第21章 其他典型液压系统故障分析与排除实例
平板轮辋刨渣机液压系统故障诊断与排除方法
21.1.1 概述
平板轮辋刨渣机是用于加工焊接轮辋的专用设备，加工轮辋直径范围12～16in，加工宽度12in，板料厚度（最大）8mm，生产效率10～15s/只。整机采用PLC电控系统，执行机构的运动全部采用液压缸来驱动。液压系统主参数：系统额定工作压力20MPa、额定流量60L/min。平板轮辋的生产工艺是：平钢板下料→卷筒→焊接→刨渣。刨渣过程中由于需要焊缝仍然处于高温状态才能大大减小切削力，所以其加工速度要求较高。下面介绍平板轮辋刨渣机在调试过程中出现的故障原因和排除方法。
21.1.2 液压系统工作原理
平板轮辋刨渣机液压系统原理如图21—1所示。
1.液位计；2.吸油过滤器；3.空气滤清器；4.液压泵；
5.电动机；6.溢流阀；7.卸荷换向阀；8.压力表开关；9、12.压力表；
10.冷却器；11.减压阀；13.电磁换向阀；14.单向节流阀；15.夹紧缸；16.刨渣工作缸
图21—1 平板轮辋刨渣机液压系统原理图
由图21—1可见，平板轮辋刨渣机液压系统中共有两种执行元件，夹紧缸15和刨渣缸16.为了便于分析，首先介绍液压系统的工作原理。
液压泵启动后，由于电磁阀的电磁铁均处于断电状态，因此，三位电磁换向阀在两端弹簧的作用下处于中位，二位电磁阀处于左位，此时，油泵输出的液压油经二位电磁阀回油箱，此时液压泵卸荷，执行元件15、16停留在原始位置。当二位电磁阀1YA通电时，随即可进行压力调节，通过调整溢流阀手柄上的内六角方向（顺时针压力升高，反之降低），系统压力随着溢流阀6的调整压力而变化。当需要油缸活塞杆伸出时，4YA、6YA通电，三位阀处于右位，油缸无杆腔进油，有杆腔回油，活塞杆伸出；当需要油缸活塞杆缩回时，3YA、5YA通电，三位阀处左位，油缸有杆腔进油，无杆腔回油，活塞杆缩回，完成工作全过程。其中系统压力（刨渣缸）由溢流阀调定，夹紧缸的工作压力由减压阀调定。
从工作原理及技术参数来分析，平板轮辋刨渣机液压系统原理图的设计是合理的，能够满足工作要求，不存在设计缺陷。
21.1.3 平板轮辋刨渣机调试过程中的故障诊断与排除排除方法 ⑴故障现象
①系统压力升不上去，最大仅2MPa。 ②夹紧缸速度不稳定。 ⑵故障原因分析
产生故障现象①可能的原因： ①液压泵4本身故障。 ②溢流阀6故障。
③电磁阀7没动作或阀芯被卡住。
④集成块本身故障（集成块内的P口和T口有似通非通的现象）。 ⑤管路泄漏（吸油管路密封不好，压油管路连接处漏洞）。
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产生故障现象②可能的原因：
由于故障现象②是在排除完故障①的基础上发现的，所以已经排除了液压泵流量不均的因素，可能的原因有：
①节流阀的性能差。
②减压阀阻尼孔被堵或主阀芯弹簧稳定性差。 ③减压阀与节流阀叠加时位置的相互影响。 ⑶故障排除过程与方法
由于刨渣机液压系统采用的是立式连接方式，液压阀全部采用叠加连接方式，所以故障排除过程首先从油箱外部进行。故障现象①的排除过程与方法如下。
第一步：首先检查电磁阀的电路输出，经过万用表的检测，电磁阀插头的输入电压为231V，满足使用要求，所以，电磁阀控制电路的原因得以排除。通过进一步的观察，电磁阀通电后，阀芯动作良好，未出现阀芯被卡现象，电磁阀故障原因得以排除。
第二步：检查溢流阀故障。由于系统采用了先导式溢流阀，所以首先检查阻尼孔堵塞情况以及主阀芯阻尼孔阻塞情况，经检查阻尼孔的主阀芯均处于正常工作状态，溢流阀故障原因被排除。
第三步：检查集成块。对集成块图纸进行进一步审核，发现图纸没有问题，进一步检查集成块加工情况，同样未发现任何问题，集成块的原因得以排除。
第四步：打开油箱侧面的入孔，检查管路泄漏情况，经检查吸油管路密封良好，压油管路处密封良好，管路泄漏原因得以排除。
