液压气动系统维修及故障诊断技术第1讲液压系统与故障诊断总述

第一讲液压系统与故障诊断总述765432111.1液压传动的概念传动装置及传动型式机器由原动机、工作机和传动装置组成。传动装置：设置在原动机和工作机之间的部分，用于实现动力（或能量）的传递、转换与控制，以满足工作机对力（或转矩）、工作速度或转速）及位置的要求。2按照传动件（工作介质）的不同，有机械传动电气传动流体传动（液压传动和气压传动）复合传动传动型式3以液体作为工作介质，并以压力能实现动力（或能量）的传递、转换与控制的传动型式。液压传动41.2液压传动的工作原理、组成部分及表示此处以液压传动（千斤顶）作为例子来讲解5内部构造及动作原理图实物外形图6工作特征（四个）（1）力的传递靠液体压力实现，系统工作压力p取决负载F（2）运动速度的传递靠容积变化相等原则实现，运动速度v取决于流量q（3）系统的动力传递符合能量守恒定律，压力p与流量q的乘积等于功率P。（4）液压传动省力但不省功。7液压系统的组成部分先看一个例子8挤压机液压系统原理结构示意图a)系统原理结构示意图a）换向阀芯处于右端位置b）换向阀芯处于左端位置c）换向阀芯处于中间位置1—油箱2—过滤器3—吸油单向阀4—液压泵5—压油阀6、7、8、11、14、16、17、19—管路9—挤压头；10—液压缸12—换向手柄13—换向阀15—节流阀18—溢流阀314259液压系统的组成部分（5个）及功用1、动力元件（液压泵及原动机）：机械能→液压能102、执行元件（液压缸及马达）：液压能→机械能113、控制调节元件（液压阀）：控制液流压力、方向和流量124、辅助元件（过滤器、油箱、热交换器、蓄能器、压力表、管道等）：各有用途135、工作介质（液压油液）：载能，冷却、润滑14元件、回路与系统动力元件、执行元件、控制调节元件和辅助元件这四个部分统称为液压元件。液压元件的基本参数：公称压力（MPa）通径（mm)或公称流量（L/min）液压元件都已经三化，为制造、选用和维护提供了方便。液压回路:能够实现某种特定功能的液压元件的组合。有压力控制、速度控制、方向控制和多缸动作等多种回路液压系统：将若干基本功能回路按一定方式连接或复合而成的总体即称为液压系统。15液压系统的表示-图形符号为了便于进行绘制和技术交流，一般采用标准图形符号绘制系统原理图。各国都有自己的液压图形符号标准。我国液压图形符号标准我国迄今先后四次（分别于1965年、1976年、1993年和2009年）颁布了液压图形符号标准。目前执行的标准是GB/T786.1-2009《液压气动图形符号》。16图1-2挤压机液压系统结构原理示意图图1-3用图形符号绘制的挤压机液压系统原理图用图形符号绘制的液压系统原理图之一17用图形符号绘制的液压系统原理图之二1—油箱；2—过滤器；3—单向定量液压泵；4—压力表开关；5—压力表；6—溢流阀；7—节流阀；8—三位四通电磁换向阀；9—活塞式单杆液压缸；10—二位四通电磁换向阀；11—双向定量液压马达18绘制系统原理图时的注意事项①元件图形符号的大小可根据图纸幅面大小按适当比例增大或缩小绘制，以清晰美观为原则；②元件的状态一般以静态或零位（例如电磁换向阀应为断电后的工作位置）画出；③元件的方向可视具体情况进行水平、垂直或反转180°绘制，但液压油箱必须水平绘制且开口向上。191.3、液压技术的特点及应用20优①单位功率的重量轻微型化、小型化。相同功率液压马达、电动机与内燃机外形尺寸比较点（8个）有利于机械设备及其控制系统的21②布局灵活方便(布局安装具有很大的柔性)③调速范围大(无级调速，调速范围可达2000)。