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1、现代液压系统分析及故障诊断,胡 军 科 教授,中南大学 2011年1月,原动机,传动系统,执行机构,传动系统,执行机构,原动机,提供机器工作所需能源（如内燃机、电动机）,实现能量（如力、扭矩、转速和位移）的转换,机构运动输出能量（直线运动、回转运动）,机械传动,液压传动,电气传动,1.“大传动”分类,传动系统,功率密度高、传动平稳、能无级调速,稳定可靠、效率高，成本较低,控制先进、结构简单、容易布置和环保,机械传动,液压传动,电气传动,回转运动,直线运动,2.工作机构运动形式,3.机械传动应用及优缺点,机械传动,齿轮齿条机构,1,曲柄滑块,3,直线运动,丝杆,2,机械传动,链条传动,2,齿轮传
2、动,1,皮带传动,3,回转运动,1、传动可靠 2、实现回转运动结构简 单，并能传递较大的扭矩 3、故障特征明显，便于维修,优点,缺点,1、传动不平稳、振动和噪声大 2、动力分配不方便，难以实现远距离传动 3、实现无级变速的结构复杂，成本高,4.电气传动应用及优缺点,电气传动,直线电机,直线运动,电气传动,电动机,回转运动,优点,缺点,1、输出参数控制方便 2、动力分配方便，可避免多轴驱动时的功率寄生 3、环保、噪声小,1、功率密度低，惯量大，动态响应慢， 2、故障突发 3、直线运动及低速大扭矩应用受限,5.液压传动应用及优缺点,液压传动,液压缸,直线运动,液压传动,液压马达,回转运动,1、功率
3、密度高 2、直线输出能量大 3、能输出高低速回转运动 4、可实现精密控制 5、多轴驱动时没有功率寄生 6、能工作在恶劣的环境,优点,1、成本较高 2、效率较机械传动低,缺点,19,工程机械,混凝土输送泵车,盾构,液 压 自 动 生 产 线,制造机械,军工产品,飞 机,娱乐设施,液 压 升 降 舞 台,游乐设施,液 压 动 感 平 台,实验设备,CHC 多 功 能 MGB 实 验 台,阿 帕 奇 主 减 实 验 台,三、总结与展望,液压传动前景广阔！,现代液压系统的发展趋势,时间,1795,发展历史及过程,在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。,190
4、5,将工作介质水改为油（液压油缸）,水压机又进一步得到改善。,1914-1918,液压传动广泛应用，1925 年Vickers发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。,1952年后,1952年Rexroth开始生产液压产品，1953年Bosch开始生产液压产品，2001年Bosch和Rexroth合并。,2,1,3,37,38,液压泵分类,外啮合齿轮泵,动画,内啮合齿轮泵,动画,单作用叶片泵,双作用叶片泵,动画,斜轴式,斜盘式,动画,安装马达时给壳体油腔注满清洁液压油； 避免在系统有负载的情况 下突然启动或停止； 必要时（高压、高转速）对马达壳体油腔冲洗冷却；
5、 壳体泄油应直接回油箱。,马达旋转无力； 泄漏； 爬行； 马达轴损坏； 运转时有噪音。,动画,单向阀结构原理图,动画,动画,直动式溢流阀结构图,溢流阀原理图,动画,先导式溢流阀结构图,直动式顺序阀结构图,动画,先 导 顺 序 阀 结 构 图,动画,直动式减压阀结构图,先 导 式 减 压 阀 结 构 图,方向控制阀的运行性能特性,行程-时间曲线（开启时间）,三位四通方向控制阀的P-Q特性曲线,三位四通换向阀开关容量界限特性曲线,三位四通换向阀P-Q开启性能界限特性曲线,直动式换向滑阀,动画,弹簧对中型,压力对中型,82,流量控制原理,流经薄壁小孔的流量 q = cdA(2p/)1/2 流经细长孔
