绪论   液压系统故障概述

 

随着社会的发展，液压系统逐渐被越来越多的领域所应用，一台良好的液压传动设备，为了正常的运转工作，它的液压系统必须具备很多性能要求。这些要求包括：液压动力系统的功率匹配，液压缸的行程、推力、运动速度及其调节范围，液压马达的转向、扭矩、转速及其调节范围等技术要求；以及设备运转平稳性、精度等等。如果液压系统在实际工作中出现了某些不正常的情况，而不能满足这些的要求，影响到液压系统的正常工作，这样就证明液压系统出现了故障。

液压系统出现故障的原因有内在的和外在两个方面。属于内在的原因有设计时技术参数选择不当，系统结构不合理、所用的元件结构性能质量不符合要求、安装不规范、零部件加工不符合要求等等。属于外在的原因有：设备运输、安装中引起的损坏、使用环境恶劣、调试操作维护不当，以及所采用元件的性能和质量不好等方面的原因。

众所周知液压系统出现的故障不像机械传动、电气传动那样可能比较单一，液压系统的故障的多样性和复杂性，不仅液压元器件会产生问题，而且会与机械、电气部分交织在一起。液压系统是依靠在密闭容积内具有一定压力能的油液来进行工作的，所以说液压系统的故障不像机械传动系统故障那样直观。液压系统同一故障引起的原因有多个，即使是同一原因也会引起不同的故障。液压故障是难于分析判断易于处理。

液压系统经常出现的故障有以下几种：

A、压力故障。常见的有压力达不到要气、压力不稳定、压力转换滞后、压力调节失灵、压力冲击、压力损失大、卸荷回路不工作等。

B、动作故障。常见的有：起动不正常、不能动作、动作慢、方向错误、调节失控、换向精度差、出现死点、爬行、动作顺序错乱等。

C、油液污染。有许多故障都是由于油液的污染引起的，液压系统中油液的清洁度是非常重要。

D、泄漏。泄漏是由于液压元件里的密封件损坏导致的。

E、油液温度升高。

F、噪声与振动。

G、系统进入空气等。

液压系统故障诊断是一个技术性非常强的工作，要想迅速、准确地判断出液压系统的故障，首先要有一定的理论基础；第二要掌握判断故障的科学方法；三要不断的加强实践；四是要善于分析、归纳、总结、提炼和升华实践经验，从而加深对理论的理解。

下面将详细介绍一些液压常见故障的分析方法，及其相关理论知识。

因为水平有限，而且编写时间仓促，书中纰漏之处在所难免，诚请读者提出批评意见。

目    录

第一章    液压污染----------------------------------------------------1

第一节        污染基本知识--------------------------------------------------1

第二节      污染物的类型--------------------------------------------------3

第三节      磨损机理------------------------------------------------------7

第四节      液压系统清洁度-----------------------------------------------14

第五节      液压油的选用与维护-------------------------------------------16

第二章    泄漏---------------------------------------------------------23

第一节        液压系统的泄漏及其防治概述------------------------------------23

第二节     控制泄漏措施-------------------------------------------------25

第三节     密封件的失效分析---------------------------------------------28

第四节     内泄漏的判别-------------------------------------------------30

第五节     实例分析-----------------------------------------------------34

第三章    液压噪声与振动-------------------------------------------41

第一节        液压噪声和振动产生原因---------------------------------------41

第二节     噪音改善措施-------------------------------------------------47

第三节     炮鸣---------------------------------------------------------49

第四节     实例分析-----------------------------------------------------56

第四章    气穴和气蚀------------------------------------------------60

第一节        基本概念及其危害---------------------------------------------60

第二节     空气混入的途径和气穴产生原因---------------------------------64

第三节     气泡的处理措施-----------------------------------------------72

第四节     应用实例------关于液压缸的气蚀的防制-------------------------76

第五章    液压冲击---------------------------------------------------79

第一节     产生原因-----------------------------------------------------79

第二节     处理措施-----------------------------------------------------83

第三节     应用实例-----------------------------------------------------85

第六章    液压系统温升发热----------------------------------------90

第一节        液压系统高温的危害--------------------------------------------90

第二节        液压系统发热的原因--------------------------------------------91

第三节        防止温升的措施------------------------------------------------96

第四节     实例分析-----外啮合齿轮泵由温升造成的失效--------------------99

第七章    爬行--------------------------------------------------------100

第一节        液压爬行的机理和产生原因-------------------------------------100

第二节 消除爬行的方法----------------------------------------------105

第三节 实例解析----------------------------------------------------108

第八章    液压卡紧和其它卡阀现象-------------------------------114

第一节        卡紧的危害及原理--------------------------------------------114

第二节  产生原因----------------------------------------------------119

第三节  滑阀卡紧解决方案--------------------------------------------121

第四节  实例分析----------------------------------------------------123

第九章    压力失常--------------------------------------------------128

第一节        压力失常的原因----------------------------------------------128

第二节  实例分析----------------------------------------------------134

第十章  欠速-------------------------------------------------------145

第一节 欠速产生的原因----------------------------------------------145

第二节        动作各种故障解析--------------------------------------------148
参考文献--------------------------------------------------162

第一章 液压污染

第一节 污染的基本知识

液体介质在液压系统中除传递动力外，还对液压元件中的运动件起润滑作用。此外，为了保证元件的密封性能，组成工作腔的运动件之间的配合间隙很小，而液压件内部的控制又常常通过阻尼小孔来实现。因此，液压介质的清洁度对液压元件和系统的工作可靠性和使用寿命有很大的影响。麻省理工学院的 Rabinowics 博士经过研究发现，设备的失效有70%是由于表面损坏所导致的（如图1-1所示），在液压和润滑系统中，20%失效是缘于腐蚀，50%是缘于机械磨损，而液压介质的污染又是液压元件过早磨损及损坏的主要原因。

 

图 1-1   液压元件失效成因方框图

一、污染引起的成本上升有以下几方面原因：

1、降低生产效率（停机）

2、元件更换

3、频繁的油液更换

4、库存增加

5、额外维护增加

6、报废率增加

二、液压流体的功用

产生生化物污染影响液压流体的下述四项功能：

1、作为能量传递介质。

2、润滑相互运动元件。

3、作为热传导介质。

4、运动部件之间的密封。

如果其中某项功能被削弱，液压系统就不能完成预定的工作，由此引起的停机可能会造成每小时数千美元的损失。液压流体的净化将有助于防止和减少意外停机。这项工作可以由不断减少和除去污染物来完成。