④工作平稳、快速性好(利用油液的弹性）⑤易于操纵控制并实现过载保护⑥易于自动化和机电液一体化（实现自动化）⑦易于实现直线运动⑧液压系统设计、制造和使用维护方便（液压元件属于机械工业基础件，已实现了三化）22缺点（5个）不能保证定比传动（由于液体的可压缩性和泄漏等因素的影响）传动效率偏低（由于需多经两次转换）工作稳定性易受温度影响造价较高（为防止和减少泄漏液压元件制造精度要求较高）故障不易诊断（因较复杂等）23液压技术的应用由于液压独特的技术优势，使其在国民经济各行业得到了广泛应用：工业生产→施工作业→公共设施→日常生活民用→国防空中→水上→陆地要想找到不用任何液压装置的机械设备已经较为困难24采用液压技术的典型机械设备25液压传动的注塑机固定机械设备26榆次液压件厂生产的冶金机械液压系统固定机械设备27液压传动的挖掘机行走机械设备28上海音乐厅（建于1930年））平移工程：占地1245平方米、重量约5650吨，用59个液压千斤顶：提升近3.4米，平移66.4米。公共设施机械设备29厦门市人民检察院侦查技术6层综合楼平移工程：重5000吨、在液压千斤顶的牵引下“转身”45度、平移61米公共设施机械设备301.4液压技术的发展趋势历时渊源：液压技术最古老的应用可追溯公元前200多年前→17世纪初螺旋提水工具（希腊人阿基米德发明)热空气-水力驱动的寺庙大门(埃及人)水轮(中国)现代液压技术的发展：液体静压力传递原理（1654年帕斯卡提出）→迄今新世纪液压面临着：电气传动及控制技术的新竞争和绿色环保的新挑战，但是因其独特的技术优势，使其在国民经济发展中，将仍然发挥着无可替代的重大作用。31发展方向和趋势：节能化、智能化、电子化、高压化、小型化、集成化、复合化、长寿命、高可靠性、绿色化（低污染如水压传动、低噪声、低振动、无泄漏）等，以满足和适应各类相关主机产品的节能、环保、高效、自动、安全、可靠等要求。32我国液压技术的发展概况建国前，无液压技术可言从1952年试制出我国第一只液压元件-齿轮泵（上海机床厂）至今，大致经历了创业奠基、体系建立、成长发展、引进提高等几个发展阶段。33目前，我国液压行业已形成了一个门类比较齐全，有一定生产能力和技术水平的工业体系：现有数以百计的各类液压企业和公司，形成了国内自行开发、引进技术制造、合资生产、仿制消化的多元化格局。已能为国民经济多种部门提供较为齐全的液压元件产品。34p=p0+ρghp0=F/A1.5液压系统基本计算静压力的计算液体静压力分布规律压力式中35压力p的单位法定计量单位：MPa（兆帕）1MPa=106Pa以前曾长期采用过的压力单位：kgf/cm2（公斤力/厘米2）、bar(巴)、大气压，水柱高或汞柱高等，美国一直采用英制的lb/in2(磅力/英寸2)。这些压力单位的换算关系：1kgf/cm2≈1bar=105Pa=0.1MPa1标准大气压=1.01325×105MPa=10.33m水柱高=760mm汞柱高1工程大气压=1kgf/cm2=98066.5Pa1lbf/in2=6894Pa=0.068工程大气压36液压工程中的压力分级37压力的度量根据度量起点的不同，同一位置的液体压力分为绝对压力和相对压力绝对压力是以绝对真空（绝对零压）为基准度量的液体压力。相对压力是以大气压力pa为基准度量的压力（表压力）。真空度是当绝对压力小于大气压时，不足于大气压力的那部分压力值。压力的度量381.6液压系统的类型因着眼点不同，液压系统的分类方式及名称多样、各异，常见的分类方式如下图所示。39液压系统的分类40各类液压系统的特点及示例41开式系统特点（4个）：液压泵自油箱吸油，执行元件回油返回油箱。工作液在油箱中冷却及沉淀后再进入工作循环。系统需要较大容积的油箱。用换向阀换向应用：最普遍（在固定设备和行走设备中都有应用）。42应用：多用于车辆、起重运输机械、船舶绞车、造纸和纺织等机械设备中。特点:（4个）执行元件排出的油液返回到泵的进口。系统效率较高需需补油装置补油换向常采用双向变量泵闭式系统43固定设备用系统：多为开式系统(包括用于各类工业设备:机床、压力机，压铸机及注塑机甚至公共设施如医疗器械、垃圾压榨等机械设备和工作装置中的系统)。