液壓系統的工作原理及液壓系統常見故障和解決方法

液壓系統用于所有類型行業的各種(zhǒng)應用。它們有時(shí)被稱液壓傳動裝置。任何時(shí)候需要以可變速度驅動一個或多個液壓馬達并具有雙向(xiàng)能(néng)力時(shí)，通常會(huì)使用液壓系統。常見應用包括輸送機、原木起(qǐ)重機、移動設備、離心機、化學(xué)清洗機和刨床。液壓系統是一些了解最少的系統，因爲許多組件位于液壓泵組件之上或之内。

液壓系統的工作原理：

典型的液壓系統示意圖如圖 1 所示。雙向(xiàng)可變排量泵控制液壓馬達的方向(xiàng)和速度。這(zhè)種(zhǒng)類型的驅動器通常稱爲閉環系統。請注意泵的兩(liǎng)個端口如何以液壓方式連接到電機上的兩(liǎng)個端口，從而形成(chéng)閉環。

典型液壓系統 圖1

主泵

柱塞泵始終用于液壓系統。泵容積的範圍可以從零到最大量。在圖 2 中，泵斜盤處于垂直位置，這(zhè)意味著(zhe)泵輸出爲每分鍾零。斜盤由兩(liǎng)個内部缸移動，這(zhè)兩(liǎng)個缸由單獨的閥門或手動杆控制。爲了向(xiàng)前驅動液壓馬達(圖 3)，底部油缸伸出以使斜盤傾斜并將(jiāng)流體從“A”端口輸送。油流随後(hòu)被引導至用于旋轉軸的馬達。随著(zhe)軸的旋轉，從電機流出的油將(jiāng)返回到泵上的“B”端口。這(zhè)個端口將(jiāng)作爲這(zhè)個方向(xiàng)的吸入口。

工作中的柱塞泵 圖2

正向(xiàng)驅動液壓馬達 圖3

要反向(xiàng)驅動電機，頂部油缸將(jiāng)伸出，使斜盤向(xiàng)相反方向(xiàng)傾斜(圖 4)。然後(hòu)，“B”端口將(jiāng)用作壓力端口，“A”端口將(jiāng)成(chéng)爲吸入端口。斜盤在每個方向(xiàng)上的角度量將(jiāng)決定泵的流量。

反向(xiàng)驅動液壓馬達 圖3

電荷泵

在主泵的後(hòu)端安裝了一個電荷泵。這(zhè)有時(shí)被稱爲補充泵。在某些情況下，電荷泵位于主泵組件内。補油泵體積通常是主泵體積的 10-15%。當主泵處于閑置模式時(shí)，補油泵體積會(huì)用流體預填充“A”和“B”端口。

壓力將(jiāng)繼續在兩(liǎng)個端口中建立，直到達到安全閥設置。補油泵洩壓通常設置在 200-300 磅/平方英寸 (PSI) 之間。一旦達到閥門的彈簧設置，補油泵流體將(jiāng)流過(guò)補油泵減壓閥并進(jìn)入泵殼。然後(hòu)機油通過(guò)殼體排放管返回油箱。

電荷泵的目的是在運行期間爲系統提供補充液。泵和馬達中的活塞和筒體之間存在嚴格的公差。這(zhè)意味著(zhe)泵和馬達内的一些油將(jiāng)繞過(guò)活塞并通過(guò)殼體洩油管流回油箱。

由于這(zhè)種(zhǒng)旁路，流出電機的油量少于主泵實際需要的量。補油泵通過(guò)單向(xiàng)閥補給油，防止泵氣蝕。補油泵還(hái)用于向(xiàng)彈簧加載的缸供油，以驅動主泵。

補油泵溢流閥

補油泵溢流閥爲多餘的泵容積提供一條流路，以在怠速模式下返回油箱。溢流閥通常安裝在補油泵上或附近。該安全閥的出口流量通常連接到泵殼，然後(hòu)通過(guò)主泵的殼排放管返回油箱。

在圖 2 所示的系統中，安全閥設置決定了系統處于空閑模式時(shí)的壓力。該壓力通常爲 200-300 PSI。在使用熱油梭閥的系統上，梭式安全閥在驅動電機時(shí)确定回路低壓側的壓力。

止回閥

止回閥允許從補油泵自由流動到回路的低壓側。同時(shí)，高壓側的油被對(duì)面(miàn)的止回閥阻斷到低壓側。通常通過(guò)卸下補油泵來訪問止回閥。

安全閥

安全閥限制系統中的最大壓力。如果電機出現機械失速，高壓側的安全閥將(jiāng)打開(kāi)并將(jiāng)流體倒回回路的低壓側，以防止電機過(guò)壓。這(zhè)些閥門還(hái)可以吸收系統中的沖擊峰值。爲了最好(hǎo)地吸收壓力峰值，閥門通常安裝在盡可能(néng)靠近電機的位置。根據系統的不同，閥門可能(néng)位于泵上，安裝在單獨的塊中或安裝在液壓馬達上。

