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非典型液压系统故障案例分析 修建部 黄仲贤 2011年12月20日堆取料机液压系统故障案例分析步进式加热炉步进梁液压系统故障案例分析全自动皮带拉紧装置液压系统故障案例分析内容提纲内容提纲堆取料机液压系统故障案例分析一、堆取料机简介图1-1 堆取料机实物图 一、堆取料机简介 堆取料机主要用于原料矿粉、煤、焦，碳等料场存储，转运作业，环境温度-20+45；料场长度240（270）m.堆料及取料为手动及自动操作；料场布置为固定单尾车通过式，整体结构见图（1-1）主要技术参数如下:1、生产率 堆料1000t/h,取料800t/h；堆取料高度轨上9.6m,轨下0.5m。2、取料机构 斗轮型式：无格式；斗轮直径：4.5m；斗数：8；斗速：8r/min；前臂架长度36.64米，重14.25吨。3、变幅机构 变幅范围：上仰9，下俯8.5；变幅速度：上仰3.4m/min,下俯4m/min。4、液压缸参数 缸径250mm、行程1000mm，常用工作油压力为12MPa。二、故障现象图1-2 俯仰油缸液压系统原理图 悬臂能够上升不能下降。三、原因分析 从下面俯仰油缸液压系统原理图（1-2）看出，可造成堆取料机悬臂能上升不能下降故障的因素是多方面的，主要因素有：（一）换向机构 换向阀是否失灵、能否正常换向也关系到油缸的正常升降，当换向阀出现故障，阀芯卡阻或一边弹簧断裂，都有可能让油缸变成单作用缸形式，即压力油一直供向无杆腔，因此，换向阀不能正常换向是造成悬臂能上升不能下降故障的因素。三、原因分析图1-3 换向锁紧机构液压原理图 （二）锁紧机构 从换向锁紧机构原理图（1-3）看出该系统回路是采用液压锁的锁紧回路，我们知道，液压锁也就是双液控单向阀，悬臂上升后换向下降时，如果此时液压锁发生故障如无杆腔回路这边的液控单向阀卡阻，控制油无法打开系统也就无法形成回路，所以悬臂不能下降，因此，液压锁故障也是造成悬臂能上升不能下降的因素。（三）流量控制机构。从系统原理图看出该系统采用单向节流阀作为流量控制阀，它造成悬臂能上升不能下降的原因跟液压锁相似，即节流阀阀芯卡死在关闭阀口的位置，无流量输出，没形成回路，油缸不动作。三、原因分析 （四）平衡机构。1、从平衡阀组件原理图（1-4）看出平衡机构是采用外控平衡阀，平衡阀出现故障时，阀芯卡阻等原因打不开平衡阀，执行机构不动作，平衡阀故障也是造成悬臂能上升不能下降的原因之一。图1-4 平衡阀组件原理图 三、原因分析 三、原因分析 2、图中平衡组件中还有防爆阀。我们先了解一下防爆阀的工作原理：防爆阀一般直接安装在油缸接口处，当进入防爆阀之前的管路发生破裂时，防爆阀两端的压差增大，当压差大于防爆阀的弹簧力时，防爆阀迅速关闭，防止意外事故发生。防爆阀正向正常流通，反向流通时防爆阀两端的压差不能大于防爆阀里面的弹簧力，否则就不能反向流通（这时和管路发生破裂时的原理一样）。选取防爆阀的流量一般是正常进出油缸流量的23倍，并且在防爆阀外端安装限速阀来防止管路意外爆死，如果反向爆死，只要正向流动一下，就可以解决该问题（其实就是让防爆阀两端的压差处于平衡状态）。由防爆阀的工作原理可知悬臂升降速度的调节必须符合防爆阀的压差大小，调的太快容易造成防爆阀爆死故障。所以说防爆阀也是造成悬臂能上升不能下降故障的主要原因，下附防爆阀实物图（1-5）说明。三、原因分析图1-5 防爆阀实物图 三、原因分析 （一）诊断 1、起动油泵观察溢流阀情况：能否建立系统压力，溢流阀关系到整个液压系统压力的正常与否，查看系统压力表，采取手动推溢流阀试验阀芯，调节溢流阀先导阀旋钮观察压力表指针能否正常上下摆动。