液压气动设备故障排除与维护Word文档下载推荐.docx
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辅助元件是用于辅助保证气动系统正常工作，主要有净化压缩空气的净化器。
过滤器、干燥器、分水滤清器等，有供给系统润滑的油雾器，有消除噪声的消音器，有提供系统冷却的冷却器，还有连接元件的管件和所必需的仪器，仪表等。
第一章气动故障分析与排除概论
1．1气动故障一般原因
导致气动元件功能失灵的大致有以下几点原因：
（1）气源处理不符合要求
大部分气动元件解体后，工作腔内往往会流出一滩锈水，这就说明气源干燥得不够，气源内的水分集积于元件工作腔内，导致元件工作表面锈蚀，从而使元件失灵。
（2）关键的工作表面加工精度不符合要求
对气缸来讲，缸简的加工精度要求是较高的，表面粗糙度、圆柱度、尺寸公差都有相应的要求。
而有些气缸，缸筒内壁粗糙度远远不能满足要求，从而使活塞上的孔用密封圈与缸简间的摩擦系数加大，导致气缸起动压力升高，出现爬行现象；
活塞上的密封圈磨损加快，从而导致气缸内泄现象，不能满足工作要求。
（3）设计气动元件时未充分考虑到相应的使用条件
如某热轧厂进口导板处，升降挡板气缸的使用条件极为苛刻。
冷却钢板用的冷却水会直接喷射到气缸缸体上，而且气缸周围的环境温度又高。
这样的潮湿高温条件容易导致气缸的活塞杆生锈。
活塞杆生锈，会使活塞杆与组合密封圈间的摩擦加剧，有时甚至会把组合密封圈从密封沟槽中拉出，使气缸无法正常动作，在这样的工况条件下，如果活塞杆选用不锈钢而不是普通的45#钢，情况就会有所改善。
当然，导致气动元件无法正常的原因还有许多，如：
气缸活塞杆断裂、电磁阀线圈烧坏，减压阀膜片破裂、弹簧断裂等。
气动元件由于文中所列3个原因而失灵的，据不完全统计，约占60％以上。
因此如果在设计、加工、使用中能较好地解决好上述问题，气动元件的使用寿命将会得到明显提高。
1．2换向阀故障分析与排除
气动换向阀是气压传动系统中的重要元件，其质量的好坏关系到整个系统能否正常工作。
下面就气动换向阀失效的原因进行分析。
（1）换向不灵活
1）装配上有偏心因为气动换向阀结合面的平面度误差，造成装配人员在安装紧固螺钉时用力过大，使阀体变形，从而引起阀芯偏心；
2）加工精度不够气动换向阀阀芯、阀孔的制造精度较高，一般阀芯、阀孔的圆柱度允差为0．3um，表面粗糙度：
阀芯为Ra0．2um，阀孔为Ra0．4um，两者配合间隙为0．6~0．12um。
若加工精度不够，造成摩擦力增大，使阀芯运动不灵活，甚至卡死阀芯；
3）污染物楔入或粘合在阀芯和阀孔之间的间隙中污染物主要有固体颗粒、胶状油泥、锈迹等，这些污染物加剧了阀芯和阀孔间的磨损，同时也使阀芯运动的阻力增大，轻则使换向不灵活，重则使阀芯卡死。
（2）泄漏
1）内泄漏大因为气动换向阀换向频繁，阀芯和阀孔之间的磨损使两者的配合间隙增大，引起内泄漏加大，这样使系统的能量损耗增大。
若密封圈受到“油泥”腐蚀而损坏，也会引起内泄漏加大；
2）外泄漏严重主要是由组合密封圈老化或密封圈受力变形而引起的。
（3）操纵力不足
若换向阀两端的控制小孔堵塞，一方面使得控制气压不足，造成换向乏力，甚至不能换向；
另一方面复位弹簧在长期频繁使用下，会出现疲劳变形，引起阀芯复位滞后，甚至不能复位；
对于行程阀来说，要防止因挡铁和行程阀芯接触不良而引起的行程阀不能换向；
对于先导式电磁换向阀来说，要防止因隔磁管与静铁芯焊口断裂而引起的先导阀阀芯拒动。