這(zhè)些閥門通常預設爲高于最大工作壓力 200 至 400 PSI。一些驅動器可能(néng)具有最大壓力超壓，其運行類似于泵補償器。當達到壓力超控設置時(shí)，泵體積減少到幾乎爲零 GPM 的輸出。泵隻會(huì)輸送足夠的油來維持壓力超控設置。在這(zhè)些系統上，壓力超控設置低于交叉溢流閥設置。

液壓馬達

液壓馬達的速度和方向(xiàng)由可變排量液壓泵決定。馬達的最大壓力由安全閥設置控制。應檢查并記錄電機殼體排放流量，以便將(jiāng)來進(jìn)行故障排除。在帶有梭閥的系統上，梭式安全閥的油箱端口有時(shí)會(huì)連接到液壓馬達殼體洩油管路中。使用這(zhè)些系統，檢查案件流程不會(huì)提供繞過(guò)的準确指示。發(fā)生這(zhè)種(zhǒng)情況是因爲系統中的過(guò)量流量會(huì)與液壓馬達中的旁路相結合。

液壓系統常見故障和解決方法：

定期維護檢查

爲了有效地排除液壓系統的故障，應在系統正常運行時(shí)進(jìn)行一些初步檢查，以便建立參考。

記錄補油泵溢流閥設置。當主泵閑置時(shí)，補油泵溢流閥設置將(jiāng)顯示在系統中的所有儀表上。使用兩(liǎng)位梭閥時(shí)除外。

記錄梭式安全閥設置。驅動液壓馬達時(shí)，檢查回路低壓側的壓力。

記錄最大操作壓力。檢查驅動器何時(shí)在機器上負載最重。檢查正向(xiàng)和反向(xiàng)。

檢查放大器的命令電壓和伺服閥的電流。電機的每分鍾轉數應記錄爲伺服閥的特定直流信号。液壓系統中的速度問題通常與輸入的直流信号或伺服閥有關。有些泵有排量指示器。還(hái)應記錄放大器的特定命令電壓的指示器位置。

如果馬達是活塞式，檢查殼體洩油流量。随著(zhe)電機磨損，更多的油會(huì)繞過(guò)。驅動電機時(shí)一定要檢查，因爲當壓力處于最大水平時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)度旁路。如果穿梭式安全油箱管路通過(guò)發(fā)動機箱向(xiàng)後(hòu)移動，這(zhè)將(jiāng)不是有效的檢查。

檢查過(guò)濾器指示器。過(guò)濾器通常具有顔色編碼或其他視覺指示器來顯示元素條件。如果元件部分堵塞在非旁路型過(guò)濾器上，則驅動器將(jiāng)減速。應定期檢查和更換過(guò)濾器。

泵控制

改變泵容積的最常見方法是通過(guò)機械連接或伺服閥。機械控制是通過(guò)電纜或其他機械聯動裝置完成(chéng)的。在某些情況下，機械連接會(huì)移動泵上的閥門，該閥門將(jiāng)油輸送到泵内的彈簧加載缸。在其他情況下，機械控制直接連接到旋轉斜盤。

操作員將(jiāng)移動操縱杆來驅動泵。泵每分鍾輸送的流量與操縱杆或踏闆的移動量成(chéng)正比。泵的流動方向(xiàng)以及液壓馬達的旋轉取決于踏闆或操縱杆的移動方向(xiàng)。如果在操縱杆或踏闆居中時(shí)泵正在輸送流體，則可能(néng)需要調整機械聯動裝置。

工業應用中的大多數靜液壓驅動器使用伺服或比例閥來控制主泵。專用閥通常安裝在泵殼上。閥門由進(jìn)入閥門放大器的輸入信号控制(通常是正負直流電壓)。

輸入信号可以來自電位器、操縱杆或可編程邏輯控制器 (PLC)。正電壓通常會(huì)將(jiāng)閥門移至“A”(直箭頭)位置，而負電壓會(huì)將(jiāng)其移至“B”(交叉箭頭)位置。

在圖 1 中，伺服閥移動到“A”位置，將(jiāng)油從補油泵輸送到彈簧加載的缸，以驅動泵旋轉斜盤。一旦斜盤與伺服閥閥芯的移動量成(chéng)比例地移動，機械反饋將(jiāng)阻止油流出伺服閥。然後(hòu)泵斜盤將(jiāng)停止移動并保持選定的體積。