三、污染物的危害

1、堵塞孔口

2、元件磨损

3、产生锈蚀和其他氧化

4、产生化合物

5、损耗添加物

6、产生生化物

液压流体会在精密部件之间产生润滑膜，理想的油膜厚度应能够充满运动件之间的间隙，当磨损率较低时，元件将能够达到其预期寿命，这可能是数百万个压力循环。实际油液润滑膜的厚度取决于流体的粘度、工作负荷和两个运动部件间的相对速度。在许多元件中，工作负荷非常大，因而挤压润滑膜非常薄，甚至小于1μm。如果负荷足以大，润滑膜就会被两个运动表面间的粗糙点刺破，结构会产生有害摩擦。

 

第二节   污染物的类型

一、 颗粒污染物

1、颗粒污染物类型

颗粒污染物通常可分为“粉尘”和“颗粒”，粉尘可以定义为小于5 μm。这种类型的污染物也可能引起系统元件发生故障。而颗粒是大于5 μm 的微粒，它可能在瞬时引起灾难性的故障，粉尘和颗粒可以分成以下两种形式：

(1)硬质颗粒：硅沙、碳化物、金属

(2)软质颗粒：橡胶、纤维、微生物

2、颗粒污染源产生的原因：

1、 固有污染物

来自于液压缸、流体、软管、液压马达、管道、泵、油箱、阀等元件。

2 、内部生成污染物

（1）系统组装；（2） 系统调试；（3）系统运转；（4）流体变质。

3、外界浸入污染物

（1）油箱通气；（2）液压缸活塞杆密封；（3）轴承密封。

4、 维修中造成之污染

(1)差装；(2)油料补充。

二、水的污染

要保持流体正常，除了要除去颗粒物外还有许多其它工作，水也是一种常见的污染。和固体颗粒一样也必须从工作液中去除。水可能是溶解态或“游离”态，游离或乳化是某种液体中的水多于其饱和点。此时，液体不能溶解或保持更多的水份，液体中的游离水通常会使得液体变得象“牛奶”。

1、水的污染危害：

1、腐蚀金属表面

2、加速切削磨损

3、轴承疲劳

4、液体添加剂失效

5、粘度改变

6、电传导性增加

在水和酸中，抗磨添加剂会失效，水、热和不同金属材料综合作用会发生电解反应，在金属表面形成凹痕、腐蚀和磨损。另外，当温度下降时，液体溶解水能力随之下降，当达到冰点时，水会结冰，严重影响整个系统功能，工作效果可能变慢或不稳定。当水污染削弱液体的绝缘性能时，电传导性出现问题，会低了抗电压强度。图1-2所示油液中水对轴承的影响（基于油中0.01%水寿命100%）。

 

图1-2  油液中水对轴承的影响

2、水的污染来源：

液体在运输或存储时，常常会暴露在水和水蒸气环境中，例如，油箱或油桶存放在户外。水可能存在油箱顶部，当温度变化时，进入油箱内，水也可能在打开或注油时进入油箱。

水可能通过损坏的缸或筒密封或油箱的开口进入系统，冷凝也是水的一个主要来源。当油箱中的液体变冷时，水蒸气将会在油箱内部凝结，造成生锈或其它腐蚀问题。散热器泄漏等都是进水的污染源。

三、空气污染

空气在液体中可以以溶解态或残留态（不溶解或游离）存在，在液体中有一定量的溶解空气不会产生问题。而当液体中含有不溶解空气时，它通过系统元件就会产生问题。因为压力变化会压缩空气，在气泡中产生大量的热，它可能损坏添加剂和液体本身。如果溶解空气的量过多，对系统工作将产生重大负面影响。液压系统工作依赖于液体的相对不可压缩性，而空气会改变液体的这个性能，这是因为空气有比溶解它的液体大20，000倍的压缩性。当空气存在时，泵有很多工作将是压缩空气，对系统来说这是无用功，在这种情况下，系统工作就“象海绵”。

1、空气污染来源

（1）动力传送损失

（2）减小泵的输出

（3）破坏润滑

（4）升高工作温度

（5）油液起泡

（6）化学反应

任何形式的空气都是液体中的氧化源，它会加速金属件的腐蚀，特别是当液体中还有水存在时，它也会造成添加剂氧化。所产生的氧化物会在液体中形成颗粒或凝胶体。如果氧化物不去除，它就会加速磨损和干涉。

2、产生原因：

（1）系统泄漏

（2）泵通风

（3）油箱内液体紊乱

3、预防措施：

（1）排放系统空气

（2）溢流吸油泵

（3）合理设计油箱

（4）加回油扩散器

四、系统污染警告信号

对于污染会出现一下几种现象:

（1）线圈烧坏

（2）阀芯偏移、渗漏、异常声音

（3）泵损坏、流量减小、元件更换频繁

（4）缸渗漏、划伤

（5）伺服阀反应迟滞

第三节   磨损机理

磨损形式多种多样，每一种磨损，都会产生新的颗粒，从而进一步加剧元件的磨损。表1-1是对磨损形式的阐述。

磨损形式	产生的主要原因
磨料磨损	颗粒夹在相邻两活动面之间
冲蚀磨损	颗粒和高流速
粘着磨损	金属与金属直接磨损（失去油膜）
疲劳磨损	表面受固体颗粒的反复作用
腐蚀磨损	水和化学品

表1-1  磨损形式及其产生原因

一、 磨料磨损

 

图1-3   磨料磨损原理

磨料磨损导致后果：

1、尺寸改变

2、泄漏

3、效率降低

4、产生新的颗粒=磨损加剧

磨料磨损是最主要的一种磨损形式。进入元件运动副间隙内的颗粒，嵌入在其中材料脚软的零件表面上，犹如切削刀具，将相对运动的另一零件表面材料切削下来。等于或略大于间隙尺寸的颗粒的危害性最大要保护运动副表面不受磨料磨损，就必须滤掉大小与动力间隙尺寸近似的颗粒。如图1-3所示。