（4）电磁线圈烧坏
这种现象的出现是因为线圈的励磁电流过大引起温度增高所致。
电磁线圈受潮、阀芯运动阻力过大，有灰尘等污染物进入线圈中，都能引起电磁线圈烧坏。
尤其是先导阀线圈烧坏的可能性更大。
总之，应提高换向阀的制造和装配精度，通过合理选用元件，加强气源的净化和换向阀的润滑来延长换向阀的使用寿命，进而保证系统正常工作。
1．3气缸故障分析与排除
气缸是气压传动系统的主要元件，它把压缩空气的压力能转化为机械能。
气缸工作的平稳性直接影响到驱动机构能否正常工作。
气缸的爬行现象对驱动机构工作的平稳性影响较大，下面对气缸产生爬行的原因作一分析。
（1）气源处理不符合要求
由于气源干燥得不够或气缸在高温潮湿的条件下工作，气源内的水分集积于气缸工作腔内，导致活塞或活塞杆工作表面锈蚀，加大了缸筒和活塞密封圈、活塞杆和组合密封困之间的摩擦力。
由这种原因引起的爬行现象，在维修中会发现工作腔内有锈水。
另外气源中的杂质也会引起气缸出现爬行现象。
防范的办法是加强气源的过滤和干燥，定期排放分水滤气器和油水分离器的污水。
定期检查分水滤气器是否正常工作。
（2）装配不符合要求
气缸的装配若不符合要求，也会引起气缸出现爬行现象。
主要原因有：
一是气缸端盖密封圈压得太死或活塞密封圈的预紧力过大；
二是活塞或活塞杆在装配中出现偏心。
防范的办法是适当地减小密封圈的预紧力或重新安装活塞和活塞杆，使活塞或活塞杆不受偏心载荷。
（3）关键的工作表面加工精度不符合要求
对气缸来说，缸筒内径的加工精度要求是比较高的，表面粗糙度根据活塞所使用的密封圈的形式而异。
用0形橡胶密封圈时为3级精度，粗糙度及a为0．4；
用Y形橡胶密封圈时为4—5级精度，粗糙度及a为0．4。
圆柱度、圆度误差不能超过尺寸公差的一半，端面与内径的垂直度误差不大于尺寸公差的2／3。
有些气缸，缸筒内壁的粗糙度远远不能满足要求，从而使活塞上的孔用密封圈与缸筒之间的摩擦系数加大，导致气缸起动压力升高，出现爬行现象。
活塞上的密封圈损加剧，从而导致气缸内泄现象，不能满足工作要求。
防范的办法是提高缸筒和活塞杆工作表面的加工精度。
（4）润滑不良和设计时未充分考虑相应的使用条件
气缸的相对滑动面润滑的好坏，直接影响气缸的正常工作。
在装配时，所有气动元件的相对运动工作表面都应涂以润滑脂。
在气动系统运行过程中，油雾器应保持正常工作状态。
若油雾器出现故障，会使相对运动工作表面之间的摩擦加剧，引起气缸的输出力不足，动作不平稳并出现爬行现象。
同时在设计时也应充分考虑气缸的工作环境，防止冷却水喷射到气缸上引起锈蚀。
1.4气动系统故障诊断方法
1.4.1 故障发生的时期和发生原因
气动元件及系统的故障按照发生的时期,可分为初期故障、偶发故障和寿命故障。
由于故障发生时期不同,故障的状况和原因也不同。
3种故障分布见图1-1。
图1-1 故障率分布曲线
1.4.1.1 初期故障
这类故障是从运行开始2～3个月内发生的故障,产生这种故障的原因有:
配管时疏忽 由于配管没清理干净,造成配管内的灰尘、密封材料等混入气动元件内。
元件安装不良 如配管松动,元件的安装位置、安装方向不符合设计要求,紧固螺钉松动等。
设计不良 诸如对元件规格、性能、特点了解不够,选用不当,装置与回路设计错误。
管理不好 如未能及时排放冷凝水,未能按时给油雾器补充油液,忘记松开锁紧按钮。
1.4.1.2 偶发故障
系统过了初期阶段而进入了稳定运行阶段时发生的故障称为偶发故障,预测偶然发生的故障是比较困难的。
