工程机械液压缸故障诊断与排除方案研究.doc

工程机械液压缸故障诊断与排除方案研究目录目录1摘要21、液压缸的组成和结构51.1液压缸的组成51.2液压缸的类型52、液压缸泄漏的原因及危害83、液压缸漏油故障诊断与排除措施.93.1液压缸漏油故障诊断.93.1.1 液压缸误动作或动作失灵.93.1.2.液压缸工作时不能驱动负载93.1.3.液压缸活塞滑移或爬行103.1.4动作异常113.1.5无法推动负载12 3.1.6泄漏 .12 3.1.7活塞密封件磨过量或过快. . .12 3.1.8漂移. . . 133.2 液压缸拆检步骤143.2.1 拆卸、检查143.2.2 组装143.2.3 调试143.3液压缸泄漏故障的诊断方法143.3.1经验诊断法143.3.2试验方法153.3.3液压缸拆检与维修方法153.4需要注意的几个问题163.4.1使用与维护163.4.2 产品的售后服务和设备翻新163.4.3 制造标准16总结18致谢19参考文献20摘要随着液压技术在各个领域中的应用和发展，液压传动或液压控制设备在国民经济中发挥了巨大的作用，且大多数液压设备己成为生产上的关键设备。但是，由于设计、制造和使用维护等多种因素影响了液压设备的正常运行，液压系统工作正常与否，除设计、制造等因素的影响外，还有使用、维修、管理等方面的影响。因此，科研、设计、制造、使用等部门互相配合，共同努力，是保证液压系统正常工作的必要条件。可以说，加强液压设备维修管理工作是发展液压技术的重要组成部分。本文针对工程机械液压缸常见的故障现象,分析了故障原因，介绍了工程机械液压缸故障的诊断与维修技术, 提出了减少故障的措施，在生产实践过程中具有指导作用。关键词: 工程机械, 液压缸，故障诊断，措施AbstractAlong with the hydraulic technology in various areas of application and development, hydraulic transmission or hydraulic control equipment in the national economy played a huge role, and most of the hydraulic equipment has become the key to the production equipment. But, due to design, manufacture and use of maintenance and so on many kinds of factors affected the hydraulic equipment the normal operation of the hydraulic system is normal or not work, in addition to design, manufacture, the influence of factors outside, still use, maintenance, management, and other effects. Therefore, the scientific research, the design, the manufacture, use and other departments cooperate with each other, and work together, to guarantee the normal work of hydraulic technology is an important part. This article in view