6、的流量 q =(d 4/128l )p 综合两式得通用节流方程 q = KLAp m 节流元件的节流口结构有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。工业上又将节流口的过流面积A 的倒数称为液阻，将过流面积可调的节流口称为可变液阻。由节流方程知，当压力差一定时，改变开口面积即改变液阻就可改变流量。,83,节流阀,结构原理 主要零件有阀芯、阀体和螺母。阀体上开有进油口和出油口。阀芯一端开有三角尖槽，另一端加工有螺纹，旋转阀芯即可轴向移动改变阀口过流面积。为平衡液压径向力，三角槽须对称布置。,84,调速阀,结构原理 调速阀是由定差减压阀与节流阀串连而成。 压力油p1先经定差减压阀，然后经节流阀流出。节流阀进
7、、出口压力油p2、p3经阀体流道被引至定差减压阀阀芯的两端，(p2-p3)与定差减压阀的弹簧力进行比较，因定差减压阀阀口的压力补偿作用，使得(p2-p3)基本不变。 调速阀可以是定差减压阀在前，节流阀在后，也可以是节流阀在前，定差减压阀在后。,4.2、调速阀故障分析与处理,故障分析与处理,调节失灵； 流量不稳定。,4.3、分流-集流阀应用及其故障分析与处理,应用,用于液压系统中2-4个执行器的速度同步； 控制两个执行器按一定的速度比例运动。,故障分析与处理,同步失灵； 同步精度太低； 执行器运动终点动作异常。,87,分流集流阀结构及原理,分流阀结构原理：它由两个固定节流孔1、2、阀体、阀芯和两
8、个对中弹簧等组成。阀芯两端台肩与阀体沉割槽组成两个可变节流口3、4。固定节流孔起检测流量的作用，可变节流口起压力补偿作用，其过流面积通过压力p1和p2 的反馈作用进行控制。无论负载压力p3、p4如何变化，都能保证q1q2 。,5.1二通盖板式插装阀应用及常见故障,应用场合,工作压力超过21MPa，流量超过150L/min。 系统要求集成度高，外形尺寸小。 系统要求快速响应。 系统要求内泄小或基本无泄漏。 系统要求稳定性好、噪声小。,5.插装阀,动画,89,组件由阀芯、阀套、弹簧和 密封圈组成。根据用途不同 分为方向阀组件、压力阀组 件和流量阀组件。同一通径 的三种组件安装尺寸相同， 但阀芯的结
9、构形式和阀套座 直径不同。三种组件均有两 个主油口A 和B、一个控制 口x 。,插装阀基本组件,典型组合及应用回路,插装方向阀及其应用回路,插装压力阀及其应用回路,插装流量阀及其应用回路,插装阀复合控制回路,5.2二通盖板式插装阀常见故障及处理,1,换向不可靠或调压失灵；,2,插装式压力阀压力不稳定、振摆大；,过渡过程达不到要求。,3,5.3 螺纹式插装阀,5.3.1螺纹式插装阀应用,螺纹式插装阀几乎可实现所有方向、压力、流量阀的功能，主要用于高压中、小流量（最大可达230L/min左右）的场合。,伺服阀原理,液压伺服阀故障的诊断,1）伺服阀不动作 内部零部件损坏；滑阀卡死；喷嘴堵塞；内部滤网
10、堵塞；伺服放大器故障；2）经常出现零漂油液污染；电气部分产生的零漂；机械零漂；3）伺服阀输出流量少供油压力低；放大器的增益小；污物堵塞、卡死4）动态特性、稳定性差、稳态误差大5）无信号输入，但执行机构向一边运动主阀芯卡死在一定的开口位置；零位偏移；6）零位泄漏增大、压力增益下降阀配合间隙增大；控制边棱角损伤；,伺服阀,95,电液比例阀是一种性能介于普通控制阀和电液伺服阀之间的新阀种。它既可以根据输入电信号的大小连续成比例地对油液的压力、流量、方向实现远距离控制、计算机控制，又在制造成本、抗污染等方面优于电液伺服阀。 电液比例阀根据用途分为：电液比例压力阀，电液比例流量阀，电液比例方向阀。,96
11、,图示为电液比例压力先导阀，它与普通溢流阀、减压阀、顺序阀的主阀组合可构成电液比例溢流阀、电液比例减压阀和电液比例顺序阀。改变输入电磁铁电流的大小，即可改变电磁吸力，从而改变先导阀前腔压力，对主阀的进口或出口压力实现控制。,与普通压力先导阀不同： 1、与作用在阀芯上的液压力进行比较的是电磁吸力，不是弹簧力。 2、此处弹簧为传力弹簧，无压缩量。,97,电液比例流量阀,图示为位移弹簧力反馈型电液比例二通节流阀。主阀芯5为插装阀结构。当比例电磁铁输入一定电流时，产生的电磁吸力推动先导阀芯2下移，先导阀阀口开启，主阀进口压力油经R1和R2、先导阀阀口流至主阀出口。因阻尼R1作用，使主阀芯上下腔产生压力