第五步：检查液压泵。由于现场仅有一台液压泵，所以无法直接采用更换液压泵的方法来判断。最后我们根据现场的情况，找来了另一台液压站，借用其油泵电动机组，将其输出直接接到集成块的P口，对刨渣机液压系统进行了调试，都达到了预期的压力指标，翻过来验证了原液压泵的故障所在。最后我们与液压泵制造厂联系，更换了液压泵，连接好管路后，一切正常，压力可以调节到20MPa。
针对故障现象②，我们对减压阀与节流阀叠加时位置的相互影响进行了分析，如图21—2所示。图21—2(a)是原液压系统装配时的位置，这种配置，当A口进油、B口回油时，由于节流阀的节流作用产生背压，使得液压缸B腔单向节流阀之间的油路压力升高，升高的压力有些作用在减压阀上，使减压阀减压口变小，出口流量减小，造成供给液压缸的流量不足；当液压缸的运动趋于停止时，液压缸B腔压力又会下降，控制压力随之降低，减压阀开口加大，其出口流量增加，这样反复变化，造成了液压缸运动的不平稳，并有一定的振动。将叠加式减压阀置于单向节流阀与换向阀之间，如图21—2(b)所示，节流阀产生的背压不再影响减压阀，所以夹紧缸速度稳定性得到了明显改善。
图21—2 叠加式减压阀与节流阀位置的比较
最后对整液压系统液压缸的速度、输出力均作了测试，完全符合要求。
值得注意的是：上述故障现象都是发生在新设备的调试阶段，属于早期故障，其原因大多集中在液压元件本身、集成块、液压管路连接以及叠加阀的排列顺序等问题上，随着时间的推移，液压油的污染问题、液压元件的磨损问题、用户的使用问题等因素也需要考虑。液压系统的故障其实并不神秘，只要掌握了液压元件与系统的工作原理，具体问题、具体分析，并注意积累现场调试和故障处理的经验，现场故障就会迎刃而解。
双立柱带锯机液压系统的故障分析与排除
21.2.1 双立柱带锯机概述 近几年，随着钢结构行业的逐渐兴起，与之相关的一系列的钢结构机械加工设备不断地
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被研究开发现来，双立柱带锯机便是一种对各种型钢进行切断的型钢二次加工设备。它是在模拟手工锯工作原理基础上研制开发出来的，其最大特点是锯条采用环形带式结构，它突破了手工锯在往返式锯切过程中只有半个行程锯切工件的局限性，可以实现连续实现锯切，极大地节省了工作时间，提高了工作效率，结构简单，加工精度高，稳定可靠，有更佳的经济性、可靠性和先进性，目前已得到广泛应用。
21.2.2 结构及作业流程
双立柱带锯机的结构如图21—3所示，它主要由底座1、工作台2、锯架7和两个立柱4、10等部分组成。带状锯条5安装在锯架的主、从动轮11和6之间，由电动机经减速机后驱动主动轮旋转，带动锯条运转。锯架可沿垂直于工作台的两个立柱上下移动。工作时，工件15固定在工作台2上，锯条随锯架一起沿两个立柱下降，锯切工件。在一次工序中需进行以下操作：
1.底座；2.工作台；3.电气柜；4、10.立柱；5.锯条；6.从动论；7.锯架；8.锯导向装置； 9.竖直压料装置；11.主动轮；12.锯架升降油缸；13.液压站；14.定位夹钳；15.工件；16.压紧夹钳
图21—3 双立柱带锯机的结构示意图
①工件定位夹紧——锯架升起、料道辊前进料、压紧马达夹紧、竖直压料下压。
②锯切工作——锯架快降、锯架慢降锯切工件、锯架升起。在此工作过程中实现了锯条“快进→工进→快退”的动作循环。
③返回卸料——竖直压料升起、压紧马达松开、料道辊后退卸料。 这些动作是由液压系统与PLC组成的电气系统联合实现的。 21.2.3 液压控制系统及工作原理
要实现“快进→工进→快退”的工作循环，在液压系统的设计中应采用调速回路。因为该机床的锯架升降油缸要承受一部分锯架的重力，所以要使得锯架上升需要较高的液压泵工作压力，此处选用了压力补偿变量柱塞泵。由于系统工作压力较高，所以在工作压力较低的回路中采用了减压回路。其液压系统原理如图21—4所示。
在一次机械加工工序过程中，其工作原理如下。