当确定溢流阀能够达到调定压力时，可以判定溢流阀调节是正常的，可以进行下一步的故障查找。四、诊断与处理 2、检查换向阀能否正常工作：先用手动试验方法，推动换向阀左边阀芯，同时推动溢流阀阀芯观察系统压力表工作压力是否在设定的工作压力范围，若达到工作压力时悬臂正常工作应该是处于上升过程，在本起故障中悬臂可以上升，由此可见换向阀及其元件在悬臂上升工作时是正常的，若出现手动试验悬臂不能动作时，此时应检查系统压力是否达到要求，适当将压力提高一些，观察悬臂是否有点冲击；四、诊断与处理 反复将换向阀芯右边推至左边，方法与上述相同，观察悬臂能否出现轻微冲击振动来判断换向阀能否正常换向；通过左右反复推换向阀阀芯可以感觉到两边的弹簧力是否相等的（因为此种换向阀是弹簧对中Y型中位机能三位四通换向阀，在中间位置时两腔弹簧应该是平衡的，若出现以下现象即可断定换向阀有问题1）左右两端推动力感觉失衡即阀芯或弹簧断；2）左右两端均无法推动阀芯极有可能是阀芯卡阻或卡死，此时应拆卸换向阀清洗检查。四、诊断与处理 3、检查液压锁及单向节流阀是否正常工作。通过测压接头测量系统两腔压力来判断，其方法是起动油泵用电控使之处于工作状态后再测量压力或使用手动方法来进行打压后测量两腔压力是否正常；若有一定经验的人员可以用手触摸高压软管也可以感觉到是否有油通过，其方法是用手握住输出高压软管，感觉软管是否有振动来判断是否有油液通过，此种方法需要有一定经验方可做到；在单向节流阀输出管路最近的一活接头处拧下接头进行短暂的打压试验观察两腔是否有高压油喷出以此来判断液压锁及单向节流阀是否正常，此种方法会造成油液外泄漏，不宜多用。四、诊断与处理 4、在排除了平衡阀组以下即液压站部分元件均正常的情况下，应该将故障集中到平衡阀组及油缸部分了。用测压接头测量压力，起动油泵开启换向阀悬臂可以上升，观察无杆腔测压接头压力表显示压力是否接近系统压力，有杆腔测压显示压力较小，由此判定油缸无内泄漏，若有杆腔压力较大即无杆腔与有杆腔的压差很小接近平衡就说明油缸存在内泄漏；通过上面的检测如正常可以看出问题就出在油控制无杆腔（即用于下降控制的平衡机构内的防爆阀上了）。四、诊断与处理 （二）故障处理 1、对检测结果来看系统压力，流量是正常的，换向系统也无异常现象，即液压站部分能正常工作，故障主要集中在油缸附近平衡阀块部分。2、再次查看原理图分析及根据前面做的检测，由此判断是在前面做调试试验时将节流阀开大了所致，将节流阀、平衡阀重新调整匹配好系统即恢复正常。3、另外一起类似故障，就是防爆阀的调节螺母松动掉下来，防爆阀无法调节间隙而迅速关闭进而导致悬臂无法下降 结束语：从这起故障得到的启发是：液压系统的分析诊断工作是科学、严谨、细致的，不能忽视每一个元件，哪怕是小小的一个液压元件，精通阀件工作原理及结构，并要对每一个元件进行科学分析，精确地找出故障所在。四、诊断与处理步进式加热炉步进梁液压系统故障案例分析图2-1 步进梁结构示意图 一、步进式加热炉步进梁工作简介 一、步进式加热炉步进梁工作简介 由步进梁结构示意图（2-1）可以看到，框架梁升降是采用曲拐结构，上升时，升降油缸活塞杆缩回，拉动主动曲扣轴及连杆带动从动曲拐轴一起完成框架梁上升动作；下降时，系统停止供油，钢坯重量及框架梁自重作用在曲拐轴及连杆上，迫使升降油缸活塞杆伸出，从而实现下降动作，框架梁的平移动作则由平移油缸前进后退来完成。二、故障现象步进梁升降油缸使用一段时间，半小时至2小时内就会现不动作，无法进行下一个循环动作现象故障出现时油管伴有声响，重新启动油泵后用至一段时间当听到铛一声响后又会出现上述现象。图2-2 升降油缸液压系统原理图 三、原因分析 （一）从现象来看，步进梁升降系统可以间断性正常使用，这是一种间歇性液压故障，很难一下就确定是哪个元件或是哪一阀组出现故障，下面结合图（2-2）升降油缸液压系统原理图进行分析。