例如,油杯及贮水杯均为塑料制品,当它们接触有机溶剂后强度会降低,使用时可能突然破裂。
又如管道内的杂质进入元件内部使之卡死。
偶发故障是突发的,通常无法预测,只能采取安全保护装置,或准备必要的备件,及时进行更换。
1.4.1.3 寿命故障
这类故障是元件或系统达到使用期限后发生的故障。
根据制造日期、运行开始日期和使用的频繁程度进行大致的寿命故障预测是可以做到的。
由于这种故障一般事先都会有某种征兆,如声音反常、不是平滑移动等,这种故障处理比较容易。
1.4.2 气动故障的避免
1.4.2.1 防止产生油泥
压缩机油变成微滴混入压缩空气中,再被送入管路里,这时的油滴几乎都成0.01～0.8μm大小的微滴。
此外,由于压缩机油排出阀腔后一般有120℃～220℃的高温,因此,送到气动管路中的油滴呈氧化状态混在压缩空气中。
我们把这种氧化后的压缩机油叫做油泥,由于在氧化过程中变色,其黏性增加,从液态逐渐固态化了。
根据其外观特征可以对油泥进行分类：
1水溶性油泥,可以溶解于水中;
2焦炭状油泥,这是很硬的油泥,产生于高温部位,因此又称之为高温油泥;
3粉状油泥,这是坚硬的粉末状油泥,基本上呈石墨状;
4胶状油泥,这是一种液状的高黏度油泥,由于成因不同而有不同的种类。
在油泥中,胶状油泥最成问题。
在高温时,胶状油泥黏度降低,它呈微滴状混入压缩空气中,其中几微米以下的会通过普通的过滤器（5～40μm）而附着在阀、气缸和管接头上。
油泥对气动元件的影响主要表现在:
1在冷却器上积炭,不易清除;
2使诸如O形圈等密封件膨胀和收缩;
3引起锈蚀,因为油泥的水溶液（冷凝水）是酸性的,酸性的溶液容易腐蚀元件;
4引起电磁阀的误动作,金属密封时出现黏合现象,软密封时,油泥使橡胶老化而产生误动作;
5堵住小孔空气通路。
为了让气动元件正常动作,消除油泥的不良影响,可以采取如下措施:
1将压缩机油换成专用油,以防止油泥产生。
压缩机专用油必须是不易氧化的润滑油,即使是在严酷的条件下（诸如暴露在高温高压下）也不易氧化;
2借助油雾分离器,将所产生的油泥在侵入气动元件之前分离出来。
由于油泥呈非常小的微粒到处飞溅,用通常气源净化装置中所使用的过滤器是不可能滤掉的。
所以要采用能滤除这种混于气体中的油泥的专用过滤器来防止油泥侵入回路。
如图2所示,在气源净化装置的过滤器与调压阀之间设置一个油雾分离器,这种回路可以有效地防止油泥侵入气动元件。
图1-2 设置油雾分离器
采用以上综合措施可以有效地去除压缩空气中的油泥。
除此之外,定期对管路内部和电磁阀的阀芯、阀套进行清洗,可以减小残留的油泥的影响,使气动系统正常工作。
1．4．2.2 注意润滑问题
气动元件大都有相对滑动面。
对于这些相对滑动面润滑的好坏,直接关系到换向阀、执行器是否正常动作、是否漏气等。
润滑的目的是在相对滑动表面形成油膜,防止表面之间直接接触,减小滑动阻力,减少磨损,提高效率,延长元件的使用寿命。
气动系统的润滑方式一般采用油雾器使润滑油呈油雾状混入压缩气体中,到达各个元件使之润滑。
由于是用油雾器使油呈雾状进行润滑的,因此所使用的油的黏度要合适,否则形成不了油雾。
从黏度和性能稳定性来看,采用透平油ISOVG32是最合适的。
虽然使用黏度相同的液压油也可以,但有些液压油（如磷酸酯系、氯化、碳化、氢系）会出现侵蚀O形圈的情况,因此不能使用。
采用油雾器将油雾送到各气动元件,有可能出现油雾达不到执行器的情况。
