ＱＣＳ０１４装拆式液压教学实验台差动故障分析

[摘要]液压实验台出现故障直接影响教学和实验实践活动。液压系统的损坏与失效往往发生在装置的深层内部，为找出差动回路实验中液压缸不能运动的故障，采用了因果关系图将故障原因化整为零，分类深入地去追究引起故障的不同原因，并用排除法对原因进行一一排除，最终达到修复的目的。

[关键词]差动 故障 液压缸 三位四通电磁换向阀 污染

一、引言

QCS014装拆式液压教学实验台（如图1）是我校用于《液压传动》课程教学和教师用于科研的实验装备。在此装置上学生可以认识液压元件，也可以进行液压元件的自由拆装及十二种液压基本回路的连接实验。并能根据实验的要求，利用电气矩阵板进行自动控制；学生也可自己拟定实验方案，进行创新性实验，测量实际运行数据，进行理论分析或验证，达到综合运用液压传动基本原理去分析和解决工程问题的能力。但在一次学生进行增速回路即差动连接回路的实验过程中，液压缸在无任何征兆的情况下突然停止运动。重新连接回路、启动电机和液压泵，液压缸均不再响应，至此实验中断。为了尽快找出事故的原因，我们针对此次出现的问题进行了多方面的分析和研究。

2．实验原理及故障现象

QCS014装拆式液压教学实验台的油路由固定油路和可拆式油路两部分组成，其中固定式油路的连接是本实验台原本连接好的油路（如图2所示）。在此回路中，定量泵YB1—4、变量泵YBX—16和溢流阀Y1—10B、Y1—25B已经接入油路中，并在二泵的出口处均已接入压力表P1和P2。在进行实验前，应让学生先检查此油路中的油箱、油管、管接头和电线等是否已接好。

下面所做实验是要求在固定连接油路的基础上，进行可拆油路的连接。在有些机构中特别是各种机加工机床中，需要二种运动速度，快速运动时负载小，要求流量大压力低；慢速时负载大，要求流量小压力高。因此，在单泵供油系统中，如不采用差动回路，则慢速运动时，势必有大量油量从溢流阀溢回油箱，造成很大的功率损耗，并使油温升高。因此差动连接回路实验是学生学好液压传动课程，并在今后能应用于工作实际的最好的实践，是我们每次必做的一项实验。其系统原理如图3所示，要求学生记录下各段运行的时间及观察速度的快慢。

实验步骤为：①把34E—10B和23E—10B换向阀中的1ZT、2ZT、3ZT用一根插头线对应插入在实验台侧面板“输出信号”插座内。②把行程开关插头线对应插入左侧面板“输入信号”插座内（侧板2XK、3XK、1XK）。③依据工况表动作顺序，用小型插头对应插入在矩阵板上的插座内（X）处。④旋松溢流阀，启动YB1—4泵，调节溢流阀压力为2MPa；调节单向调速阀（调至较小开口）。⑤把选择开关指向“顺序位置”，先按“复位”，再按“启动”，工作台上的液压缸即可实现快进——工进——快退的自动循环运动。

在最近的一次实验中，上述步骤均已完成，但液压缸最终不再运动，未能实现设定好的动作循环。经观察，接在溢流阀处的测压点1处压力表P1的读数为2MPa，在实验中有漏油现象发生。而在34E—10B三位四通电磁阀上面接的压力表读数显示为零，且此处一直无漏油现象发生。

三、故障原因

实验台投入使用已十几年，但每年用于学生的《液压传动》课程实验的次数不是太多，并非很高的使用率，实验装置应在正常的使用期内。实验中压力表P1处有压力，说明溢流阀在起调定压力的作用，且在未接好的情况下，此处时常有漏油现象，说明有压力油通过。假设34E—10B三位四通电磁换向阀工作，则油液流过换向阀到液压缸前部，应稍有一点局部压力损失和沿程压力损失，此处的压力表应稍低于2MPa。若是液压缸由于某种原因而卡死不动，则液压油积聚缸前，此处的压力应为2MPa，测压点2处不应为零，且此处在泵运行时从未发现漏油现象，说明三位四通换向阀根本就无油液流过，那么就可判定34E—10B三位四通电磁换向阀出现故障。故障的原因可能有以下几种情况：

（1）电磁铁1ZT的线圈可能已烧坏，或电磁铁的推力不够，又或是连接电磁铁的电气线路出现故障，造成此换向阀无法换到左位工作，而是一直处于中间堵截的位置，造成油液无法通过而断流。

