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液压系统油箱辅助增压结构分析及故障排查
发布时间：2017-11-22
1 液压千斤顶工作系统
千斤顶工作的液压系统元件主要有:操作台(主要包括 1 个手动换向阀、1 个溢流阀及操作手柄和压力表等)、轴向柱塞泵和其驱动电机，辅助增压结构、油箱、千斤顶(见图 1)。工作原理为:液压油由油箱辅助增压结构流出，以一定压力输入到柱塞泵的吸油口，经柱塞泵二次增压到千斤顶的工作压力，由手动换向阀控制千斤顶活塞的动作，完成顶进工作。
本系统主要液压元件的参数为:①YDT 千斤顶额定压力 45MPa;顶压力 31 380kN;回程油压力≤20MPa。②34S 型三位中通手动换向阀 流量 200L /min;压力 31. 5MPa。③3D-Y72 /42 柱塞泵 排出压力(排出压差)40MPa;排量 120L/min;流量( 额定) 2.7m3/ h;容积系数 90% ;泵效率 90% 。④溢流阀 设计压力为 40 MPa。⑤柱塞泵驱动电机 功率 110kW;电流 20A。
2 油箱辅助增压结构
2. 1 工作原理
主油箱辅助增压结构油路图如图 2 所示。工作原理为:由电动机通过联轴器带动齿轮泵转动，从油箱中吸入经过吸油过滤器的液压油，经过齿轮泵的作用，输出一定油压的油液到柱塞泵，提升柱塞泵入口油压，从而减少柱塞泵气穴现象，相应减少液压系统的压力波动，使液压元件工作平衡。
2. 2 主要液压元件
1) 齿轮泵
液压齿轮泵是液压传动系统中不可缺少的动力元件，齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、工作可靠、成本低以及压力高、耐污染能力强、价格低廉、便于维护与修理等特点，广泛用于工程机械、建筑机械等各种液压系统中。此结构中的齿轮泵的吸油高度一般小于0. 5m，为主要油路中的柱塞泵提供一定压力的液压油。
油箱增压结构中的齿轮泵排出压力需要根据主油路柱塞泵的工作压力选定。一般柱塞泵吸油口的压力不应低于 0. 085MPa，而为了避免液压泵的空穴现象，一般情况下吸油口压力 P1与出口压力 P2满足 P2∶ P1< 35，主液压系统柱塞泵出口压力为 40MPa，因此齿轮泵排出压力要求范围为 0. 085 ～1. 143MPa。辅助增压结构 中 选 用 KCB-200 型 齿 轮 泵，其 排 出 压 力 为0. 36MPa，流量为 12m3/ h，所需驱动电动机要求转数为1 440r / min，在一定程度上提高了柱塞泵的吸油口压力，改善了工作状态。图 3 为定向柱塞泵工作原理;图4 为变量轴向柱寒泵工作原理图。
轴向柱塞泵的工件原理为:当回转缸体在传动轴的带动下按图示方向旋转时，由于斜盘和压板的作用，迫使柱塞在回转缸体的各柱塞孔中作往复运动。在配油盘的左视图所示的右半周，柱塞随回转缸体由下向上转动的同时，向左移动，柱塞与柱塞孔底部密封油腔的容积由小变大，其内压力降低，产生真空，通过配油盘上的吸油窗口从油箱中吸油;在左半周，柱塞随回转缸体由上向下转动的同时，向右移动，柱塞与柱塞孔底部密封油腔的容积由大变小，其内压力升高，通过配油盘上的压油窗口将油压入液压系统中，实现压油。若改变斜盘倾角 γ 的大小，就能改变柱塞的行程长度，也就改变了泵的排量;若改变斜盘倾角γ的方向，就能改变泵的吸、压油的方向。因此，轴向柱塞泵一般制作成为双向变量泵。
2)电动机
齿轮泵的工作要求决定，驱动电动机的转速应按齿轮泵规定的额定转速选取，不得高于规定值。泵转速太高，会影响泵的吸入，产生“吸空现象”，降低泵的流量和容积效率，加速零件磨损;而低于规定转速，泵虽然可能正常工作，但由于内漏关系，将显著降低容积效率，使泵的潜力不能充分发挥。辅助增压结构中选用 Y-112M-6 型三相异步电动机，功率为 2. 2kW，转速为 940r/min，额定电压为 380V，额定电流为 5. 6A，经考察现场使用情况，此电动机能支持齿轮泵的正常工作。
电动机与齿轮泵通过挠性联轴节连接，齿轮泵与电动机连接的精确度是最重要的，齿轮泵传动轴与电动机驱动轴不同轴度偏差应小于 0. 1mm，不允许用皮带直接带动泵转动，以防泵轴受径向力过大，影响泵的正常运转。由于运输或吊装过程中，底架可能产生变形，应经常检查联轴器的同轴度。设备运转一段时间(约 3 个月左右)，应对联轴器的同轴度进行校正。校准后，可在泵和电动机的底脚板侧面处焊上定位块，既可以避免部件之间的相对位移，也可以使日后大修复位安装方便。
3) 吸油过滤器