这时应考虑适当缩短中间配管的长度。
1.4.2.3 防止冻结
由于压缩空气中不可避免地含有水蒸汽成份,因此在绝热膨胀或周围温度变化时都会产生水分凝结于各个元件中的现象。
借助后冷却器可以在一定程度上除去压缩空气中的水蒸汽。
在环境温度低于5℃和瞬间耗气量过多的场合,压缩空气中的微量水蒸汽会产生冻结现象,损坏元件。
这时必须采取相应的防冻办法。
常用的防冻办法有:
（1）设置空气干燥器以除掉压缩空气中的水分;
（2）供给乙二醇作为润滑油;
（3）提高周围温度,例如对元件供热或整个工作车间装暖气。
除掉压缩空气中的水分,还必须设置过滤器、后冷却器,通过日常检查维修对冷凝水进行及时处理,作业结束之后应将气动系统中的残余空气排放干净等。
1.4.3 气动故障及其对策
几乎所有的故障现象都是以执行器动作不良的形式表现出来的。
尽早发现故障的先兆,迅速而准确地采取相应的措施是维护管理的基本出发点,以下列出若干故障现象及其对策。
1.4.3.1 从压缩空气中排出许多冷凝水
（1）忘记排放储气罐、过滤器等的冷凝水。
对策:
打开冷凝水开关排水。
（2）后冷却器能力不足。
加大冷却水量或提高后冷却器的能力。
（3）采气口设置不当,流入雨水。
（4）压缩机油不合适。
如果使用低黏度的油,冷凝水量将增多。
（5）梅雨期间引起潮湿。
季节不同冷凝水量也不一样,进入梅雨期要特别注意排放冷凝水。
1.4.3.2 防止压缩空气混入灰尘
对于由周围环境造成的尘埃,可以在阀的进气口装过滤器,给其他元件装上防尘保护罩。
配管时应注意其内部不要混入铁屑或灰尘,还要注意防止连接处的密封材料混入,配管完毕,应使用压缩空气充分吹洗元件与管道的内部。
气路管道尽可能选用不生锈、耐腐蚀的材料。
1.4.3.3 油泥（压缩油的氧化物）的分析
如果压缩机油劣化,会给回路造成影响,要选择不易劣化的性能稳定的润滑油。
润滑油的供油量要控制在最低需要量的水平上。
太多易积炭于阀上,太少则会加快磨损甚至烧伤气缸活塞。
要使用有一定裕量的压缩机,压缩机不能长时间连续运行。
当压缩机排出阀损坏时,应及时更换,否则压缩空气的温度将上升,容易使机油氧化产生油泥。
1.4.3.4 压缩空气的压力问题的分析与处理
可以通过声音来发现漏气,如果是少量漏气,可用涂肥皂水的办法发现然后修理。
如果是压缩机故障,要更换其零件诸如活塞环等。
1.4.3.5 气缸不动作的诊断
有时气缸安装不同轴或加了横向负载,都会发现气缸不动作。
另外没有气压或气压不足、阀不起作用、润滑不足、负载过大等,气缸也会不动作。
一般气缸活塞杆采用导轨比较理想。
如果橡皮管、钢管、铜管等被扭曲、压扁,则气压会降低甚至切断。
1.4.3.6 气缸活塞不能平滑运动的诊断与处理
润滑油不足、气压不足、混入灰尘、气管不合适等都会产生此故障。
当速度低于30mm/s时,气缸往往出现爬行现象,这时应在气缸上使用气液变换器。
当速度控制阀装在入口节流回路上时,也会发生此故障,应将速度控制阀改装为出口节流回路。
在气缸的速度控制方面,应使空气自由进入,而对排出空气进行控制,这是气缸控制的一个要点。
1.4.3.7 电磁阀振动的诊断与处理
产生此故障可能是由于电压过低、电磁铁的吸合面有异物、短路环线圈或整流子不良等。
可以通过恢复至正常电压、清除异物、刮平吸合面的凹凸、分解修理或更换零件等措施纠正。
1.4.4 气动故障诊断的两种方法
1.4.4.1 经验法
这是利用简单的仪表和实际经验对故障进行分析,诊断出产生故障的部位和真实原因的方法。