这种故障可以归属于压力不正常范畴，先来看看液压泵，现象观察压力表，压力值正常，液压泵振动、温度均属正常，这样液压泵故障就可以排除了，再看看是否溢流阀调压失灵或阀芯阻尼孔堵塞，因为溢流阀调压失灵情况下，压力建立不起来，或压力达不到设定数值；而主阀芯上阻尼孔堵塞的话，液压力传递不到主阀上和锥阀前腔，导阀就失去对主阀压力的调节作用。三、原因分析 因主阀上腔无油压力，弹簧力又很小，在进油腔压力很低的情况下，主阀芯就打开溢流，系统便建立不起压力。检查溢流阀压力设置及溢流情况并没发现问题。排除了溢流阀之后，再考虑平衡阀组，是否平衡阀调节压力太高，回油不畅导致油缸停止动作，但检查发现平衡阀压力设置正常。三、原因分析 （二）液压卡紧 当检测压力正常以后，再来考虑是否换向阀组液压卡紧问题，换向阀阀芯因毛刺或杂物而卡紧的情况下，换向阀不能换向，油缸不动作。从本故障现象看很可能是属于液压卡紧，但拆开换向阀组，检查各换向阀块并没有发现问题，甚至换过新的阀件，故障还是没有消除。（三）最后从总油管发出的异响入手，为何一听到油管有响声随后就出现故障，拆卸主油管并把油管立起来的时候，掉下一粒断了的内六角螺丝头，这样，就可以解释故障发生的原因了。三、原因分析图2-3 阀组管路结构简图 四、诊断与处理 四、诊断与处理 从图（2-3）阀组管路结构简图可以看到，换向油路及控制油路都是从主油管道引入，控制油路是从主油管左端盖板引出，结构是在盖板中间钻孔攻丝，接上一个管接头，再联接控制油管，可能是换球阀的时候主油管掉进一粒断头内六角螺丝，启动油泵时，压力油把内六角螺丝冲到主油管左端盖板底部，因为主油管要比控制油管大很多且控制油管接头是在主油管盖板中间位置，当系统平稳动作时，内六角螺丝没有受到冲击，会仍然停靠在盖板底部。这就说明升降油缸为什么可以正常工作一段时间了，当液压泵随载荷变量供油时，内六角螺丝头在冲击及漩流作用下，被卷入控制油管入口处，金属碰撞发出声响，这就解释了为什么总油管会发出声响，内六角螺丝头堵住控制油管入口的情况下，换向阀的插件失去控制油而无法关闭，所以升降油缸就无法动作。而为什么停一段时间就可以正常使用呢，因为只要液压泵一停止，主油管内压力降低螺丝头就会在自重作用下掉到主油管底部，控制油路又畅通。取出内六角螺丝头，再装回总油管，系统恢复正常。四、诊断与处理 结束语：这是一起极罕见的故障，查找起来有一定难度，归根起来仍然属于油液污染范畴，也反映出我们在日常维护工作中的疏忽大意，没有意识到就小小一粒螺丝头就能造成系统故障，而且查找起来非常困难，做了许多无用功。四、诊断与处理全自动皮带拉紧装置液压系统故障案例分析图3-1 全自动皮带拉紧装置实物图 一、全自动皮带拉紧装置简介 全自动液压拉紧是专为皮带输送机尾部拉紧而设计制造，起到皮带张紧作用，结构见图（3-1）。技术参数如下：1、拉紧小车的最大行程为5米 2、对位紧小车的最大公称拉力80KN 3、液压站型号为ZYLA-YZ4-S2H10 4、油缸规格型号为ZYLA-YG6-2500 5、液压站主要技术参数如下：6、液压站油箱公称容积为200L 7、液压系统最大压力为20MPa 8、060度使用介质为HM#抗磨液压油 9、-300度使用介质为HL15#抗磨液压油 一、全自动皮带拉紧装置简介 二、故障现象 执行机构（油缸）不能动作，左右换向都无法动作，试机观察压力表有压力显示，调节溢流阀时，压力表显示压力大小可以在调节范围内上下波动。陆续造成烧电机等故障 由厂家主持修理（厂家在三包期内），修理步骤如下：（一）根据溢流阀9（见图3-2）压力可以调节来看，系统压力正常，据此先检查换向拆卸阀芯清洗未发现异常现象，装回试机，油缸还是不能动作，之后又拆另外一台在使用相同型号机的换向阀换到该机上，然后试机，故障仍然没有消除，说明问题不是出在换向阀上。