向冬枝 武汉理工大学
摘要：通过对传动带式石料磨光机液压系统中主要故障特征进行归纳，分析了液压系统主要故障产生的原因，并提出了相应的准确分析和判断液压系统故障的方法。
关键词：石料磨光机液压系统故障分析消除
引言
随着建筑业的迅速发展，大理石、水磨石和花岗岩等建筑材料的用量逐渐增多，这些石料通过开采、切割后，还需要进行磨削加工，制品才有合乎要求的光洁而美观的表面。传动带式石料磨光机是一种专门用于石材磨削加工的设备，其工作原理是将被磨石料板坯放在传动带上，其上方有一排磨头，它可上下移动，而其上的砂轮靠电动机带动，研磨时用水作冷却润滑剂。其中，液压系统是设备的重要组成部分，它的可靠性运行对设备加工生产效率和产品质量非常重要。图1所示为磨头升降液压系统原理图。电动机启动后，泵1开始供油，阀3得电，油进人缸6上腔，砂轮5快速下行。因有阀7和阀4形成的背压，下行速度不致过快，此时弹簧式蓄能器9放油。当砂轮接触石板坯料后，缸6上腔压力增加，直到溢流阀2开启，系统压力达到调定值。砂轮作用于板坯的法向力决定于缸6两腔的压差。此时蓄能器9充油。若遇到过厚板坯时，砂轮被顶起，因有蓄能器9，此时缸上腔压力不会猛增。若切削力过大，则泵电机电流过大，利用此电流信号使阀3失电如图位置。则油液进入缸6上控，上腔的油经阀8回至油箱。若欲使磨头升起，也可人为使阀3失电，砂轮上升。若上升到某位置需停止时，只需使阀8得电切断回油路即可，此时蓄能器9亦起缓冲作用，使缸6上腔压力不会过分增加。系统的工作压力调定在0.8一1.2Mpa范围内。传送带的液压传动装置实际上就是一台液压泵和一台液压马达直接耦合在一起，组成一个闭式系统，实现动力传递和无级变速。变速范围在。0-18m/min之间。但是在使用中，因维护不当、液压元件损坏以及装配调整不当等原因，常常会出现一些故障，而液压系统中各种液压元件和辅件大多是封装或处在管道内，不能从外部直接观察其工作状态，也给检查和测量带来方便，故障排除一般都比较困难。因此，掌握液压系统常见故障及其消除方法，有利于提高其工作效率，保证生产顺利进行。下面对传动带式石料磨光机液压系统几种常见故障进行分析，并探讨故障可能产生的原因及其相应处理措施。
1液压系统泄漏
液压系统漏油分为内漏和外漏，通常所说的漏油主要是指系统外部漏油。液压系统漏油的原因很多，从方案设计到每个工艺过程(铸造、焊接、机加工及装配)，从密封件质量到维修管理等都会造成漏油。漏油原因主要有以下几个方面。
(1)油液污染。包括气体污染、颗粒污染、水污染等。气体污染：在大气压下，液压油中可溶解10%左右的空气，在液压系统的高压下，油液中会溶解更多的空气或气体。空气在油液中形成气泡。如果液压油极短的时间内压力在高低压之间迅速变换，就会使气泡在高压侧产生高温，在低压侧发生爆裂；如果液压系统的元件表面有凹点和损伤时，液压油就会高速冲向元件表面，加速表面的磨损，引起泄漏。颗粒污染：液压油缸中的活塞杆裸露在外直接和环境相接触，虽然在导向套上装有防尘圈及密封件等，但也难免将尘埃、污物带入液压系统，加速密封件和活塞杆等的划伤和磨损，从而引起泄漏，颗粒污染为液压元件损坏最快的因素之一。水污染：由于工作环境潮湿等因素的影响，可能会使水进入液压系统，水会与液压油反应，形成酸性物质和油泥，降低液压油的润滑性能，加速部件的磨损，水还会造成控制阀的阀杆发生黏结，使控制阀操纵困难，划伤密封件，造成泄漏。
(2)密封问题。二密封的设计不符合规范要求，密封沟槽的尺寸不合理，密封配合精度低、配合间隙超差；密封平面度误差过大，加工质量差；密封结构选用不当，造成变形，使接合面不能全面接触；装配不细心，接合面有沙尘或因损伤而产生较大的塑性变形；密封件失效、压缩量不够、老化、损伤。b.密封表面的粗糙度过高或过低。液压系统相对运动副表面的粗糙度过高或出现轴向划伤时将产生泄漏；粗糙度过低，达到镜面时密封圈的唇边会将油膜刮去，使油膜难以形成，密封刃口产生高温，加剧磨损。
(3)制造问题。所有的液压元件及密封部件都有严格的尺寸公差、形位公差等要求。如果在制造过程中超差，例如：油缸的活塞半径、密封槽深度或宽度、装密封圈的孔尺寸超差或因加工问题而造成失圆、本身有毛刺或有凹点、镀铬脱落等，密封件就会有变形、划伤、压死或压不实等现象发生，使其失去密封功能，将使零件本身具有先天性的渗漏点，在装配后或使用过程中发生渗漏。