of the engineering mechanical hydraulic cylinder common fault phenomenon, has analyzed the breakdown reason, introduces engineering mechanical hydraulic cylinder of fault diagnosis and maintenance technology, puts forward the measures to reduce fault, on the production practice is a guiding role in the process. Keyword: engineering mechanical; hydraulic cylinder; fault diagnosis ; measures1、 液压缸的组成和结构随着液压技术在各个领域中的应用和发展,液压传动或液压控制设备在国民经济中发挥了巨大的作用,且大多数液压设备已成为生产上的关键设备，其中工程机械液压缸在工程机械设备中占有重要的地位,是工程机械的执行元件,其故障将直接影响设备的正常工作和寿命,并进而影响到工程施工的质量和工期进度。为了能有效地保证工程机械整机的利用率,必须做到液压缸在使用中少出故障,出了故障能迅速查明原因,并及时排除故障。由于液压缸内部故障观察不到,出了故障不容易立刻查找出原因，有时虽然是同样故障,但产生的原因不一定相同。因此,本文在分析液压缸的结构的基础上，针对工程机械液压缸常见的故障现象,分析了故障原因,探讨了排除程序和方法,提出了减少故障的措施。1.1液压缸的组成液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。1.2液压缸的类型：根据常用液压缸的结构形式，可将其分为四种类型：（1）活塞式单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。（2）柱塞式柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重； 柱塞只靠缸套支承而不与缸套 接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸； 工作时柱塞总受压，因而它必须 有足够的刚度； 柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向 单边磨损，故其垂直使用更有利。 （3）伸缩式伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。 （4）摆动式摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向， 叶片将带动转子作往复摆动。工程机械液压缸,属于“活塞式结构”,为普通中型液压缸。液压缸是将流体压力或功率转变为机械力做功或功率的最常用的装置,它做直线运动,但可通过杠杆将其转变为有限范围的转动。工程机械用液压缸的结构多种多样如图1所示。1.衬套 2.缸头 3.缸筒 4.活塞 5.活塞杆 6.导向套 P1P2进油口图1-1工程机械液压缸基本结构一个液压缸由缸体、活塞和活塞杆等组成,端盖可以通过螺栓联接在缸体上或被焊上。缸径与杆径速比有133、146、2 共三 种不同的活塞杆直径,缸径有: 40、50、63、80、90、100、110、125、140、150、160、180、200、220、250 (mm) 共15 个规格,工作压力分16、21 (MPa) 2 种。