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液壓系統油箱輔助增壓結構分析及故障排查
發布時間：2017-11-22
1 液壓千斤頂工作系統
千斤頂工作的液壓系統元件主要有:操作臺(主要包括 1 個手動換向閥、1 個溢流閥及操作手柄和壓力表等)、軸向柱塞泵和其驅動電機，輔助增壓結構、油箱、千斤頂(見圖 1)。工作原理為:液壓油由油箱輔助增壓結構流出，以一定壓力輸入到柱塞泵的吸油口，經柱塞泵二次增壓到千斤頂的工作壓力，由手動換向閥控制千斤頂活塞的動作，完成頂進工作。
本系統主要液壓元件的參數為:①YDT 千斤頂額定壓力 45MPa;頂壓力 31 380kN;回程油壓力≤20MPa。②34S 型三位中通手動換向閥 流量 200L /min;壓力 31. 5MPa。③3D-Y72 /42 柱塞泵 排出壓力(排出壓差)40MPa;排量 120L/min;流量( 額定) 2.7m3/ h;容積系數 90% ;泵效率 90% 。④溢流閥 設計壓力為 40 MPa。⑤柱塞泵驅動電機 功率 110kW;電流 20A。
2 油箱輔助增壓結構
2. 1 工作原理
主油箱輔助增壓結構油路圖如圖 2 所示。工作原理為:由電動機通過聯軸器帶動齒輪泵轉動，從油箱中吸入經過吸油過濾器的液壓油，經過齒輪泵的作用，輸出一定油壓的油液到柱塞泵，提升柱塞泵入口油壓，從而減少柱塞泵氣穴現象，相應減少液壓系統的壓力波動，使液壓元件工作平衡。
2. 2 主要液壓元件
1) 齒輪泵
液壓齒輪泵是液壓傳動系統中不可缺少的動力元件，齒輪泵具有結構簡單、體積小、重量輕、工作可靠、成本低以及壓力高、耐污染能力強、價格低廉、便于維護與修理等特點，廣泛用于工程機械、建筑機械等各種液壓系統中。此結構中的齒輪泵的吸油高度一般小于0. 5m，為主要油路中的柱塞泵提供一定壓力的液壓油。
油箱增壓結構中的齒輪泵排出壓力需要根據主油路柱塞泵的工作壓力選定。一般柱塞泵吸油口的壓力不應低于 0. 085MPa，而為了避免液壓泵的空穴現象，一般情況下吸油口壓力 P1與出口壓力 P2滿足 P2∶ P1< 35，主液壓系統柱塞泵出口壓力為 40MPa，因此齒輪泵排出壓力要求范圍為 0. 085 ～1. 143MPa。輔助增壓結構 中 選 用 KCB-200 型 齒 輪 泵，其 排 出 壓 力 為0. 36MPa，流量為 12m3/ h，所需驅動電動機要求轉數為1 440r / min，在一定程度上提高了柱塞泵的吸油口壓力，改善了工作狀態。圖 3 為定向柱塞泵工作原理;圖4 為變量軸向柱寒泵工作原理圖。
軸向柱塞泵的工件原理為:當回轉缸體在傳動軸的帶動下按圖示方向旋轉時，由于斜盤和壓板的作用，迫使柱塞在回轉缸體的各柱塞孔中作往復運動。在配油盤的左視圖所示的右半周，柱塞隨回轉缸體由下向上轉動的同時，向左移動，柱塞與柱塞孔底部密封油腔的容積由小變大，其內壓力降低，產生真空，通過配油盤上的吸油窗口從油箱中吸油;在左半周，柱塞隨回轉缸體由上向下轉動的同時，向右移動，柱塞與柱塞孔底部密封油腔的容積由大變小，其內壓力升高，通過配油盤上的壓油窗口將油壓入液壓系統中，實現壓油。若改變斜盤傾角 γ 的大小，就能改變柱塞的行程長度，也就改變了泵的排量;若改變斜盤傾角γ的方向，就能改變泵的吸、壓油的方向。因此，軸向柱塞泵一般制作成為雙向變量泵。
2)電動機
齒輪泵的工作要求決定，驅動電動機的轉速應按齒輪泵規定的額定轉速選取，不得高于規定值。泵轉速太高，會影響泵的吸入，產生“吸空現象”，降低泵的流量和容積效率，加速零件磨損;而低于規定轉速，泵雖然可能正常工作，但由于內漏關系，將顯著降低容積效率，使泵的潛力不能充分發揮。輔助增壓結構中選用 Y-112M-6 型三相異步電動機，功率為 2. 2kW，轉速為 940r/min，額定電壓為 380V，額定電流為 5. 6A，經考察現場使用情況，此電動機能支持齒輪泵的正常工作。
電動機與齒輪泵通過撓性聯軸節連接，齒輪泵與電動機連接的精確度是最重要的，齒輪泵傳動軸與電動機驅動軸不同軸度偏差應小于 0. 1mm，不允許用皮帶直接帶動泵轉動，以防泵軸受徑向力過大，影響泵的正常運轉。由于運輸或吊裝過程中，底架可能產生變形，應經常檢查聯軸器的同軸度。設備運轉一段時間(約 3 個月左右)，應對聯軸器的同軸度進行校正。校準后，可在泵和電動機的底腳板側面處焊上定位塊，既可以避免部件之間的相對位移，也可以使日后大修復位安裝方便。
3) 吸油過濾器