(4)管接头问题。选用管接头的类型与使用条件不符；管接头的结构设计不合理；管接头的加工质量差，不起密封作用；压力脉动引起管接头松动，螺栓蠕变松动后未及时拧紧；管接头拧紧力矩过大或不够。
(5)油温过高。多数情况下，当油温经常超过60℃时，油液黏度大大下降，密封圈膨胀、老化、失效，结果导致液压系统产生泄漏。据研究表明，油温每升高10℃则密封件的寿命就会减半。
(6)壳体的泄漏。主要发生在铸件和焊接件的缺陷上，缺陷在液压系统的压力脉动或冲击振动的作用下逐渐扩大，造成泄漏。
(7)液压系统压力冲击。液压系统中由于频繁换向，在较高压力下突然启动油泵或关闭阀门及缸体快速动作都会造成瞬时峰值压力高达工作压力的好几倍，有时足以使密封装置、管道或其它液压元件损坏而造成泄露。
防漏与治漏的主要措施有：
(1)采用间隙密封的运动副应严格控制其加工精度和配合间隙；改进密封装置，如将活塞杆处的“V”型密封改用“Yx”型密封圈，不仅擎擦力小且密封可靠。
(2)尽量减少油路管接头及法兰的数量。
(3)将液压系统中的液压阀台安装在与执行元件较近的地方，可以大大减少液压管路的总长度和管接头的数量。
(4)液压冲击和机械振动直接或间接地造成系统管路接头松动，产生泄漏。
(5)泄漏量与油的黏度成反比，黏度小，泄漏量大，因此液压用油应根据气温的不同及时更换，可减少泄漏。
(6)控制温升。
2油温过高
导致油温过高的主要原因一般是液压系统设计不当或使用时调整压力不当，以及周围环境温度较高等。调速方法、系统压力及油泵的效率、各个阀的额定流量、管道的大小、油箱的容量以及卸荷方式都直接影响油液的温升，这些问题在设计系统时要注意妥善处理。除了设计不当外，液压系统出现油温过高的一些可能原因及排除方法如下：
(1)散热不良。油箱散热面积不足，油箱储油量太小，致使油液循环太快，冷却器的冷却作用差，周围环境的气温较高等都是导致散热不良的原因。故应采取针对性措施如加大冷却水供应或更换风扇等，以加强散热。
(2)系统卸载回路动作不良。由此导致系统在不需要压力油时，油液仍在溢流阀所调定的工作压力下溢回油箱，或在卸载压力较高的情况下流回油箱。发生这种情况，要检查卸载回路的工作是否正常，并采取措施消除。
(3)换向及速度换接时的冲击冲击。这会造成不必要的能量损失，也会转化为热能，使温度升高，这时应调节相应机构消除冲击。
(4)泄漏严重。油泵压力调整得过高，运动零件磨损使密封间隙增大，密封装置损坏，所用油液的钻度过低等，都会使泄漏增加。
(5)油中进人空气或水分。当液压泵把油液转变为压力油时，空气和水分就会使热量增加而引起过热。
(6)误用黏度太大的油液或液压油黏度变大，引起液压损失过大。确定原因后采取相应措施予以消除。
3液压缸运行中有抖动爬行现象
爬行是液压传动中低速运动时常见的不正常运动状态。其现象在轻微程度时为目光不能觉察的振动。而显著时，可见时动、时停的现象，即运动部件作滑动一停止相交替的运动，也可说是在作跳跃运动，这种现象俗称爬行。主要原因有：
(1)管路内积存空气或液压泵吸进空气，造成液压缸运行中产生爬行。
(2)液压缸两端封油圈太松，引起系统低速爬行。
(3)系统清洗不干净或灌油操作时混进灰尘、纱头、金属屑、橡胶等外来物，并长期浸泡在油箱中，堵塞过油小孔；油箱设计不合理导致回油气泡；未按时换油引起油液不洁净。
(4)单向节流阀或液压缸拉毛，致使液压元件出现故障。
(5)摩擦阻力不均、运动部件导轨接触不良。
消除办法：
(1)清除节流口粘附的杂质；清洗润滑油调节器；更换干净的油液，防止油液污染。
(2)以活塞外圆为基准，修整沟槽底径对外圆的同轴度要求；校正活塞与活塞杆的同轴度要求，更换“O”型密封圈；重新调整活塞杆两端支架使其同轴度至要求，并适当放松活塞杆处密封圈的压盖螺钉。
(3)以平导轨为基准重新修刮液压缸的安装基面，以“V”型导轨为基准，重新调整液压缸母线与导轨的平行度；修刮接触导轨，使两者接触面≥75%且均匀。
4振动与噪声