连接型式多采用耳环,也有中间绞轴式或前端绞轴式;导向套的固定多数用“卡键”式,也有“内螺纹压紧”或“外螺纹压紧”式;活塞杆端有内螺纹、外螺纹2 种,耳环内孔有衬套式、关节轴承式种。工程机械液压缸的生产厂家不少,国内重点企业有长江液压件厂和榆次液压件厂等。2、液压缸泄漏的原因及危害常见液压缸泄漏的原因及危害有：1) 密封件的结构形式与材质密封件的结构形式与材质的差异将直接影响液压缸的泄漏。如果密封材质太软, 液压缸工作时, 密封件极易挤入密封间隙而损伤, 造成液压油的泄漏。2) 密封槽与密封接触表面的质量密封件安装在尺寸精度较低, 表面粗糙度及形位公差较低的密封副内, 将导致密封件的损伤, 产生液压油的泄漏。3) 密封件磨损与安装密封件要求具有较高的尺寸精度和形状位置精度。密封件的磨损和在密封件装配过程中造成的损伤, 都是引发液压缸泄漏的主要原因。4) 密封件工作环境密封件长时间工作在高温环境下, 将加速密封件的老化, 导致密封件的失效而引发泄漏。5) 液压缓冲阀磨损对于阀缓冲液压缸, 液压缓冲阀阀芯与阀座磨损是液压缸泄漏的主要原因。 3、液压缸漏油故障诊断与排除措施3.1液压缸漏油故障诊断 液压缸是液压系统中将液压能转换为机械能的执行元件。其故障可基本归纳为液压缸误动作、无力推动负载以及活塞滑移或爬行等。由于液压缸出现故障而导致设备停机的现象屡见不鲜，因此，应重视液压缸的故障诊断与使用维护工作。 3.1.1 液压缸误动作或动作失灵 原因和处理方法有以下几种： (1)阀芯卡住或阀孔堵塞。当流量阀或方向阀阀芯卡住或阀孔堵塞时，液压缸易发生误动作或动作失灵。此时应检查油液的污染情况；检查脏物或胶质沉淀物是否卡住阀芯或堵塞阀孔；检查阀体的磨损情况。 (2)活塞杆与缸筒卡住或液压缸堵塞。此时无论如何操纵，液压缸都不动作或动作甚微。这时应检查活塞及活塞杆密封是否太紧，是否进入脏物及胶质沉淀物：活塞杆与缸筒的轴心线是否对中，易损件和密封件是否失效。 (3)液压系统控制压力太低。控制管路中节流阻力可能过大，流量阀调节不当，控制压力不合适，压力源受到干扰。此时应检查控制压力源，保证压力调节到系统的规定值。 (4)液压系统中进入空气。主要是因为系统中有泄漏发生。此时应检查液压油箱的液位，液压泵吸油侧的密封件和管接头，吸油粗滤器是否太脏。若如此，应补充液压油，处理密封及管接头，清洗或更换粗滤芯。 (5)液压缸初始动作缓慢。在温度较低的情况下，液压油黏度大，流动性差，导致液压缸动作缓慢。改善方法是，更换黏温性能较好的液压油，在低温下可借助加热器或用机器自身加热以提升启动时的油温。 3.1.2.液压缸工作时不能驱动负载 主要表现为活塞杆停位不准、推力不足、速度下降、工作不稳定等其原因是(1)液压缸内部泄漏。液压缸内部泄漏包括液压缸体密封、活塞杆与密封盖密封及活塞密封均磨损过量等引起的泄漏。活塞杆与密封盖密封泄漏的原因是，密封件折皱、挤压、撕裂、磨损、老化、变质、变形等，此时应更换新的密封件。 活塞密封过量磨损的主要原因是速度控制阀调节不当，造成过高的背压以及密封件安装不当或液压油污染。其次是装配时有异物进入及密封材料质量不好。其后果是动作缓慢、无力，严重时还会造成活塞及缸筒的损坏，出现“拉缸”现象。处理方法是调整速度控制阀，对照安装说明应做必要的操作和改进；清洗过滤器或更换滤芯、液压油。 (2)液压回路泄漏。包括阀及液压管路的泄漏。检修方法是通过操纵换向阀检查并消除液压连接管路的泄漏。 (3)液压油经溢流阀旁通回油箱。若溢流阀进入脏物卡住阀芯，使溢流阀常开，液压油会经溢流阀旁通直接流回油箱，导致液压缸没油进入。若负载过大，溢流阀的调节压力虽已达到最大额定值，但液压缸仍得不到连续动作所需的推力而不动作。