觉获取声学信息，以判断液压系统技术状 态和液压故障。 听诊的内容有： ( 1 ) 用听觉来判断噪声的来源。方法是将一根钢钎或螺丝刀的一端贴 在耳边，另一端试探噪声点，就可判断出发出噪声的部位。 ( 2 ) 用听觉能定性测试噪声强弱。 ( 3 ) 判别各液压元件的噪声。 5 、闻诊 闻诊是液压故障诊断者用嗅觉对液压设备进行检测，以获取故障信息。 闻诊的内容有：嗅检液压油是否变质和嗅检液压元件周围是否有、烤焦 的味道。 2 2 2 1 故障分析流程图 故障分析流程图是用来反映故障分析过程的一种图示，它是从故障现象 入手，对产生这种故障现象的原因进行由易到难的逐个检验的过程，最终得 出引起故障现象的根本原因，它可准确地反映故障分析的过程，为准确彻底 排除故障提供保证。我将在下一章中详细介绍轴向柱塞液压泵的各种故障分 析流程图，这里不再详述。 西南交通大学工程研究生硕士学位论文皇卯曼页 第3 章液压轴向柱塞泵的故障分析 液压设备的液压系统一般由四大元件组成：1 、动力元件液压泵；2 、 执行元件液压缸和液压马达；3 、控制元件各种液压控制阎；4 、辅 助元件油箱、管道、蓄能器、集成块等。 在四类大元件中，人们形象地把液压泵称作为液压设备的心脏。液压泵 的功用是向液压系统提供具有所需压力的流动液体，从而驱动液压装置工作， 是液压设备的动力源。液压系统中一旦液压泵出现故障，轻则影响设备的工 作性能，重则导致整个液压设备瘫痪，无法使用。考虑液压泵在液压系统中 的重要地位，我们在本章中将以液压轴向柱塞泵为例，对液压泵的故障进行 分析讨论。 3 1 液压泵简述 3 1 1 液压泵的类型性 在日常生活中，液压设备采用的液压泵种类很多： 1 、按液压泵的密封工作容积的方法及吸、排油的机理，常见有：齿轮 泵、柱塞泵、叶片泵： 齿轮泵又分为：外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵和螺杆泵； 柱塞泵：轴向柱塞泵和径向柱塞泵； 叶片泵：双作用式叶片泵和单作用式叶片泵。 2 、按液压泵的输油方向分：可分为单向泵和双向泵； 3 、按输出流量分：可分为定量泵和变量泵； 4 、按允许使用压力分：可分为低压泵、中压泵、高压泵等，表3 - l 为常 见压力等级分类表。 表3 1 常见压力等级分类 压力分级低压 中压中高压高压超高压1 压力范围 0 2 52 5 8 08 0 1 6 01 6 0 3 1 5 ，si ( x1 0 5 p a ) 3 1 2 液压泵的基本性能参数 尽管液压泵的种类很多、形式和结构也大不相同，但它们却有一些共同 的基本性能参数，其中包括压力、排量、流量、转速、功率和效率。 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第15 页 1 、液压泵的压力 液压泵的输出压力由负载决定( 常用p 来表示) 。当负载增加时，泵的压 力升高，当负载减小时，泵的压力下降。这种随着负载变化的液压泵实际工 作中的压力通常称为实际工作压力，它是瞬时值。为了较好衡量液压泵的性 能，人们引入额定压力和最大压力两个概念。 ( 1 ) 额定压力 额定压力是指液压泵在额定转速和理论排量下，能连续运转所允许使用 的工作压力，并能保证泵的容积效率和使用寿命。 ( 2 ) 最大压力 最大压力是指在短时间内超载所允许的极限压力，由液压系统中的安全 阀限定。 2 、排量 液压泵主轴旋转一周所排出的液体体积，称为排量( 常用q 表示) 。对 于定量泵，排q 是一个常数；对于变量泵，排量q 是一个变值，它可通过变 量机构进行调节。 3 、流量 流量是指液压泵在单位时间内输出液体的体积( 常用q 表示) ，流量有 理论流量和实际流量，实际流量等于理论流量减去因泄漏、压缩等损失的流 量。 4 、转速 转速是指单位时间内液压泵主轴旋转次数。 5 、功率和效率 液压泵的功率是指泵向液压系统提供一定压力和流量的压力油的功率， 简称输出功率。 液压泵的效率有容积效率、机械效率和总效率。 容积效率是指泵的实际流量和理论流量的比值。 机械效率是指泵的输入转矩和输出转矩的比值。 总效率是泵的输出功率和输入功率的比值。它等于泵的容积效率和机械 效率的乘积。 3 2 液压轴向柱塞泵的工作原理和结构 工程机械常用液压泵有齿轮泵和柱塞泵。而柱塞泵因其工作压力高、流 量大、工作寿命长、变量方便等特点，在工程机械中应用广泛，这也是我选 择轴向柱塞泵作为研究对象的原因。 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第16 页 3 2 1 轴向柱塞泵的工作原理 3 2 1 1 斜盘式轴向柱塞式泵工作原理 这里我就以斜盘式轴向柱塞式泵为例来阐述轴向柱塞泵的工作原理。这 种泵的原理图见3 1 。