行走设备用系统：既有开式系统也有闭式系统(包括用于车辆，物料传送装卸搬运设备以及航空、航天、航海工程中的各种系统)。44液压传动系统：一般为不带反馈的开环系统（下图为原理方块图）。特点：以传递动力为主，以信息传递为次，追求传动特性的完善。系统的工作特性由各组成液压元件的特性和它们的相互作用来确定，工作质量受工作条件变化的影响较大。应用：较为普遍，大多数工业设备液压系统属于此类。45液压控制系统：多为采用伺服阀等电液控制阀组成的带反馈的闭环系统（下图为原理方块图）。特点：以传递信息为主，以传递动力为次，追求控制特性的完善。由于加入了检测反馈，故系统可用一般元件组成精确的控制系统，其控制质量受工作条件变化的影响较小。应用：精数控机床及加工中心、冶金、航空、航天等领域。46阀控制系统通过改变液压阀的节流口开度控制流量，从而控制执行元件的速度。存在节流和溢流损失，故通常效率较低。应用：各种机械设备。47泵排量控制系统通过改变变量泵的排量进行速度无级控制或通过多台定量泵组合供液来控制流量，进行有级速度控制。由于无节流和溢流损失，故效率较高。应用于压力加工机械、橡胶塑料机械等大功率液压设备48泵转速控制系统（变频调速泵控制系统）通过改变驱动泵的电动机的转速改变泵的输出流量实现系统的流量调节和执行元件的速度控制。可通过压力传感器检测到的压力调节变频器可以减小油箱容量和介质消耗，能量损失小，运行成本较低，是一种极具发展前景的控制方式但变频器价昂，制造成本较高。应用：大型橡塑机械应用较多泵转速控制系统原理简图1—定量泵；2—电动机；3—变频控制器；4—压传感器；5—换向阀49执行元件控制系统通过改变变量液压马达排量、或通过多定量液压马达组合工作、或通过改变复合液压缸作用面积来控制流量，从而控制速度。由于无节流和溢流损失，故效率较高。主要用于：行走机械、压力加工机械等液压设备。例子50变量马达控制系统1—变量液压马达；2—三位四通电磁换阀；3—溢流阀；4—定量液压泵执行元件控制系统51复合缸液/压回路1—单向阀；2—三位四通电磁换向阀；3—液控单向阀；4—二位四通电磁换向阀；5—复合液压缸回路电磁铁动作顺序表工况1YA2YA3YA快速下行+--慢速下行+-+快速上升-+-低压卸荷---执行元件控制系统52中开式系统主换向阀在中位时，换向阀使液压泵卸荷，液体低压返回油箱（故系统的主换向阀为M型、H型等中位机能）。变量马达控制系统1—变量液压马达；2—三位四通电磁换阀；3—溢流阀；4—定量液压泵多定量马达组合系统1、2—定量液压马达；3—二位四通手动阀；4—三位四通电磁换向阀；5—溢流阀；6—定量液压泵53中开式系统的特点：一般采用定量泵油源；换向阀在中位时，能量传递从基本为零的低值开始，换向后能量就上升，使压力液体进入执行元件，去克服负载；换向阀在中间位置时，内泄漏极微。通常在能满足同一功能情况下，中开式系统能耗较低。多用于：需间歇运动或支承负载而又不希望频繁启停原动机等工况类型。54中闭式系统主换向阀在中位时，换向阀所有油口均封闭（O型中位机能），如果采用定量泵供油，则液压泵的液体经溢流阀高压溢流回油箱。55中闭式系统特点（3个）：换向阀在中位时，能量传递从高值开始，即从系统的最大调压值开始，只要换向，其能量就可以为执行元件所利用；换向阀在中间位置时，有时承受系统的全部压力，故内泄漏量比中开式系统要大。通常在能满足同一功能情况下，中闭式系统能耗较高，但如果增加中位卸荷措施（例如采用电磁溢流阀）或改用压力补偿式变量泵供油，则可大大降低中闭时的能耗。中闭式液压系统在多种主机设备中均有应用。561.7液压系统故障诊断策略与技巧（六方面）57一、液压系统的故障诊断方法直观检查法（简易故障诊断法）、对比替换法、逻辑分析法、仪器专项检测法和智能诊断法等。我们主要介绍应用普遍的直观检查法并穿插介绍其他方法直观检查法的优缺点优点：简单缺点：需要一定的经验58二、液压系统故障诊断策略新的液压系统调试时及运行中的液压系统（运行