若调节压力较低，则因压力不足达不到仍载所需的椎力，表现为推力不够。此时应检查并调整溢流阀。 3.1.3.液压缸活塞滑移或爬行 液压缸活塞滑移或爬行将使液压缸工作不稳定。主要原因如下： (1)液压缸内部涩滞。液压缸内部零件装配不当、零件变形、磨损或形位公差超限，动作阻力过大，使液压缸活塞速度随着行程位置的不同而变化，出现滑移或爬行。原因大多是由于零件装配质量差，表面有伤痕或烧结产生的铁屑，使阻力增大，速度下降。例如：活塞与活塞杆不同心或活塞杆弯曲，液压缸或活塞杆对导轨安装位置偏移，密封环装得过紧或过松等。解决方法是重新修理或调整，更换损伤的零件及清除铁屑。 (2)润滑不良或液压缸孔径加工超差。因为活塞与缸筒、导轨与活塞杆等均有相对运动，如果润滑不良或液压缸孔径超差，就会加剧磨损，使缸筒中心线直线性降低。这样，活塞在液压缸内工作时，摩擦阻力会时大时小，产生滑移或爬行。排除办法是先修磨液压缸，再按配合要求配制活塞，修磨活塞杆，配置导向套。 (3)液压泵或液压缸进入空气。空气压缩或膨胀会造成活塞滑移或爬行。排除措施是检查液压泵，设置专门的排气装置，快速操作全行程往返数次排气。 (4)密封件质量与滑移或爬行有直接关系。O形密封圈在低压下使用时，与U形密封圈比较，由于面压较高、动静摩擦阻力之差较大，容易产生滑移或爬行；U型密封圈的面压随着压力的提高而增大，虽然密封效果也相应提高，但动静摩擦阻力之差也变大，内压增加，影响橡胶弹性，由于唇缘的接触阻力增大，密封圈将会倾翻及唇缘伸长，也容易引起滑移或爬行，为防止其倾翻可采用一、液压缸故障诊断及处理3.1.4动作异常(1) 阀芯受卡或被堵检查是否有污物或粘性沉积物,检查油是否被污染和系统中有空气,查看元件是否有磨损,因为污染的油液可能带来过度磨损。(2) 液压缸受阻或被卡住检查活塞杆或活塞上的密封是否过紧,或像上面一样检查是否有污物、沉积物和空气情况,检查安装后的同轴度是否超差、是否有磨损的部件,油封和密封圈是否有缺陷。(3) 在预热阶段动作缓慢在起始温度下,油的粘度和凝固点太高而引起,更换低粘度或较好粘度指数和较低凝固点的油。在严重低温条件下,可借助加热器。(4) 先导控制压力过低可能因为控制管路被堵或是流量控制阀调节不当。先导压力源可能调压不对,或被人擅自调节。检查先导压力源压力,并确保其设定值与液压系统图所标注的一致。(5) 液压缸内漏修理或更换部件或油封,检查油的粘度,使之不要太低,检查是否有油液污染或零件磨损。(6) 系统内进气排除空气并检查泄漏情况,查看泵进油管口是否在油箱油面以下。向可疑泄漏点浇些液压油以检查泵的密封和吸油边管路接头是否漏气,浇油后噪声消失的位置就是泄漏点,可上紧接头。必要时更换密封圈或密封垫,查看吸油口过滤器是否堵塞。(7) 活塞杆弯曲液压缸安装不正确,偏心负载的影响,负载过大或间隙过大引起失稳。检查安装质量,检查导向套、缸筒和活塞杆表面的偏磨情况。(8)活塞杆伸缩困难或出现低速爬行活塞杆伸缩困难和系统油压升高是液压缸部件或执行机构卡死的表现,低速爬行或抖动是缸内积存空气或摩擦阻力太大的反映。3.1.5无法推动负载阀动作后液压缸无法推动负载,可能是设备的连接处受卡,检查连接机构,确保无大的摩擦阻力;压力太低,检查内压力,使之与回路要求一致;活塞的密封泄漏,操作阀使缸动作,当缸位于行程端点时,观察出口处的流量是否过大,若是就更换密封件;液压缸规格相对负荷偏小,确保各部件的良好润滑并选用适当的缸;活塞杆在活塞断面处断裂,拆卸并更换;油液的污染造成缸筒内壁的划伤,拆卸处理。3.1.6泄漏液压缸的泄漏分外泄和内泄,在额定压力下,缸静止时不发生外泄。由于附在活塞杆上的油膜被刮尘圈刮下而累积成滴,不可避免地出现外泄。但根据实际要求,在正常情况下,一般活塞每移动100 m时的泄露量应小于0. 