比如用肉眼看执行器的运动速度是否异常,各测压点的压力是否正常等;
用耳听噪声是否过大,换向时气缸及换向阀的声音有无异常等;
用手摸零部件温升是否过高,气缸和管道有无振动等;
用鼻闻线圈及密封圈有无过热产生的特殊气味等。
经验法简便易行,但因人的感觉、经验和判断能力有较大差异,诊断故障的结果会有一定的误差。
1.4.4.2 故障树分析法
故障树分析法是一种将系统故障形成的原因,由总体至局部按树枝状进行逐级细化的分析方法。
它通常是以故障或故障的本质原因作为树根,以按结构原理推断出的分支原因作为树干,将故障的常见原因作为树枝,构成一棵向下倒长的树状因果关系图。
故障树分析法的主要用途是:
对系统和设备的故障进行预测和诊断,找出系统中的薄弱环节,以便在设计中采取相应的改进措施,实现系统设计最优化;
在系统发生故障后,用以分析故障的原因。
这种分析方法的特点是除了能分析组成系统各个单元故障对系统可靠性的影响外,还可以考虑维修、环境和人为因素的影响,不仅可以分析由1个部件故障所诱发的系统故障,而且还可以分析2个以上部件同时失效所导致的系统故障。
例如,一电磁阀控制气缸的气动系统,当电磁阀输入电信号后,气缸不动作。
这种故障的本质原因是气缸推力不足或没有推力,不能推动负载。
其分支原因有:
1电磁换向阀的故障,输入电信号以后没有动作;
2气缸的故障,如由于零件的损伤,配合间隙的变化,导致摩擦力增大或者锈死;
3管路的故障,如漏气严重,使空气压力下降;
4电气控制线路的故障,如继电器故障,电压过低等。
分支原因本身发生又有不同的原因,换向阀的故障常见原因有:
电磁铁故障或阀芯故障。
气缸故障的常见原因有:
除了活塞与缸壁、活塞杆与导向套的磨损或卡死以外,还有由于气缸装配不良而引起的“蹩劲”;
甚至气缸结构设计的原因,如活塞端面与缸体端面紧贴在一起,造成气缸起动时工作面积太小。
其故障树如图1-3所示。
图1-3 阀控缸系统故障树
1.5气动故障诊断种的推理与搜索方法
1.5.1故障真实原因的推理
故障真实原因的推理,通常按最佳搜索的3个原则进行：
1由简到繁,由易到难,由表及里地逐一进行全面彻底地检查分析;
2故障发生前曾经动过哪些元件,就先查找那些元件;
3优先查找出现概率最高的原因。
1.5.2搜索方法
经常采用的搜索方法有：
1比较法:
即用标准的或合格的元件代替系统中相同的元件,通过元件工作状况的对比来判断被更换元件是否正常。
若故障的因果关系是确定的,则用标准元件替换功能失效的元件以后,故障征象必然消失。
2.部分停止法:
即暂时停止某部分工作来观察故障征象的变化,例如停止某气缸的工作以后,系统故障的现象消失,可以判定产生故障的真实原因就是这个气缸。
如果去掉这个气缸的负载,气缸动作后故障现象消失,则气缸本身是正常的,故障的真实原因可能是负载过大。
3试探反证法:
即试探性地改变系统中部分工作条件,例如改变运动零件的摩擦状况、改变进气压力的高低等,逐一观察故障现象的变化,以此证明所怀疑的原因是否是系统故障的真实原因。
4.仪器分析法:
利用监测仪器来检查系统或部件技术状态。
监测系统运行状态的仪器有压力计、流量计、温度计、速度仪、加速度仪、噪声仪和振动仪等。
5综合分析法全面系统地考虑各种因素作出综合性的结论。
在此据一系统分析气动故障的实例。
设备局部气动原理如图1-4所示。
气源提供的压力在换向阀a位时，气源经P、A口进入气缸左腔，推动活塞向右运动。