1、液压泵的磨损

液压泵是对污物最敏感的元件之一。间隙尺寸颗粒会加剧泵的磨损从而导致泄漏增大、温度升高、泵的压力降低以及效率降低。如图1-4所示。

 

图1-4  各种液压泵的磨损

2、液压缸磨损

污染物的侵入，主要是通过液压缸活塞杆及密封件，外伸的活塞杆，其上的油膜会粘附周围环境中的污染颗粒，当活塞杆缩回到液压缸中，系统中的流体会把这些颗粒由活塞杆上冲到液压油中。如图1-5所示。

间隙尺寸颗粒污染的影响

活塞杆密封件磨损：                    漏油损失

青铜导向套密封件磨损：                无法直线运动

活塞密封件磨损：                      油缸速度降低，荷载能力下降

活塞轴承磨损：                         同轴度度降低

 

 

图1-5   液压缸磨损机理

二、冲蚀磨损

冲蚀磨损导致：

1、尺寸改变

2、泄漏

3、效率降低

4、产生新的颗粒=磨损加剧

 

图1-6    冲蚀磨损机理

冲蚀磨损是由颗粒冲击元件表面或棱边，因冲击动能造成表面材料剥落而产生的磨损。此类磨损在承受高流速的元件中是最为常见，如伺服阀、比例阀。颗粒对表面的连续撞击，也会使元件表面凹陷，最终产生疲劳磨损。如图1-6所示。

三、粘着磨损

超载负荷、低速运转或流体粘度降低，都会降低油膜厚度进而发生金属对金属的直接接触。这样金属表面的涂点就会彼此发生“冷焊”而粘在一起，当相对移动时这些冷焊点被剪下而产生金属颗粒。如图1-7所示。

 

 

图1-7    粘着磨损机理

四、疲劳磨损

相对运动的轴承表面，受其间颗粒的反复作用而产生疲劳磨损。最初，轴承表面产生凹陷和微裂纹。这时即使不计颗粒对轴承表面其他的损伤，受轴承荷载的循环应力反复作用，这些微裂纹也会扩展，最终导致轴承表面失效。由污染造成的疲劳磨损，极大地缩短了轴承寿命，并且使工作表面变得粗糙。如图1-8所示。

 

图1-8     疲劳磨损的原理

 

五、轴承磨损

 

图1-9    轴承磨损机理

 

工作间隙活叫动态间隙，不等于轴承的机械。动态间隙的大小，取决于负载、速度和润滑液的粘度。润滑油膜将两对运动的表面隔开，以防止金属对金属的直接接触。

元件	间隙
径向轴承	0.5-100
滚子轴承	0.1-3
静压轴承	1-25

表1-2    轴承工作间隙

六、消除磨损的链式反映

当元件的间隙被金属颗粒、沙砾、油泥或其他磨损颗粒所淤塞，这时就会产生磨损的链式反应。链式反映的产生，是因为系统中的磨损污染物不能得到有效的控制，使得系统元件进一步磨损，产生更多的颗粒。如图1-10所示。

 

图1-10   磨损链式反应过程

高性能的过滤器可以滤除这些有害的磨料颗粒，延长系统元件的寿命。少数循环的颗粒也会受到这种过滤器的有效控制。

磨料磨损所产生的颗粒，因加工硬化，会变得比原材料更硬。如果不严适当的过滤器消除这些颗粒，将进一步造成磨损。这种磨料链式反应，会导致系统元件的过早失效，因此必须选用适当的过滤器，终止这种链式反应。

第四节    液压系统清洁度

我国制定的液压油液颗粒污染度等级标准采用ISO4406。这个污染度等级标准用两个代号表示油液的污染度。前面的代号表示1mL油液中大于5μm颗粒数的等级，后面的代号表示1mL油液中大于15μm颗粒数的等级，两个代号间用一斜线分隔。代号的含义如表所示。例如，等级代号为20/17的液压油，表示它在每毫升内大于5μm的颗粒数在5000～10000 之间，大于15μm的颗粒数在640～1300之间。这种双代号标志法说明实质性的工程问题是很科学的，因为5μm左右的颗粒对堵塞元件缝隙的危害最大，而大于15μm的颗粒对元件的磨损作用最为显著，用它们来反映油液的污染度最为恰当，因而这种标准得到了普遍的采用。

每毫升油液中的颗粒数	等级代号	每毫升油液中的颗粒数	等级代号
＞5000000 ＞2500000～5000000 ＞1300000～2500000 ＞640000～1300000 ＞320000～640000 ＞160000～320000 ＞80000～160000 ＞40000～80000 ＞20000～40000 ＞10000～20000 ＞5000～10000 ＞2500～5000 ＞1300～2500 ＞640～1300 ＞320～640 ＞160～320	30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15	＞80～160 ＞40～80 ＞20～40 ＞10～20 ＞5～10 ＞2.5～5 ＞1.3～2.5 ＞0.64～1.3 ＞0.32～0.64 ＞0.16～0.32 ＞0.08～0.16 ＞0.04～0.08 ＞0.02～0.04 ＞0.01～0.02 ≤0.01	14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

表1-3   液压油液污染度等级标准

元件	μm
抗磨轴承	0.5
叶片泵（叶片顶端到定子）	0.5-1
齿轮泵（轮齿到壳体）	0.5-5
伺服阀（阀芯到阀体）	1-4
静压轴承	1-25
柱塞泵（柱塞到缸体）	5-40
伺服阀孔	130-450

表1-4    典型液压元件清洁度

第五节   液压油的选用与维护

一、液压油的选用

1、液压油的基本要求

(1)黏度适中，随温度变化小：黏度太大会造成系统压力损失大，系统效率降低，并使泵的吸油状况恶化；黏度太小，会造成系统泄漏增大，系统效率降低，并使系统刚度降低。一般情况是工作压力大选黏度大的液压油。另外随温度变化，要求液压油黏度变化小。如环境温度高则选用粘度大的液压油。