12、差，致使主阀芯克服弹簧力上移，主阀口开启。主阀芯向上位移使反馈弹簧3受压缩，但反馈弹簧力与先导阀芯上端电磁吸力相等时，先导阀芯和主阀芯受力平衡，主阀阀口大小与输入电流大小成比例。改变输入电流大小，即可改变阀口大小，在系统中起节流调速作用。,特点 输入电流为零时，阀口是关闭的；主阀的位移量不受比例电磁铁行程的限制，阀口开度可以设计得较大，即阀的通流能力较大。,98,电液比例换向阀,电液比例换向阀由前置级（电液比例双向减压阀）和放大级（液动比例双向节流阀）两部分组成。 前置级由比例电磁铁控制双向减压阀阀芯位移。当比例电磁铁输入电流时，减压阀芯移动，减压开口一定，经阀口减压后得到稳定的控制压力。,9
13、9,放大级由阀体、主阀芯、左右端盖、阻尼螺钉和弹簧等零件组成。控制压力油经阻尼孔作用在主阀芯的端面时，液压力将克服弹簧力使阀芯移动，开启阀口，沟通油道。主阀开口大小取决于输入电流的大小。 改变比例电磁铁的输入电流，不仅可以改变阀的工作液流方向，而且可以控制阀口大小实现流量调节，即具有换向、节流复合功能。,100,（五）液压辅件故障分析,1.蓄能器故障分析,2.过滤器故障分析,滤芯脱胶,2,滤芯变形,1,滤油器堵塞,3,测压不准确,1,测不到压力,2,故障现象,故障现象,3.压力表开关故障分析,1.不要迷恋标准,10通径溢流阀,10通径换向阀,流量只与通径有关吗？,油液的等效体积弹性模量Kd,通
14、过检测负载压力、流量和功率变化信号，向液压系统进行反馈，实现泵输出的流量、压力与负载匹配，以达到节能的目的。,负载敏感系统原理,定量泵负载敏感系统,变量泵负载敏感系统,负载敏感系统能量损失,抗流量饱和LUDV系统,系 统 原 理 图,LUDV系统原理,量变引起质变,某三位四通换向阀样本资料,低压,高压,压力与寿命成反比,某公司马达压力与轴承寿命的关系,固定设备,移动设备,建议工作压力,（一）现代液压系统回路的主要技术特征,（二）液压传动系统原理实例分析,4,3,2,1,液压基本回路,闭式液压传动系统的原理,泵控变量方式的种类及控制原理,负载敏感和LUDV同步控制系统,(一）现代液压系统回路的主
15、要技术特征,1、液压基本回路,调压回路,减压回路,平衡回路,保压泄压回路,缓冲制动回路,压力 控制 回路,卸荷回路,压力控制回路,调压回路,单级调压,二级调压,三级调压,动画,平衡回路,溢流平衡阀回路,双向平衡阀的平衡回路,动画,减压回路,一级减压回路,二级减压回路,动画,FD平衡阀平衡回路,FD平衡阀原理图,平衡回路,卸荷回路,阀中位卸荷,溢流阀+顺序阀卸荷,溢流阀远控卸荷,动画,保压泄压回路,蓄能器保压回路,蓄能器保压回路,动画,缓冲补油回路,换向回路,电磁换向阀换向回路,电液换向阀换向回路,比例换向阀换向回路,动画,换向回路,锁紧回路,单向锁紧回路,制动器锁紧回路,液压锁回路,动画,速度控制回路,速度控制回路,节流调速回路,进口节流调速,出口节流调速,旁路节流调速,动画,动画,动画,容积调速回路,变量泵-定量马达,定量泵-变量马达,容积调速回路,变量泵-变量马达,1,顺序动作回路,2,同步动作回路,多执行器动作回路,多执行器动作回路,顺序阀控制顺序动作回路,顺序动作回路： a、压力控制顺序动作回路 b、行程控制顺序动作回路 c、时间控制顺序动作回路,动画,采用同步液压马达的同步动作回路,3,2,4,1,多执行器动作回路,同步动作回路,机械联接同步回路,采用同步液压缸的同步动作回路,采用流量控制阀控制的同步动作回路,动画,液压系统回路实例分析,油压机,液压冲床,