21 ml ,即为420 滴。如果超出,则认为属于不正常。高压油通过活塞与液压缸筒间的间隙进入低压腔的现象为内泄露,缸容许的内泄露可通过实验方法测得,即缸在相当额定压力的负载下,每10 min内活塞的移动量应小于0. 5 mm。如果超出,则认为是属于不正常。(1) 缸体密封泄漏因长螺栓松动,将缸体拉杆旋紧;密封件变质,出现软化、变粘,检查密封件材料和油液是否相容,更换使之相容;密封件老化,压力过高,将压力调到额定范围;密封件被挤坏,更换缸体密封件;出现硬化或失去弹性,通常是由于高温环境所致,可给缸加罩与热源隔离,以保护密封件,并更换密封件;密封件损坏。由于定位平面内径或外径磨损,属正常磨损,予以更换密封件。(2) 活塞杆密封泄漏密封件被磨损,检查活塞杆上是否有凹痕、缺口、凿孔、划伤。如果其表面太粗糙,应更换,检查压盖轴套是否磨损。如果间隙过大,更换压盖和密封件;密封件变质、密封件老化、密封件损坏,处理同缸体密封泄漏。3.1.7活塞密封件磨损过量或过快由于调速阀调整过大,使背压过高,重新调整;密封件安装不正确,纠正;油液污染,检查油液的污染情况,清洗过滤器或换油。3.1.8漂移(又称不保压或跑缸)一般工程机械液压缸的锁紧回路系统如图3-1 所示。液压缸漂移是较常见的故障现象,即发生活塞杆自然移动,主要由以下几种因素造成,并各有其独特的故障征兆。图3-1工程机械液压缸的锁紧回路系统(1) 液压缸内有空气,征兆是活塞杆出现爬行、颤抖、油管脉动大。原因是缸内形成负压,空气被吸入;油箱油面过低,泵吸入空气;各系统接头、密封不良。此时,可以让液压缸在空载或轻载状态下,进行大行程往复运动,直至排出空气。若缸没有排气装置,可松开排气阀螺钉;修理导致空气混入的损坏元件。(2) 液控单向阀反向泄漏,征兆是在阀芯关闭状态,拆开阀外泄管L ,有大量油液流出,贴近阀腔时有液流声。原因是单向阀密封不严或卡滞;换向阀中位机能选用不当(一般为H、Y) ,或其他原因使控制油压K无法释放,使换向阀至中位时关闭不严。此时,应检查阀芯是否偏磨或划痕;检查回油管路的背压是否过高,回油过滤器是否阻塞或检查换向阀至中位机能。(3) 液压缸外泄漏,征兆是活塞杆端、缸盖结合面、管接头处漏油。原因是活塞杆密封圈破损老化,活塞杆拉伤;缸盖结合面、管接头、胶圈破损。此时,可更换修复损坏件。(4) 液压缸内泄漏,征兆是液压缸推力不足,速度慢,或缸工作时建立不起最高额定压力。原因是活塞杆密封圈老化龟裂或安装时扭转;缸内壁有较深的纵向拉伤,此时,可更换修复损坏件。3.2 液压缸拆检步骤3.2.1 拆卸、检查先清理修理现场,将缸外部洗净,准备好防尘用品;然后利用工作油压将活塞杆移到缸筒任一末端;松开溢流阀,使回路泄压;排出缸两腔的油液;各油口接头处、活塞杆端部螺纹均用生料带或尼龙布包护。拉出活塞时应特别注意保证活塞与缸筒的同轴度偏差在0.05 mm 内,活塞端面与缸筒轴线的垂直度偏差在0.05 mm 内;并检查缸内壁是否有较纵向拉伤。3.2.2 组装用煤油将缸筒内壁、活塞、活塞杆清洗干净,并去掉毛刺;修复好轻度拉伤,并涂油膜;检查新更换的密封件有无龟裂老化现象,并预先涂一层高熔点的润滑脂。活塞杆推入缸筒时,应严格保证前述同轴度和垂直度要求,以免在组装过程中活塞上密封圈唇口受损。3.2.3 调试组装好后,进行整个液压系统的试运转,先复校各连接处的紧固情况,调整系统溢流阀压力至规定值,启动油泵供油并记录检查有无泄露现象,排除缸及系统中的空气,最后使缸进行重载试运转,并记录其工作压力、活塞杆速度等技术参数。3.3液压缸泄漏故障的诊断方法对于工程机械而言, 液压系统的泄漏量一般采用液压缸或工作装置位移量指标。