传动轴2 通过键3 带动缸体4 旋转，缸体上均匀分布 着奇数柱塞孔，孑l 中有柱塞6 。1 为配油盘，它上面有两个弧形透孔为吸、 排油窗口，1 0 为斜盘，配油盘和斜盘是固定不动的。当缸体带动柱塞从图示 最下位置向上方转动时，柱塞在弹簧5 的作用下( 弹簧的作用力通过套7 、 回程盘8 和滑靴9 传到柱塞) 向外伸出，柱塞孔的密封容积增大，油箱油液 在大气压的作用下通过配油盘的吸油窗口进入柱塞孔内，这是吸油的过程； 而当柱塞从图示的最上位置向下方转动时，柱塞在斜盘l o 的作用下被压进柱 塞孔内，柱塞孔的密封容减小，孔内油液受到挤压，便通过配油盘的排油窗 口排出泵外，这就是排油过程。缸体旋转一周，每个柱塞孔都完成一次吸油 和排油。 图3 1 斜盘式轴向柱塞泵工作原理图 3 2 1 2 轴向柱塞泵的流量计算 如图3 1 所示，设柱塞直径为d ( c m ) ，柱塞个数为z ，柱塞孔的分度圆 直径为d ( c m ) 斜盘工作表面的倾角为y ，则旋转时柱塞的行程s 为： 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第17 页 s 2 d 坞y ( c m ) ( 3 1 ) 泵的每转排量q 为 q = x d 2 xs x z 4 = x d 2 x z x d x t g y 4 ( m l r ) ( 3 - - 2 ) 设泵每分钟转速为n ( 转分) ，容积效率r i # 为，则泵的流量q 为 o 女= d x z x d x n xr l # x t g y 1 0 + 4 ( 1 m i n ) ( 3 - - 3 ) 从上式3 3 可看出，斜盘工作表面的倾角y 越大，则泵的输出流量就 越大。变量泵的流量变化是通过改变y 来实现的。 3 2 1 3 工程机械常用轴向柱塞泵的结构 图3 2 是山东烟台大宇重工生产的大宇d h 2 2 0 l c - - v 型液压挖掘机主 液压泵结构图，该泵是斜盘式轴向柱塞双联变量泵。 3 3 液压轴向柱塞泵的常见故障现象 前面已经介绍了液压设备故障的概念，是指液压系统或元件的各项技术 指标偏离了它的正常状态。在实践中我们如何判断液压轴向柱塞泵是否有故 障了，根据实践经验液压轴向柱塞泵出现故障时，常伴随有下列症状出现： 1 、液压泵的排油量不足，执行机构动作迟缓； 2 、液压泵压力不足或压力脉动较大，执行机构无力； 3 、液压泵运转中噪声过大； 4 、油泵外部有液压油漏出； 5 、液压泵的及系统温度过高； 6 、变量机构失灵： 7 、液压泵不能转动。 液压泵出现故障时，它所表现出的症状可能是以上症状中的一种，也可 能是几种症状同时表现出来。无论是哪种情况，只要液压泵出现以上症状， 我们就认为该液压泵出现了故障，就要对这些故障产生的原因进行诊断分析， 并加以排除。 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第1 8 页 图3 2k 3 v 1 1 2 d t 液压轴向柱塞双联泵结构图 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第1 9 页 3 3 1 液压轴向柱塞泵的故障分析 下面我们就上述七种液压泵故障症状进行分析，分析的方法采用逻辑推 理的方法，从产生该故障现象的最简单的原因开始，逐步判断分析，最终排 除故障。下面七个图表分别是七种故障症状的诊断分析流程图： 表3 2 液压泵排油量不足故障分析流程图 i排油量不足 。 +是 l油箱油面过低 li添加液压油 否+是 i 吸油管及滤油器堵塞或阻力排除油管堵塞，清洗滤 i过大油器 否+是 l 液压泵有空气或吸入有空气 排除泵内空气，检查和 l引起吸油困难 紧固可能进入空气的联 接处 否+是 i 油温不当引起吸油困难：油 选择合适的液压油，油 i 温高，内泄增大；油温低， 温太高，设法降低油温 l油液粘度大，吸入困难 否+是 变量机构失灵，达不到工作 检查变量机构：看变量 要求 活塞及变量头是否灵 活，并纠正和调整误差 否+是 中心弹簧断裂或疲劳引起柱 塞回程不够或不能回程，造检查中心弹簧加以更换 成缸体与配油盘间失去密封1 否+是 1 抖蠹b 打z i 麻螺a 扣南卅l- l 更换柱塞，保证接触良 柱塞与缸孔磨损，引起内泄ii 。“1 1 8 疗。“8 “ 否+是 配油盘与缸体磨损，引起内i 修磨配油盘与缸体的接 泄l 触面，保证接触良好 西南交通大学工程研究生硕士学位论文第2 0 页 表3 3 液压泵压力不足故障分析流程图 l 压力不足或压力脉动较大 +是 l苁棚u 堵垂 ir - 1清慊瑁墨现象 否+是 l 油温较高，油液粘度下控制油温，更换粘度较大的液 l降，泄漏增加压油 否+是 l 变量机构偏角太小，流量 l