三、原因分析 三、原因分析图3-2 全自动皮带拉紧装置液压系统原理图 （二）拆卸液控单向阀11清理清洗，也未发现问题，装回再试机，执行机构还是不动作，又从同另一台相同型号的机上拆下给换上，执行机构还是不动作。（三）将出口滤油器8，进口小油器，溢流阀油路块全部拆下清洗检查未发现异常，装回后试机故障依旧存在。（四）拆卸靠近油缸两腔的高压软管接头试机以观察系统是否有压力油喷出时可见有油出但很小，呈现无压力状态。三、原因分析 （五）将整套油路块连同阀件一起由另一台机同的机上拆卸下来换上后试机，故障仍然未能消除。（六）在发生油缸不能动作前油泵电机烧坏一次，更换电机后油缸还是不能动作，之后又换油泵，问题还是没有解决。在换油泵电机时发现电机至油泵的联轴尼龙齿圈严重烧坏呈熔化状。（七）厂家服务人员将已能查找的地方都查找了后仍然未能查到真正的原因之后只好换上一台相同型号的新机（油缸没换）装上后试机系统恢复正常。三、原因分析 我们将厂家换下的那台机作进一步的故障查找，思路如下：（一）根据烧坏油泵电机及联轴器尼龙齿圈熔化来看是因为油泵负载过大造成的，而造成油泵负载在的原因有输出压力超过溢流阀设定值，无法溢流而使得油泵电机堵转，但是从上述分析可知溢流阀是可调节压力大小的，且拆卸油管可以看到有压力油出来，因此可以判定溢流阀正常，不存在堵转的问题。三、原因分析 （二）油泵无法吸油形成真空造成负载增加，导致电机过载，烧坏电机及联轴器尼龙齿圈熔化，为了验证此项判断，拆卸下油箱至油泵吸油口的那段软管，用铁线试穿，结果铁线无法穿过，但是用压缩空气吹又有气流通过。三、原因分析 （三）为了进一步验证判断，我们将此软管作纵向切开，可以很明显地看到一段胶管内臂与钢丝网层分离、钢丝网内层脱落的状况（见图3-3），因此当油泵吸油时橡胶内层被吸扁而堵死，造成油泵吸空及无压力油输出，由于齿轮泵的输出脉动较大吸油时受到震动等各种因素的影响软管内层并不是连续的完全堵死状态，所以溢流阀有压力显示及拆下油缸高压管接头时可以看到有少量的油流出现象。三、原因分析图3-3 软管内钢丝内层脱落状况 三、原因分析 造成吸油管内层与钢丝网脱落的原因有有很多，该机使用工况是间歇而不是连续运动，虽然设计是自动控制的，但在现场向操作人员了解情况进发现诸多并没有严格按照操作规程操作，因为是自动控制，当因各种内外泄漏等原因，系统压力降低，油泵会自动启动以供油保压让皮带始终保持着一定的张紧力，但是由于外泄漏的存在，个别操作工将系统压力供到张紧力时就将油缸旁边的球阀12关闭而又没有将油泵停下，三、原因分析由系统原理看当系统压力低于10MPa时，油泵自动启动并供油，此时油于球阀12已关闭，溢流阀在设定好的工作压力20MPa下不断溢流，这就造成系统发热严重（油箱无冷却装置，整机放在露天现场），很快油温就上升加上油泵的吸力将软管内层吸到与钢丝网脱落的故障发生。软管的质量因该软管是单层钢丝钢14通径的低压软管，在油泵的进油口选用14500mm长的软管，这是一个错误的选择，违反了相关设计规范。三、原因分析 更换新的高压软管试机发现，系统恢复正常。结束语：通过对该故障产生的原因分析，可见按设备操作规范作业是至关重要的，不得随意去改变一些自动控制的方式。在分析判断故障时，应注意收集现场信息，做为判断故障的重要依据，如开始时，烧电机及联轴器尼龙齿圈的熔化就是一重要信息，反映负载已是明显增加了许多，应该引起重视。对于液压系统故障的查找应做全面的现场信息收集，了解设备的使用工况、设备的结构特点等，这对查找故障至关重要。四、诊断与处理 欢迎提出宝贵意见 谢谢大家！