在液壓系統中保持油液的清潔是十分重要的。油液中雜質的多少及其顆粒大小直接影響液壓元件的使用壽命和液壓系統的工作性能。據有關資料統計，液壓系統工作時發生故障 75% 以上是由于油液中的雜質造成的。為保證液壓系統的正常工作，一般采用過濾裝置，即過濾器。
吸油過濾器安裝在油泵吸油口處，采用網狀粗濾器，吸油筒體浸入油箱內液面以下，過濾器濾頭露在油箱外，用以保護油泵及其它液壓元件，避免吸入污染雜質，有效地控制液壓系統污染，提高液壓系統的清潔度，同時又可避免因過濾器壓差過高形成油泵吸空。并設有自封閥、旁通閥、濾芯污染堵塞發訊器等裝置，使更換濾芯和清洗濾芯時油箱內油液不會流出。吸油過濾器如圖 5 所示。
本增壓輔助結構選用 TF250 × 400 型箱外自封式吸油過濾器，是一種紙芯濾油器，過濾精度可達 0. 03～ 0. 005mm。其結構如圖 6 所示。
吸油過濾器的工作原理為:液壓油通過自封單向閥進入過濾器濾芯內，經過濾芯的濾網輸入到齒輪泵吸油口。
3 實例分析
1) 工作人員按照設備正常保養程序更換吸油過濾器濾芯后，齒輪泵沒有油液輸出。排查過程:首先檢查油箱內液壓油高度，保證最低液面高于濾油器 200mm，同時最高液面不能超過油箱高度 80%;其次啟動電動機空載時沒有聽到高而刺耳的嘯叫聲(通常是吸進空氣)，排除了濾油器堵塞、齒輪泵吸油管松動或油箱油面太低的可能;最后拆卸下剛換的濾芯，發現濾芯長度不符合 TF250 ×400 的要求，短了近 10cm，導致吸油濾清器內單向閥不能打開，切斷了油箱與油泵的油路，使齒輪泵不能輸出油液。更換標準的濾芯后，齒輪泵正常工作。
2)柱塞泵、操作臺及油箱整套設備轉移到另一工地后，電機不能連續運轉，總是停頓，而且有異響。排查過程:柱塞泵啟動后，換向閥調到中位，空載時，油箱增壓結構的電動機和齒輪泵正常轉動，但當有負載時，電動機開始有異響，而且不能連續轉動。關閉電源，仔細檢查電動機與齒輪泵固定的支座及兩者之間的聯軸器，發現由于長途運輸及吊裝、安裝時的振動，使電動機的支座發生嚴重傾斜，導致電動機輸出軸與齒輪泵聯接軸的同軸度遠遠大于 0. 01mm，泵與電機的聯軸節不在一條中心線上，聯接嚴重錯位，聯軸器內的膠塊間隙變大，電動機的扭矩輸出效率明顯降低，并產生異響。經調整電動機支座位置，更換聯軸器磨損嚴重的膠塊，校正聯軸器相接的兩根軸的同軸度達到標準要求，電動機運轉正常，也不再有異響。
3) 按正常程序保養過濾器后，當柱塞泵負載壓力達到 10MPa 時，油箱輔助增壓結構中的電動機停轉，用手觸摸，電動機機殼發熱。自從出現這種不正常的現象后，工作人員曾經把油箱輔助增壓結構中的齒輪泵、電動機分別與另一臺能正常工作的油泵的油箱輔助增壓結構中的齒輪泵、電動機對調測試，排除了齒輪泵的泄漏和電機本身的問題。還更換了新的液壓油，排除油液的污染;更換了標準的吸油過濾器濾芯，排除過濾器的堵塞;測試期間曾經因控制不當，使電動機過熱而燒毀 1 臺。
最后拆下吸油濾清器仔細研究，發現過濾器上蓋旁通閥彈簧曾經更換，所用彈簧的鋼絲直徑和彈簧的直徑比 TF250 所用標準彈簧都小，彈簧很軟，剛性很小，導致機器啟動后，油液通過旁通閥直接回油箱，濾清器起不到一點過濾及供油的作用，相當于濾清器完全堵塞，吸油阻力增大，齒輪泵吸空，電動機負載增大，長時間超負荷運轉使電動機過熱。更換標準旁通閥彈簧后，油箱輔助增加結構中的電動機和齒輪泵運轉正常。
4 故障診斷法
1) 有高而刺耳的嘯叫聲( 通常是油泵吸進空氣)，可判斷為濾油器堵塞，液壓泵吸油管松動或油箱油面太低等。
2)①看油液質量，即通過油尺和檢視窗看油液是否清潔或變質，油量是否夠用，油的表面有無泡沫等，可評定油液可否再用;②油液泄漏情況，即看液壓系統各連接或密封部位是否滲漏或有油垢;③作業穩定性，即看齒輪泵和電動機運行是否平穩。
3)確定齒輪泵和電動機溫度是否過高，正常溫度一般低于 80℃ (較燙手但可忍受 10s 左右，溫度為60℃;如手指只能瞬時接觸且痛感加劇，溫度在 80℃以上)。
4)①保證液壓油更換的日期、品牌及標號，濾網的清潔情況等;②確定故障出現前，齒輪泵、電動機及吸油濾清器有哪些元件調整過，調整前后的現象有何變化;③清楚設備在以往使用過程中常出現哪些類型故障及排除經過，分析本次故障是否與其有關。
5)①檢查機器的技術檔案，如使用說明書、維修指導書、零部件標準以及相關的資料，掌握其主要技術性能指標、使用注意事項、保養范圍及時限等有關知識、機器交接記錄、使用及換件保養記錄等;②查看履歷書，了解機器交接及維修記錄、日常使用和元件故障損壞情況，以及元件故障是屬于使用問題還是制造問題。
摘自：中國計量測控網