B位时，气源经P、B口进入气缸右腔，推动活塞向右运动。
故障表现为工作时排气口R、漏气不止。
系统建立不起压力。
此故障现象虽通过换向阀显示出来，但并不是换向阀故障。
通过观察发现，R、S漏气是交替发生的。
经分析认为故障可能发生在汽缸两腔之间的密封上。
图1-4某设备气动系统图
经拆检汽缸，果然是汽缸杆与活塞连接部位的密封圈损坏，造成两腔串气。
经换密封圈，故障排除。
本故障虽小，但不经认真观察分析整个回路（特别是换向阀与汽缸安装距离较远时），只是在换向阀上做文章，就要做许多无用的工作，且难以排除故障。
如果被监测的各种数据,全部由计算机采集、分析、处理,则不仅可准确地判断、预测系统的技术状态,还可以对可能出现的异常状态或故障进行自动报警、停机等应急处理。
第二章气动元件与设备故障诊断与排除案例
2.1接料小车气动系统故障分析与改进
图2-1是某公司大型关键设备35ＭＮ挤压机的接料小车（后简称为“小车”）气动系统图。
小车的动作程序见表2-1。
1ＤＴ得电小车进至接料位置后,1ＤＴ失电小车停下等待接挤出的物料,物料到定尺后,小车上的液压剪刀开始剪料,此时设计者的原意是让3ＤＴ、4ＤＴ得电,使阀2、阀3换向后处于自由进排气状态,这样,可使小车在剪切物料的同时,挤压物料的程序不中停对提高该挤压工序产品成品率以及最终成品率均有积极的作用,这是该挤压机接料小车气动系统设计的一大特点——“随动”剪切。
但在调试中发现,小车在“随动”剪切过程中未按预计的程序运行。
故障现象为:
（1）阀2在随动剪切时得电后不换向。
（2）阀3在随动剪切时得电虽换向,但动作不可靠。
图2-1 接料小车气动系统图
表2-1 小车动作程序表
电磁铁1ＤＴ2ＤＴ3ＤＴ4ＤＴ
动作
小车进接料+---
随动剪切--++
小车退卸料-+--
图2-2 改进后的接料小车气动系统原理图
1 问题的分析
由于该系统看起来很简单,所以在一开始的调试中并未重视,只是按常规去处理,认为是新系统,元件不洁所致。
虽拆下多次检查清理,但故障仍未解决。
后来我们对阀2、阀3进行了简单的试验,结果阀2、阀3本身无问题,重新安装后故障依旧,问题到底出在哪里?
我们针对小车动作程序各过程以及阀2、阀3的工作原理进行了深入的分析,认为这是一个由设计选型不合理引起的故障。
1.1 阀2、阀3的工作原理分析
该系统所用的阀2、阀3为80200系列二位三通电磁换向（德国海隆公司基型）,它是一个两级阀,即一个微型二位三通直动电磁阀和气控式的主阀,该阀对工作压力的要求为0.2～1.0ＭＰａ,其中该阀的最低工作压力为0.2ＭＰａ,低于该值,其主阀芯就无法保证可靠的换向及复位。
1.2 小车气缸两腔中的压力分析
阀1的1ＤＴ得电,小车气缸有杆腔进气,无杆腔排气,小车进到接料位置后,2ＤＴ失电,阀1复位。
这时,有杆腔中因阀1复位前处于进气状态,所以有一定的余压（压力大小不定）,无杆腔中因阀1复位前处于排气状态,所以几乎没有余压。
通过上述对阀2、阀3工作原理及小车气缸腔中压力的分析可知,在随动剪切时,阀2虽得电却因所在的无杆腔中无足以使阀2换向的余压而无法实现其主阀芯换向,阀3因有杆腔中有一定的余压而可能实现换向,但由于其压力值不定,所以阀3虽得电可能换向,但却不可靠。
2 问题的解决
从以上分析来看,在该小车气动系统中选用这种主阀为气控的两级式的元件是不合适的。
解决
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