1.滤油器；2.压力补偿变量柱塞泵；3、5、11、14、15、18.电磁换向阀； 4.单向阀；6.液控单向阀；7.锯架移动缸；8、9.接近开关；10.调速阀；12.阻尼孔；
13.料道辊移动缸；16.压紧驱动柱塞马达；17.竖直压料缸；19.减压阀
图21—4 液压系统原理图
1.工件定位夹紧
在工件装夹前，锯架应处于升起位置。按下“锯架上升”按钮，电磁铁1YA得电，电磁换向阀3右位工作，压力补偿变量柱塞泵2输出的液压油经电磁换向阀3、单向阀4、液控单向阀6进入锯架移动缸7的无杆腔，有杆腔的油液直接回到油箱，此时油缸活塞向上运动，带动锯架上升。当锯架上升到一定位置时接近开关8接通，使电磁铁1YA断电，同时5YA得电，电磁换向阀3左位工作，同时由于液控单向阀6的作用，锯架停止上升。5YA使得电磁换向阀14左位工作，液压油进入料道辊移动缸13的无杆腔，使料道辊升起，开始进料，当工件运动到指定位置后，电磁铁5YA断电，同时6YA得电，电磁换向阀14右位工作，缸13在弹簧作用下复位，料道辊落下。6YA得电，电磁换向阀15左位工作，高压油进入压紧驱动柱塞马达16，马达正转驱动丝杠，带动压紧夹钳前进，使工件在水平方向上定位夹紧。夹紧后，6YA断电，9YA得电，电磁换向阀18右位导通，液压油经减压阀19、电磁换向阀18进入竖直压料缸17上腔，活塞向下运动，竖直压料向下运动压紧工件，实现了工件的完全定位夹紧。
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2.锯切工件
工件完成定位夹紧后，PLC发出指令使电磁铁2YA、3YA得电，电磁阀5左位工作使液控单向阀6反向导通，同时电磁换向阀11左位工作，油缸7的活塞在锯架的重力作用下向下运动，油缸7下端的高压油经液控单向阀6、电磁换向阀11、直径为3mm的阻尼孔12、进入缸7的上腔，多余的流量流回油箱，使油缸7的活塞快速下降，带动锯条快进。锯架下降到靠近工件的某位置时，PLC发指令使电磁铁3YA断电4YA得电，电磁换向阀11右位工作，油缸7下腔的高压油经液控单向阀6、电磁换向阀11、调速阀10进入缸7的上腔，多余流量流回油箱，活塞缓慢下降，锯条工进，锯切工件。通过调节调速阀10，可以调整锯架下降的速度，即工进的速度。锯架下降到一定位置后锯切工件完毕，接近开关9接通，电磁铁2YA、4YA断电，1YA得电，电磁换向阀3右位工作，锯架升起。
3.返回卸料
在上一过程中，锯架上升接通接近开关8，使电磁铁1YA断电，8YA得电，电磁阀18左位工作，压力补偿变量柱塞泵2排出的高压油经减压阀19、电磁换向阀18后进入竖直压料缸17的下腔，竖直压料随活塞升起回到原位。同时8YA断电7YA得电，电磁换向阀15右位工作，压紧驱动柱塞马达16反转，驱动丝杠带动压紧夹钳后退松开工件，夹钳回到原位后，7YA断电5YA得电，电磁阀14左位工作，液压油进入缸13的无杆腔，料道辊升起，卸料，卸料完毕后，电磁铁5YA断电，缸13在弹簧作用下复位，料道辊落回原位。这样整个工作过程结束。
21.2.4 常见故障与排除方法 1.料道辊移动缸不动，有时不到位 可能的原因：
电磁阀14未动作、或阀芯被卡住。 解决方法：
①检查电磁阀的供电情况、插头连接情况是否正常，并逐一排除。
②检查电磁阀芯是否被卡住，可以用手动操作顶阀芯来检查，采用处理（更换）阀芯或更换液压电磁阀的方法来解决。
可能的原因：
料道辊移动缸无排气孔或排气孔堵塞，弹簧刚度和液压缸密封阻力太大。 解决方法：
①检查料道辊移动缸有无排气孔以及排气孔堵塞情况，并排除。 ②检查液压缸密封阻力以及活塞上沟槽尺寸是否偏大，并对应排除。
③检查弹簧刚度是否偏大，液压缸连接件是否有卡住或阻滞现象，并对应排除。 2.液压马达转向不转向或转向不对 可能的原因：
①液压泵本身的原因
a液压泵转向不对，检查转向，注意交换电动机三相电源中的任意两条相线。 b液压泵内泄漏量太大，通过检查其容积效率排除。 ②液压油的原因