在液压系统中保持油液的清洁是十分重要的。油液中杂质的多少及其颗粒大小直接影响液压元件的使用寿命和液压系统的工作性能。据有关资料统计，液压系统工作时发生故障 75% 以上是由于油液中的杂质造成的。为保证液压系统的正常工作，一般采用过滤装置，即过滤器。
吸油过滤器安装在油泵吸油口处，采用网状粗滤器，吸油筒体浸入油箱内液面以下，过滤器滤头露在油箱外，用以保护油泵及其它液压元件，避免吸入污染杂质，有效地控制液压系统污染，提高液压系统的清洁度，同时又可避免因过滤器压差过高形成油泵吸空。并设有自封阀、旁通阀、滤芯污染堵塞发讯器等装置，使更换滤芯和清洗滤芯时油箱内油液不会流出。吸油过滤器如图 5 所示。
本增压辅助结构选用 TF250 × 400 型箱外自封式吸油过滤器，是一种纸芯滤油器，过滤精度可达 0. 03～ 0. 005mm。其结构如图 6 所示。
吸油过滤器的工作原理为:液压油通过自封单向阀进入过滤器滤芯内，经过滤芯的滤网输入到齿轮泵吸油口。
3 实例分析
1) 工作人员按照设备正常保养程序更换吸油过滤器滤芯后，齿轮泵没有油液输出。排查过程:首先检查油箱内液压油高度，保证最低液面高于滤油器 200mm，同时最高液面不能超过油箱高度 80%;其次启动电动机空载时没有听到高而刺耳的啸叫声(通常是吸进空气)，排除了滤油器堵塞、齿轮泵吸油管松动或油箱油面太低的可能;最后拆卸下刚换的滤芯，发现滤芯长度不符合 TF250 ×400 的要求，短了近 10cm，导致吸油滤清器内单向阀不能打开，切断了油箱与油泵的油路，使齿轮泵不能输出油液。更换标准的滤芯后，齿轮泵正常工作。
2)柱塞泵、操作台及油箱整套设备转移到另一工地后，电机不能连续运转，总是停顿，而且有异响。排查过程:柱塞泵启动后，换向阀调到中位，空载时，油箱增压结构的电动机和齿轮泵正常转动，但当有负载时，电动机开始有异响，而且不能连续转动。关闭电源，仔细检查电动机与齿轮泵固定的支座及两者之间的联轴器，发现由于长途运输及吊装、安装时的振动，使电动机的支座发生严重倾斜，导致电动机输出轴与齿轮泵联接轴的同轴度远远大于 0. 01mm，泵与电机的联轴节不在一条中心线上，联接严重错位，联轴器内的胶块间隙变大，电动机的扭矩输出效率明显降低，并产生异响。经调整电动机支座位置，更换联轴器磨损严重的胶块，校正联轴器相接的两根轴的同轴度达到标准要求，电动机运转正常，也不再有异响。
3) 按正常程序保养过滤器后，当柱塞泵负载压力达到 10MPa 时，油箱辅助增压结构中的电动机停转，用手触摸，电动机机壳发热。自从出现这种不正常的现象后，工作人员曾经把油箱辅助增压结构中的齿轮泵、电动机分别与另一台能正常工作的油泵的油箱辅助增压结构中的齿轮泵、电动机对调测试，排除了齿轮泵的泄漏和电机本身的问题。还更换了新的液压油，排除油液的污染;更换了标准的吸油过滤器滤芯，排除过滤器的堵塞;测试期间曾经因控制不当，使电动机过热而烧毁 1 台。
最后拆下吸油滤清器仔细研究，发现过滤器上盖旁通阀弹簧曾经更换，所用弹簧的钢丝直径和弹簧的直径比 TF250 所用标准弹簧都小，弹簧很软，刚性很小，导致机器启动后，油液通过旁通阀直接回油箱，滤清器起不到一点过滤及供油的作用，相当于滤清器完全堵塞，吸油阻力增大，齿轮泵吸空，电动机负载增大，长时间超负荷运转使电动机过热。更换标准旁通阀弹簧后，油箱辅助增加结构中的电动机和齿轮泵运转正常。
4 故障诊断法
1) 有高而刺耳的啸叫声( 通常是油泵吸进空气)，可判断为滤油器堵塞，液压泵吸油管松动或油箱油面太低等。
2)①看油液质量，即通过油尺和检视窗看油液是否清洁或变质，油量是否够用，油的表面有无泡沫等，可评定油液可否再用;②油液泄漏情况，即看液压系统各连接或密封部位是否渗漏或有油垢;③作业稳定性，即看齿轮泵和电动机运行是否平稳。
3)确定齿轮泵和电动机温度是否过高，正常温度一般低于 80℃ (较烫手但可忍受 10s 左右，温度为60℃;如手指只能瞬时接触且痛感加剧，温度在 80℃以上)。
4)①保证液压油更换的日期、品牌及标号，滤网的清洁情况等;②确定故障出现前，齿轮泵、电动机及吸油滤清器有哪些元件调整过，调整前后的现象有何变化;③清楚设备在以往使用过程中常出现哪些类型故障及排除经过，分析本次故障是否与其有关。
5)①检查机器的技术档案，如使用说明书、维修指导书、零部件标准以及相关的资料，掌握其主要技术性能指标、使用注意事项、保养范围及时限等有关知识、机器交接记录、使用及换件保养记录等;②查看履历书，了解机器交接及维修记录、日常使用和元件故障损坏情况，以及元件故障是属于使用问题还是制造问题。
摘自：中国计量测控网