液压冲击、转动时的不平衡力、摩擦阻力以及惯性力的变化等都是产生不同振动形式的根源。在液压传动的设备中，往往在产生振动后随之而产生噪声。液压系统中的振动与噪声常出现在液压泵、液压马达、液压缸及各种控制阀上，有时也表现在泵、阀与管路的共振上。系统产生噪声和杂音有以下几方面的原因：
(1)液压泵吸空。主要是由于：“液压泵进油口漏气，吸油管路过长；b.管径过小；c.油管吸油面过低或液压泵吸油口过高；d.滤油器变形或流通面积小；e.油箱不透空气；f.油液粘度过大。(2)液压泵故障。齿轮泵齿形精度低；液压泵轴向间隙磨损增大，使输油量不足或液压泵转速过高，导致液压泵出现故障。
(3)溢流阀动作失灵。油液沉淀物堵塞溢流阀阻尼孔，弹簧变形、卡死或损坏；阀座损坏，以及配合间隙不合适是导致溢流阀动作失灵的原因。
(4)机械振动。油管互碰或与支持壁相碰、油管振动、液压泵与电动机安装不同心、溢流阀振动等引起机械振动。
液压系统振动与噪声消除办法：
(1)针对油泵和马达的流量脉动，困油现象未能很好消除，叶片或活塞卡死，会引起噪声和振动。拆开清洗并检查制造质量(主要是困油卸荷槽尺寸和相对运动零件的配合情况)，对于不符合要求的零件，要加以修理或更换。
(2)当吸油路中有气体存在时产生严重的噪声。这时应针对性紧固各结合面及连接管道的螺钉、接头及接口螺母；清洗滤油器；补充油箱内油液至油标位置，使滤油器浸没在油液里；防止空气混入系统中并及时将混入系统中的空气排走。
(3)由机械碰击、滑阀碰撞阀体或阀芯碰撞阀座所产生的撞击声。如果出现这种情况要注意采取适当的缓冲措施，必要时可清洗溢流阀、泵等元件，以及修理和更换已损坏的零件。
5液压系统压力不足或完全无压力
产生故障的主要原因是系统的压力油路和回油路短接，或者是有较严重的泄漏，也可能是油箱中的油根本没有进入液压系统或电动机功率不足等。具体原因及排除方法如下：
(1)首先检查液压泵是否能输出油来。如无油输出，则可能是液压泵的转向不对，零件磨损严重或损坏，吸油管阻力大或漏气，致使液压泵输不出油来。
(2)如果泵有油输出来，则应检查各回油管，看是从哪个部件溢油。如溢流阀故障，则拆开溢流阀，加以清洗，检查或更换弹簧，恢复其工作性能。
(3)检查溢流阀(安全阀)并加以清洗后，如故障仍未消除，则拆开有关阀进行清洗；检查密封间隙的大小及各种密封装置；更换已损坏的密封装置。
(4)如果有一定压力并能由溢流阀调整，但泵输油率随压力升高而显著减小，且压力达不到所需要的数值，则可能是由于泵磨损后间隙增大所致。排除方法是测定泵的容积效率，即可确定泵是否能继续工作，对磨损较严重者则进行修配或加以更换。
6工作机构运行速度不够或完全不动
产生这类故障的主要原因是泵输油量不够或完全不输油，系统泄漏过多，进人马达或油缸的流量不够，溢流阀调节的压力过低，克服不了工作机构的负载阻力等。其原因及消除方法如下：
(1)泵转向不对或泵吸油量不够；吸油管阻力过大；油箱中油面过低；吸油管漏气；油箱不透气使油面受到的压力低于正常压力(大气压力)；油液勃度太大或油温太低；电动机转速过低；辅助泵供油量不够。这些都会导致油泵吸油量不够，从而输出油量也不够。
(2)泵内泄漏严重。泵零件磨损，密封间隙(尤其是端面间隙)变大或泵壳的铸造缺陷，使压力油与吸油腔相通起来。
(3)溢流阀或压力油路中的某些阀的阀芯被杂质卡住，在进、回油口处于连通位置，使压力油路的油液流到回油路去。
(4)处于压油路的管接头及各种阀的泄漏，特别是马达或油缸内的密封装置损坏，内泄漏严重。弄清原因之后，便采取相应的措施。如修理或更换磨损零件，清洗有关元件，更换损坏的密封装置等。
7结语
本文分析了传动带式石料磨光机液压系统出现一般故障的原因和提出了解决的方法。液压系统能否正常运行与液压油的清洁度有密切关系，在液压系统日常运行中，维护油液清洁、谨防油液污染尤其重要。因此，要保证系统的长期高效运行，一方面要有经过培训的维护人员进行维护，最大限度降低系统污染；另一方面还要根据系统的实际情况，制定一套严格的管理制度。总之，液压系统故障是错综复杂、千变万化的，对于出现的故障要认真分析，彻底排查；熟悉掌握了正确的方法，就能逐渐做到迅速、准确地判断、确定和排除故障。