（2）实验台在长期的使用时，阀体和阀芯一直在相对的移动，由于受力不均或油温过高等原因很可能造成变形，从而导致间隙过小阻力过大而卡死；或因弹簧疲劳而折断造成卡死；也可能是阀芯因油液污染形成的大颗粒杂质卡死在阀体间隙中，阀芯无法移动换向，从而使液流阻断。

（3）油液可能严重污染使换向阀口堵塞而无法通流。

液压缸不运动的原因，可用故障因果分析图一目了然的表达出来，如图4所示。

四、故障排除

通过对造成故障的各个原因进行详尽的分析、研究，要排除实验台液压缸的运动故障，必须从以下方面着手解决。

（1）液压油的污染问题。液压油的使用期限，应根据油液的品种、设备的工作环境和运行工况等的不同而区别对待。液压系统中油液推荐的更换周期如下表1所示。

QCS014液压实验台配用的是牌号为L—HL32普通液压油，其换油期限应为12到18个月，或者按2000小时左右的推荐值更换新油也可。因液压油在经一段时间的使用后，由于劣化、杂质和水分的混入等，而改变了液压液原有的性质，成为缩短液压装置运行寿命或引发事故的原因。我们实验台中的液压油已使用多年未更换，且工作台面上的漏油往往是混着杂质流入油箱。入油箱时虽有滤油装置，但此处的滤网很粗，过滤效果不够理想。经过观察发现油液已不透明，颜色变为暗棕色。由于我们的实验条件有限，在出现故障后，我们对油液做了简单的测污试验——用吸墨纸（滤纸）进行斑点试验：把一滴油滴到一片吸墨纸上，干后纸上出现了明显的环形痕迹，且中间有明显的深色斑点，淡色油液向四外散开，如图5（a）所示。此现象说明油液已严重污染，它的污染物可能造成阀芯卡死或阀口的堵塞，使阀不能换向。在这种情况下，必须首先更换新油才能继续下一步的排除。图5(b)所示为油液仍可正常使用不需更换的情况。

（2）阀体、阀芯变形问题。要解决此问题必须把34E—10B三位四通电磁换向阀从实验台面上拆下，然后打开内部，检查是否存在阀体、阀芯变形和污染物卡死及弹簧折断等情况，结果没有发现异常。

（3）1ZT电磁铁损坏或推力不足。打开三位四通电磁换向阀的电磁铁线圈检查一下看是否烧坏，或电线接头接触情况，经仔细检查并未发现问题。为了防止存在隐蔽故障而未发现，在这种情况下我们更换上了一个备用的34E—10B三位四通电磁换向阀，接入线路后重新启动电机和液压泵，液压缸还是未运动起来，说明不是此换向阀的问题。（4）检查电气线路。检查小插头处的接触情况及电气矩阵板后面的电路和侧板的电路连接是否完好。经过仔细的分析和一步步的排查，最终找出是因电气线路时间长而出现老化、接触断开问题。由图6可知，由于通电时输入电源指示正常，说明控制线路工作正常。分别启动两液压泵时，泵运转正常，说明继电器1C和2C线路工作正常。液压阀不动作说明继电器3C有故障。经分别测量1、2、3、4与5之间的电压均正常，而电阻为无穷大表明1-5间有断点。经排查证明问题在继电器3C处的线路故障。经对电气线路的检修，即排除了液压缸不运动这一故障。

五、结论

液压系统的损坏与失效，往往发生在装置的深层内部，比较隐蔽，难以直接观察到故障的原因。且由于液压元件不便拆装，现场检测条件又有限，液压故障往往是一个症状对应一个系列故障原因。要对每一个故障原因进行详细的总结和分类，用因果关系图可将故障原因化整为零，深入地去追究引起故障的不同原因，并用排除法对原因进行一一排除，最终找到故障所在而使问题得以解决。

参考文献：

[1]上海工业大学．QCS014可拆式液压回路实验指导书．上海：上海工业大学出版社，1984.

[2杨国平．工程机械液压系统的故障诊断排除及实例．长沙：湖南科学技术出版社，2002.

[3]成大先．机械设计手册—液压传动（单行本）．北京：化学工业出版社，2004.

[4]黄志坚，袁周．液压设备故障诊断与监测实用技术．北京：机械工业出版社，2006.

[5]刘新德．袖珍液压气动手册．北京：机械工业出版社，2005.

（作者单位：河南中州大学工程技术学院）