a液压油黏度太大，造成液压泵无法吸油。 b液压油污染，造成柱塞无法移动。 ③电磁阀的原因
a检查电磁阀的供电情况、插头连接情况是否正常，并逐一排除。
b检查电磁阀芯是否被卡住，可以用手动操作顶阀芯来检查，采用处理（更换）阀芯或更换液压电磁阀来解决。
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c如马达转向相反，可以更换马达进出油管或对换电磁阀的两个插头。 21.2.5 双立柱带锯机液压系统的特点
双立柱带锯机液压系统在工作过程中实现了锯条“快进→工进→快退”的工作循环，满足了设计要求，其特点如下。
①在调速回路程中，利用机床部件的自重推动油缸活塞下降，油缸上下两腔互通，下腔的油经液控单向阀、电磁阀、调速阀进入上腔，无需压力补偿变量柱塞泵供油，提高了系统效率，节约了能源，而且系统速度调节范围大，运动平稳。
②回路中采用液控单向阀可以防止液压缸下腔的高压油回流，使液压缸保持在停留位置不落下，起到了支撑的作用。
③采用液压系统与PLC系统相结合，PLC发出指令控制液压系统动作，实现了工作过程的自动控制。同时，也可以手动控制，操作灵活、方便。
④采用压力补偿变量柱塞泵，能源利用合理，完全满足不同负载情况对压力的需求。 ⑤采用电磁换向阀，换向性能好，控制方便，便于实现自动控制。
丁基胶涂布机液压系统的故障分析与排除
21.3.1 概述
近年来，中空玻璃门窗由于具有良好的隔热性、隔音性、搞凝霜性以及密封性能，再加上其使用寿命长等诸多优点而得到了广泛的应用。丁基胶是槽铝式中空玻璃门窗的首道密封，在常温下为固体，加热至110～140℃时变成半流动状态，在12～15MPa的压力下即可将胶挤出实现涂胶。涂丁基胶是槽铝式中空玻璃门窗生产工艺中必不可少的环节。丁基胶涂布机就是为这一工艺环节而设计制造的专用设备，它将丁基胶加热、加压、挤出，均匀涂在铝隔条两侧中部。工艺要求：丁基胶一定要涂均匀，不能出现断流，以保证中空玻璃门窗的功能。
21.3.2 丁基胶涂布机液压系统的组成和原理
丁基胶涂布机液压系统是参照意大利引进样机进行测绘制造的，其组成如图21—5所示。图21—5(a)和图21—5(b)所示系统在实际中都有应用，二者原理相似，现以图21—5(b)为例，作如下说明。其工作原理为：当1YA通电，换向阀左位接入回路，液压缸5由右向左运动挤出丁基胶进行涂胶。当液压缸无杆腔压力上升至电接点压力表8的上限值时，压力表触点发出信号，使电磁铁1YA断电，换向阀处于中位，同时液压泵关闭，液压缸由液压单向阀4及蓄能器7保压。当液压缸无杆腔压力下降到电接点压力表调定的下限值时，压力表又发出信号，1YA通电，液压泵再次向系统供油，使无杆腔压力上升，从而使液压缸的压力保持在要求的工作范围内。当液压缸活塞到达终点前的预定位置时，电磁铁2YA通电，换向阀右位接入回路，液压缸由左向右运动，活塞杆退回。需要指出的是：液压缸5和丁基胶缸6安装在同一水平线上，并分别固定在支架上，两者之间的间隔是用来充填固体丁基胶的。
1.液压泵；2.溢流阀；3.三位四通电磁换向阀；
4.液控单向阀；5.液压缸；6.丁基胶缸；7.蓄能器；8.电接点压力表
图21—5 丁基胶涂布机液压系统示意图
21.3.3 丁基胶涂布机液压系统存在的问题及改进方法
在运行过程中，发现丁基胶涂胶不均匀，挤出的胶流越来越细直至断流，生产出的中空玻璃门窗性能达不到要求。而对图21—5(a)所示系统进行保压性能实验，在液压泵未开启而手动控制1YA通电时，还出现了泵的反转现象。对系统进行分析，发现图21—5所示的两个回路都存在着一定的缺陷：在保压阶段，蓄能器中的液压油进入液压缸无杆腔，但由于换向阀采用M型中位机能，液压缸有杆腔中的油无法回油箱，即回油封闭，造成液压缸活塞不
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液压维修第21章--其他典型液压系统故障分析与排除实例