(2)具有良好的润滑性：润滑性能良好的液压油，能够减少各运动部件之间的磨损，延长机械设备的使用寿命。并能使各运动部件动作灵敏。

(3)具有良好的抗氧化性：液压油在使用过程中不可避免地和空气接触，由于液压油和空气接触会发生氧化变质，会产生酸性物质，对各部件产生腐蚀作用，致使元件失效。另外产生的黏稠物质会堵塞液压元件的细油孔和间隙，造成系统故障。

(4)具有良好的相容性、防锈性、防蚀性：液压油能够不腐蚀各种密封件，不会引起密封件膨胀、软化和变硬；不腐蚀液压元件。

(5)具有良好的抗泡沫性、抗乳化性：由于空气和水混入液压油中，易形成泡沫和乳化物。

(6)清洁度高。

2、选用液压油应考虑的因素

(1)应考虑系统的工作环境：如温度、湿度、空气的清洁度等。

(2)应考虑系统的工况：如泵的类型、系统的工作温度和工作压力等。

(3)经济性：应考虑液压油的价格、更换周期、维护使用是否方便、对设备寿命的影响等。

3、选择正确的油品

(1)选择正确的油品供应商：要考察其供油能力；产品质量稳定能力；经济实力；代理权限；供应商的信誉等；

(2)油品来源：炼制技术；油品的品牌与生产商的能力；基础油的优劣；添加剂的来源极其配制技术；

(3)供应商的服务：专业性的选油能力；油品更换指导能力；油品维护指导能力；油品检验指导能力；提供一定的油品化验服务；一定的油品过滤服务；（相比较而言，该点比较重要）；

(4)正确的油品：必须与设备的材料相容；适当的油品负荷能力（能力恰当以节约成本）；分析现用油品与将代替油品的相容性；油品与密封材料的相容性；油品的使用温度范围、抗磨性、阻燃性等。

名        称	粘度范围（10-6m2/s）
	允     许	最     佳
叶片泵（1200r/min） 叶片泵（1800r/min）	16～220 20～220	26～54 26～54
齿轮泵	4～220	25～54
径向柱塞泵 轴向柱塞泵	10～65 4～76	16～48 16～47
螺杆泵	19～49	－

表1-5   液压泵用油液的粘度

 

4、正确的换油

(1)新油的过滤：不同用途的液压油要求的清纯度可能有所区别，一般要求16/14/12，一般新油由于运输，开箱，添加管道等原因，达不到该标准

(2)润滑系统的清洗：供应商应该有完善的清洗方案；清洗油品应与新油良好相容；明确具体的清洗工艺与检验方法；

(3)换油的过程：应该有明确具体的换油方案。

二、液压油的维护

1、 预防液压油油温过高

因为液压系统油温过高，会使液压油黏度降低，使系统各运动部件之间润滑差，磨损加剧，造成元件失灵或卡死、密封件变形老化而失去弹性，严重时会发生停机故障。

造成液压油油温升高的原因除与系统设计、设备故障或操作不当等因素有关外，还与油液的黏度、散热性有关。如果油液的黏度高，那么会因其摩擦阻力增加而发热，同时因其散热差，因而造成油温升高。液压油长期在较高的温度下工作会加速油品的氧化，缩短液压油的使用寿命，酸性氧化产物还会腐蚀金属，氧化产生的油泥会堵塞过滤器，增加泵的磨损。表1-6中列出了矿物油型液压系统的使用温度。

温度/℃	工作条件	使  用  说  明
80～100	危险温度	绝对不能使用
55～80	临界温度	长期使用会缩短液压油的使用寿命，当油温超过60℃时，每升高8"C，寿命减半，应采取油冷却措施。
30～55	安全温度	最适宜的温度，设备工况最好，液压油使用寿命长
20～30	常温	长时间运转效率差
0～20	低温	启动时应注意，油的黏度过大容易引起空穴。

表1-6   矿物油型液压系统的使用温度

预防的方法是定时测量油温，发现油温过高应及时进行冷却。如发现油温异常升高应停机查找原因，排除原因后再使用。

2、防止大量空气进入液压油

大量空气进入系统会造成液压油压缩比增大，系统动态响应大大降低，严重影响系统的控制精度，刚性下降，反应迟钝。同时会造成以下几方面的危害：

(1)液压元件因气蚀而损坏：气穴现象产生的气泡在元件的金属边缘息灭时，周围的油液以很快的速度流向息灭中心，边缘会产生较大局部冲击力，瞬间压力可达数百甚至数千MPa，大量气泡息灭时会使金属边缘反复受到剧烈冲击而引起疲劳破坏，使元件表面产生麻蚀和剥离脱落。

(2)产生噪声、振动和冲击：当携带气泡油液流到压力较高处时，气泡瞬时被压破产生大量噪声。同时大量气泡被压破引起较大的压力波动，使系统产生振动和冲击。

(3)油质劣化：带有空气的油液在压缩过程中消耗能量，并使油液局部温度升高，油液和各种添加剂被破坏，产生游离碳、酸性物质和胶泥状沉淀物，加快了油质的劣化，同时对金属有化学腐蚀作用。

为了防止气泡的产生，在平时应注意以下几个方面：

(1)经常检查吸油口的状况，必要时清洗或更换吸油口过滤器。

(2)经常检查各吸油管部分的接头、焊缝的密封状况。

(3)经常检查油箱油位。

(4)定期对液压缸及相关管路排气。

(5)条件许可可配备除气装置。

3、防止液压系统进水

油液在存放过程中可能进入水份；在使用过程中，由于冷却管道破裂，也可能将水带人油液中；此外，在潮湿的空气下，由于油箱呼吸，湿空气中水蒸气有可能进入油液中而冷凝成水。

含有较多水的液压油在长期运行中会加速油液的变质，对元件有腐蚀作用。同时会降低油液的润滑性能，造成运动部件卡死。因此应定期检查油质，如含水量超标时应及时更换油液。表1-7中列出了不同液压系统中允许液压油的最大含水量。

液压系统中液压油的状态	最大含水量
一般液压系统液压油	<0.5
液压油在使用时部分停留在油路中，但循环时停留的油可返回油箱	≤0.1
部分液压油不能返回油箱	≤0.05
管路中有背压，油流动少，或系统中有精密仪器装置	≤0.03