有关国家和行业标准对典型工程机械液压缸或工作装置因液压系统内泄漏引起的位移量作了具体规定如表所示。一旦发现位移量超标, 则可能是液压缸发生泄漏故障。3.3.1经验诊断法诊断液压缸泄漏的经验方法可用“ 问、检” 二字概括。具体来讲“ 问” 就是维修人员向操作人员询问故障机械的基本情况。主机有哪些异常现象故障是突发的, 还是渐发的突发性故障, 大多是因液压系统受到污染或意外载荷造成液压阀或密封件失效引起的渐发性故障, 则多数是因密封件磨损严重而出现的。“ 检” 主要是维修人员亲自检查液压系统的工作情况。使液压缸运动到极限位置时, 可观测液压系统工作压力, 一旦工作压力达不到规定值, 而通过调节安全阀压力仍不发生变化时, 则可能因液压缸内泄造成。3.3.2试验方法首先, 在未拆卸液压系统元件时, 按试验操作规程将工程机械开机就位如起重机打出支腿、垫平支腿然后, 操作换向阀使液压缸的活塞运行至试验位置, 拆开液压缸回油腔管路, 通过观察油口是否有液压油流出, 可判断液压缸的泄漏情况。3.3.3液压缸拆检与维修方法一旦液压缸出现泄漏故障, 就必须拆卸进行检查。针对故障产生的原因应采取相应的维修方法。（1）密封件的检查与维修活塞密封是防止液压缸内泄的主要元件。对于唇形密封件应重点检查唇边有无伤痕和磨损情况, 对于组合密封应重点检查密封面的磨损量, 然后判定密封件的是否可使用。另外还需检查活塞与活塞杆间静密封圈有无挤伤情况。活塞杆密封应重点检查密封件和支承环的磨损情况。一旦发现密封件和导向支承环存在缺陷, 应根据被修液压缸密封件的结构形式, 选用相同结构形式和适宜材质的密封件进行更换, 这样能最大限度地降低密封件与密封表面之间的油膜厚度, 减少密封件的泄漏量。（2）缸筒检查与维修液压缸缸筒内表面与活塞密封是引起液压缸内泄的主要因素, 如果缸筒内产生纵向拉痕, 即使更换新的活塞密封, 也不能有效地排除故障, 缸筒内表面主要检查尺寸公差和形位公差是否满足技术要求, 有无纵向拉痕, 并测量纵向拉痕的深度,以便采取相应的解决方法。缸筒存在微量变形和浅状拉痕时采用强力淹没磨工艺修复缸筒。强力布磨工艺可修复比原公差超差倍以内的缸筒。它通过强力研磨机对尺寸或形状误差超差的部位进行晰磨, 使缸筒整体尺寸、形状公差和粗糙度满足技术要求。缸筒内表面磨损严重, 存在较深纵向拉痕时按照实物进行测绘, 由专业生产厂按缸筒制造工艺重新生产进行更换。也可运用减磨修补剂修复缸筒。TS311减磨修补剂主要用于对磨损、滑伤金属零件的修复。修复过程中, 用合金刮刀在滑伤表面剃出以上深度的沟槽, 然后用丙酮清洗沟槽表面, 用缸筒内径仿形板将调好的减磨修补剂敷涂于打磨好的表面上, 用力刮平, 确保压实, 并高于缸筒内表面, 待固化后, 进行打磨留出精加工余量, 最后通过研磨使缸筒整体尺寸、形状公差和粗糙度达到要求。但这种修复缸的寿命及可靠性都不高。活塞杆、导向套的检查与维修活塞杆与导向套间相对运动副是引起外漏的主要因素, 如果活塞杆表面镀铬层因磨损而剥落或产生纵向拉痕时, 将直接导致密封件的失效。因此, 应重点检查活塞杆表面粗糙度和形位公差是否满足技术要求, 如果活塞杆弯曲应校直达到要求或按实物进行测绘, 由专业生产厂进行制造。如果活塞杆表面镀层磨损、滑伤、局部剥落可采取磨去镀层, 重新镀铬表面加工处理工艺。（4）缓冲阀的检查与维修对于阀缓冲液压缸, 应重点检查缓冲阀阀芯与阀座磨损情况。一旦发现磨损量加大、密封失效, 应进行更换。也可运用磨料进行阀芯与阀座配磨方法进行修复。3.4需要注意的几个问题3.4.1使用与维护经常维护保养设备也是提高使用寿命的一项重要措施,同样的设备,由不同技术水平的工人操作,会有不同的寿命。所以,要注重设备维护和员工培训,让设备发挥