爲了反轉流出泵的流向(xiàng)，向(xiàng)放大器施加負直流 (DC) 電壓。然後(hòu)閥門將(jiāng)按比例移動到“B”位置，并從相反的端口輸送流體以使電機反轉。

當閥門沒(méi)有電信号時(shí)，泵體積輸出應爲零 GPM。如果液壓馬達漂移，則需要調整氣缸上的定心彈簧或需要調零閥門。

流向(xiàng)閥門的油液由非旁路 3 至 10 微米濾芯過(guò)濾。大多數伺服閥還(hái)包含一個具有 100 至 200 微米等級的小型先導過(guò)濾器。如果任一過(guò)濾器堵塞，泵將(jiāng)非常緩慢地沖程或根本不沖程。

梭閥和梭閥洩壓

液壓系統的缺點之一是大部分油留在回路中，不會(huì)返回油箱進(jìn)行冷卻。將(jiāng)部分油返回油箱的一種(zhǒng)方法是使用梭閥。該閥的目的是引導一部分流出電機的流量在返回油箱之前通過(guò)冷卻器。

當電機正向(xiàng)驅動時(shí)，梭閥移動，因此回路吸入側的油流向(xiàng)梭閥洩壓口。補油泵將(jiāng)向(xiàng)泵吸入側輸送比彌補主泵和電機内部旁路所需的更多的油。

這(zhè)會(huì)導緻壓力增加到梭閥洩壓設置 (150-220 PSI)。然後(hòu)，梭式安全閥將(jiāng)打開(kāi)，并將(jiāng)少量從電機流出的油通過(guò)冷卻器輸送回油箱。梭式安全閥彈簧的設置決定了回路低壓側的壓力。盡管并非所有系統都(dōu)使用梭閥，但強烈建議使用梭閥來減少系統中的熱量。

將(jiāng)梭式安全閥的壓力設置在補油泵安全閥以下很重要。如果設置得更高，多餘的補油泵流體將(jiāng)始終通過(guò)補油泵安全閥排出，繞過(guò)冷卻器。這(zhè)會(huì)導緻系統過(guò)熱。梭閥和溢流閥一般用螺栓固定在液壓馬達上。它們也可以與交叉洩壓閥一起(qǐ)安裝在一個單獨的塊中。

過(guò)濾器

除了通過(guò)梭式安全閥的油流外，液壓系統中的流體不斷循環。最好(hǎo)的過(guò)濾器布置是在環路每一側的兩(liǎng)個方向(xiàng)上過(guò)濾流體。如果沒(méi)有在兩(liǎng)個方向(xiàng)進(jìn)行過(guò)濾，當泵發(fā)生故障時(shí)，泵中的污染物會(huì)直接進(jìn)入電機，反之亦然。

圖 1 中所示的過(guò)濾器將(jiāng)過(guò)濾流入電機的油。如果元件被污染，油將(jiāng)流過(guò)彈簧加載的旁路止回閥。從馬達流出的油將(jiāng)流過(guò)非彈簧式止回閥。過(guò)濾器應具有視覺或電子指示器，以顯示濾芯何時(shí)被污染。

液壓系統故障排除

如果很難或不可能(néng)找到中間位置，請檢查控制閥和聯動裝置。如果可能(néng)的話，關閉閥門。

如果系統過(guò)熱，請檢查油箱中的油位，檢查交換器，檢查在線壓力過(guò)濾器，檢查交叉端口安全閥，并檢查泵和電機殼體排放口是否過(guò)度旁路。

如果驅動器僅在一個方向(xiàng)上運行，請檢查溢流閥、電壓、控制閥和聯動裝置以及止回閥。另外，檢查梭閥。

如果反應遲鈍，檢查補油泵壓力、補油泵吸濾器、補油泵溢流閥、梭式溢流閥、控制閥、交叉溢流閥、補油泵吸濾器和補油泵。

如果驅動器無法在任一方向(xiàng)運行，請檢查油箱中的油、控制閥和聯動裝置、電源電壓、橫向(xiàng)安全閥、補油泵壓力、補油泵安全閥、梭洩壓閥、壓力超控以及泵和電機外殼洩油管路是否過(guò)度旁路。

過(guò)濾器清潔

該過(guò)濾器清潔從油箱到增壓泵吸入口的油。它通常是非旁路的并且具有 10 微米的額定值。應定期更換和清潔過(guò)濾器。如果它被污染，充電泵和主泵可能(néng)會(huì)産生氣穴。

希望通過(guò)了解靜液壓驅動器的不同組件，您現在可以更好(hǎo)地了解這(zhè)些重要系統以及它們的功能(néng)。

本文标題：液壓系統的工作原理及液壓系統常見故障和解決方法

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