表1-7     液压油的最大含水量

4、防止液压油混入各种杂质

油液中混入切屑、纤维、金属粉末、砂粒、灰尘、磨料等(这些污染物来自于设备加工和检修当中，虽经清洗但仍然存在)，或由于密封件，涂漆等被液压油侵蚀及油液变质使油液中产生的胶状物质、沥青等杂质，能引起泵、阀件等液压元件中的活动件卡死及小孔、缝隙的堵塞，导致故障的发生或严重地影响系统的工作性能。油中混入杂质，还会加快元件的磨损，引起内泄漏的增加，磨损严重时，阀件内串油，控制失效，造成液压设备不能正常工作，降低液压元件的使用寿命。

油液污染程度可以通过目测、手捻、鼻闻和油样检查来测定其污染度。目测法即用肉眼观察油液颜色，是否混浊，有无沉淀、析出物；手捻少许油滴，感觉是否有磨糙感，如有磨糙感应过滤；鼻闻是否有刺激臭味，如果有应更换液压油；用pH试纸进行酸性度试验，表1-8列出了油液污染的的目测判断和处理措施

外        观	污染物	原                  因
颜色变暗	氧化产物	过热，换渍不彻底（或其他油液侵入）
乳化	水或泡沫	水或空气侵入
水液分层	水	水侵入，例如冷却水
气泡	空气	空气侵入，例如由于液面低或吸油管漏气
悬浮或沉淀污染物	固体	磨损、污染、老化
焦油气味	老化产物	过热

表1-8      油液污染的的目测判断和处理措施

三、预防措施

1、正确的维护油品 （1）使用中的过滤：新系统要有合适的过滤设备（过滤网尺寸，更换与检查周期）；（该过滤为机械初步的过滤，一般系统自带，属于粗滤性质）。 使用中的检查：主要周期性的检查油温、水温，主要部位的轴承 度与震动，过滤器前后的压力，泵电流的变化等。建立适当的控制标准，当发生异常时，立即进行油品的检查。 （2）油品的添加：供应商有责任告知客户相容的可添加油品的名称与品牌，以确保油品使用中不变质。 （3）油品的现场检验：供应商应可提供简单的油品现场检验办法，当发现有可疑的现象时，供应商应提供完善的服务。 （4）油品使用状况分析：供应商提供合适的售后服务，以提高油品的使用效益。 2、适当的油品检验与过滤（预防性维护措施） （1）定期检验油品：供应商是否提供简单便利的检验办法，以尽可能预先发现使用中发现的异常，例如用验油器化验油品（注意周期与提供的改进措施）（以发现油品遭受的污染，如水份、溶剂、杂质颗粒等）。 （2）定期过滤油品：供应商是否提供适当便利的滤油服务；过滤后的油品清纯精度应满足使用要求，并可延长油品的使用寿命（非常重要，达到清纯度的油品，既可以延长轴承与磨擦部件的使用寿命，也可延长油品的使用寿命，效益非常明显）。 （3）定期油品成分化验：比现场简单的化验更严格，可以分析油品具体成分的变化，以提供可行性的改进措施（表1-9液压油失效的指标）。 测试项目 警告讯号 立刻更换 含水量% 0.1~0.5% ＞0.5% 杂质% ＞0.1% ＞0.2% 总酸值 原来值+0.7 原来值+1.0 黏度改变 --- ±15% 添加剂PPM --- ＜原来值40%

表1-9     液压油失效的指标

四、液压系统常用清洗法

(1)常温手洗法。先用煤油、柴油或浓度2％～5％ 的水荆清洗液(664金净洗剂)在常温下浸泡，再用手刷洗，此法在小批零件清洗时普遍采用，但清洗效果欠佳，提高油温可增强效果但欠安全。

(2)加压机械喷洗法。用2％-5％(特殊情况下用10％)水剂清洗液，在适当温度下加压至0．5～1．0MPa。经喷嘴喷至零件表面。这种方法适用中批量零件的清洗，清洗效果较好。

(3)加温浸洗法。将上述浓度的清洗液加热至70～80℃ ，浸洗5～15 min，为了提高手工清洗和浸泡的效果，可在清洗液中添加一定量的添加剂，以提高去污防锈能力。

(4)蒸气清洗法。用有机溶剂(如三氯乙烯、三氯乙烷、三氯三氟乙烷或其混合物)在高温高压作用下，清除油污层。这是目前国外积极推广的生产率高、三废少的清洗法。

(5)超声波清洗法。这是目前国内清洗液压元件普遍采用的方法。超声波的频率比声波的高得多，传播能量比声波的大得多。在液体中传播时，液体分子可得到几十万倍至几百万倍的重力加速度。使液体产生压缩和稀疏的作用。压缩部分受压，稀疏部分受拉。受拉的地方就会因发生断裂而产生许多气泡状的小空腔，在瞬间又会因受压闭合产生数千至数万个大气压，这种空腔在液体中反复产生和消失，使压力产生巨大变化。即可将附着在物体上的油脂和尘埃清洗干净。

 

例2：针对东风4型机车静液压传动系统常见噪音判断及原因分析

一、东风4型机车静液压传动系统的构成

为保证柴油机在最佳的油、水温度范围内工作，东风4型机车设计了高低温静液压传动系统。两个系统除了温度控制阀中感温元件动作温度不同外，其他组成元件的结构原理都是相同的，均由静液压泵、温度控制阀、安全阀、油箱、热交换器、静液压马达及其他管件组成(见图3-8)。由于各种原因，静液压传动系统经常出现异音。若出现这种现象，轻者有零部件损坏，严重时会出现系统故障，危及机车行驶安全。

二、常见异音判断及分析

1、 油箱异音

东风4型机车静液压传动系统油箱，是由钢板焊接而成的特殊箱体(见图3-9)。它的下腔底部安装了一对有扩压作用的喷嘴，喷嘴内孔具有一定锥度。在静液压传动系统工作中，具有一定压力的回油自回油管路先进入上油腔，流经磁性滤清器后从上喷嘴高压喷入下喷嘴，经下喷嘴扩压后进入液压泵的吸油管，从而改善了静液压传动系统的自吸性。造成油箱异音的主要原因有以下几点：

 

 

图3-8   静液压传动系统结构图

 

 (1)固定座脱焊。固定座起着固定上下喷嘴的作用，固定座脱焊会使上喷嘴失去固定，静液压油在扩压过程中，上下喷嘴产生振动，固定座与上下喷嘴碰撞敲击，发出“铛铛”声。判断时，可拆下油箱加油盖，通过耳听加以判断。

 

 

图3-9   油箱结构示意图

2)上下喷嘴同轴度超限。工艺要求油箱上下喷嘴不同轴度允差为O．4 him。由于油箱在工作过程中长期处于油压冲击和振动状态下，固定座经常会发生变形。同时，在检修过程中，由于油箱是整体焊接箱体，检修人员只注重固定板是否脱焊而不注重上下喷嘴的同轴度检查，因此，油箱上下喷嘴同轴度超限现象时有发生。此时，静液压油从上喷嘴高速喷人下喷嘴就会产生油压冲击，使上下喷嘴产生振动，发出“刺啦”声。判断时，可根据油箱出油管路振动情况用听棒检查。

 (3)油箱内有异物。由于油箱清洗不干净，或油质脏，或加油时有棉纱等异物掉人，使得油箱内部存有异物。这些异物会将上下喷嘴全部或部分堵塞，从而影响静液压泵的自吸能力，产生“刺刺”声，同时还会导致静液压油温度升高。判断时用听棒检查即可。

2、冷却风扇异音

东风4型机车冷却风扇选用的是扭曲叶型轴流式风扇，半径大，焊接部位多。冷却风扇异音的主要原因有以下几个方面。

(1)冷却风扇平衡量超限。工艺要求冷却风扇静平衡量不超过200g／ram。冷却风扇全速工作时，转速可达l 150r/min，如果冷却风扇静平衡超限，不平衡量部分会产生强大离心力，使冷却风扇产生振动，影响运转平稳性，产生“哗啦”声。

(2)冷却风扇裂纹。冷却风扇叶片是由2 mm C3钢板压型焊接的，焊缝多而长，易产生裂纹。有裂纹的风扇在全速运转时，会产生剧烈振动和共鸣，发出“嚓嚓”声。

(3)冷却风扇轮毂内孔与静液压马达主轴锥面配合不好，在冷却风扇变速运转，特别是启动和降速运转时，会使冷却风扇轮毅和静液压马达主轴发生位移，严重时还会造成滚键，同时产生断续的“咯吱”声。

3、静液压泵和马达异音

东风4型机车静液压泵、马达均采用轴向柱塞式定量泵、马达，产生异音的主要原因有以下几点。

(1)轴承异音。轴承质量差或由于管路清洁度不高使泵、马达轴承供油孔堵塞，造成轴承卡滞，产生“哗哗”声，同时造成静液压泵、马达温度偏高。

(2)活塞与油缸体配合间隙不均匀。如果静液压泵、马达的7个活塞与油缸体孔配合问隙不均匀，当静液压泵、马达工作时，7个活塞吸油排油量不均匀，会产生“嚓啦”声，同时伴有振动。实践证明，当活塞与油缸体孔配合间隙差超过O．02 mm时更为明显。判断时，可用听棒检查。

(3)连杆与活塞轴向窜动量过大。工艺要求连杆与活塞轴向窜动量不大于O．15mm，如窜动量过大，在静液压泵、马达工作过程中，活塞与连杆会发生撞击，产生“哒哒”声，特别是高速回手柄低速运转时更为明显。

4、 温度控制阀引起的异音

温度控制阀引起的异音主要表现在：恒温元件线性度不好时，在工作过程中，温度控制阀产生突发性开启和关闭，使冷却风扇突然运转，发出轰鸣声。

5、安全阀引起的异音

东风4型机车安全阀是特制的，其开启压力不是定值。它随着管路中压力变化而自动卡滞时，滑阀将不能平滑过渡，安全阀便失去自动调节功能，静液压管路中压力冲击将得不到及时缓解，使静液压管系出现振动，同时产生“嗡嗡”声。

第四章   气穴和气蚀

第一节    基本概念及其危害

一、基本概念

液压封闭系统内部气体的来源有两种，一种是从外界被吸入到系统内的，叫混入空气，另一种是由于气穴现象产生液压油游离出来的空气。

液压油在生产、储运及出厂前的过滤等工作都是在大气压力下进行的，因此油液中含有空气是不可避免的。我们把油中空气称之为掺混空气，掺混空气是以直径很小的球状气泡悬浮于油中，掺混空气的生成有两种方式：
　　（1）油品在生产、储运等过程中在与大气相接触，大气与液压油相互浸润融合。实践证明溶解于油液中的空气，对油的物理性质没有什么直接的影响。但溶解了一定数量的空气处于饱和状态的油液，流经节流口或泵入口段，当绝对压力下降到油液的空气分离压时，油中过饱和的空气就被析出，使本来溶解于油中的微细气泡聚集成较大的气泡出现在系统中。
　　（2）主要是通过油箱和泵的进油管掺混入油内，如油箱油面太低，泵吸入管口半露于油面或淹深很浅时，均可将空气吸入；若泵的进油管路漏气，则大量的空气会被吸入；再如系统回油管口高于油箱油面时，高速喷射的系统回油卷带着空气进入油中，又再度经油泵带入系统。

在液压系统管路或通道中，当局部压力过低到空气空气分离压以下时，溶解于油液中的空气大量从油中分离出来产生气泡，当压力继续降低到当时温度的饱和蒸汽压以下时，油液即汽化沸腾而产生大量的气泡，这些气泡呈游离状态混杂在油液中，是原来充满在管道和元件中的液体成为不连续状态，这种现象成为气穴现象。

气穴现象的出现，对管路系统的正常工作极为不利，因为气穴现象所形成的气泡会被液流带到高压区而溃灭，此时气穴的体积将要急剧减小，当此过程在瞬间发生时，其周围的液体便以高速向原来气泡所占据的容积，因而引起局部猛烈的液压冲击，使局部位置的压力和温度急剧上升，从而引起管路中强烈的噪声和振动，使液压系统性能变坏。液压附件的壳体和导管壁在反复的液压冲击作用，以及在高速游离出来的空气中的氧气侵蚀下，其内壁表面容易受到腐蚀而剥落，这种现象称为气蚀。

汽蚀涉及许多复杂的物理、化学现象，是一个尚需研究的问题。当前多数人认为汽蚀对流道表面材料的破坏，主要是机械剥蚀造成的，而化学腐蚀则进一步加剧了材料的破坏。

图4-1    气蚀的原理图

 

二、对系统的危害
　　从经济性和系统工作质量的角度来看，油中气泡对系统的危害是相当大的，主要有以下几个方面：
　　（1）系统工作不良。油液是液压传动系统中动力的传递介质，纯净的液压油，其压缩率约为（5～7）×10-10m3/N，即压力增加10MPa时，容积仅被压缩减少为0.625%。因而在一般的液压系统中可以认为油是非压缩性流体，而不考虑其压缩性。一旦油中混入空气，其压缩率就会大幅度增加，油液本身具有相当高的大的体积弹性系数，严重地危害着系统的工作可靠性，如自动控制失灵、工作机构产生间歇运动等。由于气泡引起的装置误动作还会发生机械、人身事故及加工效益等。
　　（2）油温升高。气体在瞬间压缩之后，其温度会急剧升高。气泡在达到高温之后，其周围的油便会产生燃烧，成为系统油温骤然升高的主要原因。然而空气是不宜导热的，油中存有气泡时，其导热系数降低，严重地影响着油的冷却效果。油温升高带来的不良后果有以下几个原因。然而空气是不宜导热的，油中存有气泡时，其导热系数降低，严重地影响着油的冷却效果。油温升高带来的不良后果有以下几个主要方面：
　　a、加速油的氧化。根据氧化的机理可知，油温在60℃以上时每升高10℃，其氧化速度成倍递增。油温的升高是促进油液氧化的主要原因。氧化后的油液通常都会生成酸性化合物，引起系统中金属件的腐蚀现象。所以更容易产生渣泥，连同铁锈、金属屑等机械杂质又作为氧化过程的催化剂，使油液加速氧化。一般希望油温能在90℃以下，使其具有好的化学稳定性。
　　b、油的润滑性能下降。性能良好的油液能在金属摩擦表面形成牢固的油膜。油膜的强度和厚度主要取决于油液的质量。变质后的油液其油膜强度不足以承受工作负载的压力，致使金属表面互相接触，从而导致摩擦力急剧增加，加速零件的磨损，所以说油液的润滑性对于液压装置具有重要意义。
　　c、加速密封件老化。液压系统中采用的密封件均由不同化学成分的材料制成各种形式的密封圈、垫，不但要求与油液有好的相容性，而且还要要求有适当的工作油温，如油温超过密封件的正常耐热温度，便会使其加速老化，失去应有的弹性，而导致过早地丧失密封性能。
　　（3）导致气蚀的发生。油中气泡被油液带到高压区时，体积急剧缩小，气泡又重新凝聚为液体，使局部区域形成真空，周围液体质点以高速来填补这一空间，质点互相碰撞而产生局部高压，形成液压冲击，使局部压力升高可达数百甚至上千个大气压力。如果这个局部液压冲击作用在固体壁面上，可引起固体壁面的剥蚀，即气蚀现象，它对系统的危害性很大。
　　油中气泡还能起系统的振动和噪声的增加以及泵的容积效率减低等不良影响。

第二节 空气混入的途径和气穴产生原因

一、油泵气穴产生原因

因一般石油基的流体，在大气压力和室温下，按体积计通常能够吸收大约9%的空气。溶解的空气并不改变流体的黏度和压缩性，溶解于流体的空气量因与流体表面的空气有关（如图4-2），譬如当气压低到的真空度时，则仅能保持7.5%的空气溶解量，结果产生过饱和现象。于是将要分解出空气，分解的速度同许多因素，包括压力、温度、流体的扰动以及化学成分等有关。

 

图4-2    溶解空气量与压力的关系

油泵的气穴性能可以用气穴系数来衡量。下面就来对此作一些分析，图4-3所示为一泵吸入装置的简图。

（1）有效汽蚀余量 

 有效汽蚀余量是指液流自吸液罐（池）经吸入管路到达泵的吸入口后，高出汽化压力pV所富余的那部分能量头，用NPSH_a表示

（2）必需汽蚀余量 

    泵必需的汽蚀余量是表示泵入口到叶轮内最低压力点K处的静压能量头降低值，用NPSH_r表示。

图4-3   泵吸入装置简图

 

（3）汽蚀判别式

NPSH_a >NPSH_r                泵不发生气蚀

   NPSH_a=NPSH_r                 泵开始发生气蚀 

NPSH_ar                  泵严重气蚀

经上述分析可知：液压泵产生气穴的原因主要是液压泵吸油口堵塞或容量选择太小，驱动液压泵的电动机转速过高；液压泵安装位置（进油口高度）距油面过高；吸油管道通径过小，弯曲太多，油管长度过长，吸油滤清器或吸油管浸入油内过浅，冬天开始启动时，油液黏度过大等。这些原因导致液压泵进口压力过低，当低于某温度下的空气分离压时，油中的溶解空气便以气泡的形式析出；当低于液体饱和蒸汽压时，就会产生气穴现象。

二 、油泵的吸空现象及其防止

油泵的吸空主要是指油泵吸进的油中混有空气。这种情况的出现不仅容易发生气蚀、增加噪声，而且还影响泵的容积效率，还工作油液容易变质等，所以是液压系统不允许存在的现象。

混入油中空气通常呈细小气泡状悬浮在油中，使油的颜色变黄并浑浊。产生这种现象的原因时油箱结构设计和油管布置不合理，油面太低，从回油管中冲出的油使油箱油面剧烈搅动，使空气混入油内或从吸油管吸入气泡；或者是吸油管道的接头处密封不严，吸入空气。油泵吸入带有气泡的油后，同样也会产生气穴现象，因而使噪声增加。图4-4所示为混入空气的百分比对噪声的影响；图4-5表示了在油中气泡被除去后，噪声特别是高频部分降低的情况。

 

图4-4   空气混入量对噪声的影响

 

图4-5    油液中气泡对噪声的影响

三、液压锥阀的气穴研究

随着液压技术向着高速、高压、大功率、小型化方向的发展,在液压控制阀中的节流部位很容易发生气穴现象。气穴的产生会使阀的特性变坏,使液压系统产生振动、噪声,使金属表面气蚀、损坏零件,缩短液压元件和管道的寿命;造成流量的压力脉动,使系统刚性降低,以及油液变质等等不良后果。因此认识液压阀中产生气穴的状况、气穴与阀口形状的关系,以及液压阀中气穴产生的界限,以避免产生气穴现象是极其重要的事情。本文就锥阀阀口的形状与气穴的关系进行了分析研究。

 

 

图4-6   阀座无倒角的情况

1 、锥阀座倒角长度的影响

锥阀几乎没有倒角时(如图4-6所示) ,液流通过阀口进行节流。对于扩散流动和收缩流动两种情况,只要一节流就在下游侧射流表面上产生气穴。而当阀座上有倒角s (如图4-7所示) ,开始在下游侧射流表面产生很少的气穴,很快在倒角入口处开始产生气穴。

 

 

图4-7   阀座有倒角的情况

 

2 、气穴对锥阀口流量的影响

通过锥阀口的流量可写成公式:

                                            式4-1

式中　h ———阀座与阀芯之间间隙;

　Δp ———锥阀口上、下游两侧的压力差

　Cq ———锥阀口的流量系统,即

                                                  式4-2

对倒角相对长度s/ h 不同的锥阀口, 把上游压力p1 固定, 让下游压力p2 变化, 即使其两侧压差Δp = p1 - p2 变化,压差Δp 变化与通过阀口的流量Q 及流量系统Cq 的关系如图3 示。当阀座没有倒角时如图4-8(a) , 气穴的产生不影响流量特性, 流量系数为常数, 流量随压差的增大而增大。当阀座有倒角s ,且s/ h > 1 时,从阀座倒角入口0. 1mm处取进入点, 其压力为p0. 1 (如图4-8 (b) ) 。随着气穴的产生, p0. 1 几乎等于零, 流量饱和———阀口流量处于闭锁状态,流量系数变小。当s/ h 近似1 时, 阀的流量特性如图3 (c) 所示。随着气穴的产生, 倒角入口处的压力p0. 1 不连续地下降,流量Q 和流量系数Cq不连续地增加, 其后p0. 1 慢慢接近于零时, 阀口的流量处于闭锁状态, 稳定在一定值上, 而流量系数则减小。

3、扩散流动与收缩流动时锥阀座倒角处的压力分布

 

图4-7   气穴对锥阀口流量、流量系数的影响

如果把图4-6 (a) 的扩散流动与图4-6 (b) 的收缩流动进行比较,锥阀芯表面与阀座倒角( s) 处的表面虽然是平行的,但过流断面面积却发生了不同的变化。设锥阀顶角为,在扩散流动时,倒角入口处的过流断面面积为πdh , 而出口处的面积为π( d +2 hsin φ) h ,面积的扩大比为1 + 2shsinφ;而在收缩流动时,却是完全相反的。所以, 在扩散流动的锥阀中,在倒角入口处流道最狭窄, 往后逐渐扩大。实际上流束在入口处因急骤收缩, 流束更为狭窄。根据伯努利方程, 在入口流束收缩断面处压力最低(如图4-8(a) 所示,比下游压力p2低的多,因此容易产生气穴。而在收缩流动时, 因流道面积越往后越窄, 所以倒角处表面上的压力是从上游压力p1 向下游压力p2 慢慢地下降,如图4 -8(b) 所示。因此在收缩流动的倒角处很难发生气穴现象。实际上在倒角入口处,因为有流束的分离、收缩, 在该处有一压力下降的现象。

 

 

图4-8   锥阀在倒角处压力分布

4、锥阀口气穴的分析

液流通过阀口时,表征气穴发生倾向的系数K为下游压力p2 与上下游压力差Δp = p1 - p2 之比值,即:

                                                          式4-3

K 值越小,越容易发生气穴。

在阀口流量处于闭锁状态时, 因倒角入口处的压力几乎等于零, 此时的流量可用上游压力p1 与倒角入口处的压力p0. 1 之差表示为:

                           式4-4

式中　Cqc ———临界流量系数,不发生气穴的最大流量系数。

由式(2) 、(3) 、(4) 可得到:

                                                   式4-5

当锥阀口的s/ h 变化时, 求出气穴产生的临界气穴系数Kc 如图4-9 所示。

 

图4-9   锥阀口的零界系数

由图可知,在s/ h 接近1 时, Kc 值最大, 因而最容易产生气穴。当s/ h 再增大时, Kc 值开始减小。s/ h 在0 ～ 2 时, Kc 值较小,即不容易发生气穴现象。另外从图4 能够看出扩散流动比收缩流动容易产生气穴, 而从图5 也可看出, 收缩流动的Kc 值均较扩散流动的Kc 值为小,即扩散流动比收缩流动容易产生气穴。

5 、结论

由以上分析知,为了避免或尽量减少气穴产生的可能性,在设计锥阀时,需要注意,如果取阀座的倒角长度S ,节流处间隙h ,当S / h ≈1 时,容易产生气穴,而且随着气穴的产生,流量和轴向推力发生不连续的变化。另外, 阀座有倒角时,扩散流动也比收缩流动容易产生气穴。气穴系数K 的临界值为0.4。

 

第三节   气泡的处理措施

一、防止空气混入的措施

1、选用的油液要保证油品质量和适宜的粘度。严格按油尺标准加油，特别是对装有大型液压缸的液压系统，除第一次加入足够的油液外，当启动机械后，油进入液压缸后，油面会显著下降，甚至使滤清器漏出油面，此时需重新加注油液。保持系统清洁。加油时必须注意清洁，切勿带进水分和杂质；加冷却水时，水中一定不要含腐蚀物质。工程机械的各种油液油尺均标有上限和下限刻度，控制油量的正常标准有利于降低穴蚀。应定期清洗磁铁粗滤器，更换各种滤芯，保持油液清洁。注意检查油位。油质和油色，如果发现工程机械液压系统中有水珠、油液变成乳白色或油液呈泡沫状时，应仔细查找水和空气的来源，检查油冷却器和各管接头处的密封性。

2、定期清洗或更换滤油器。

3、油箱设计要合理。如进出油管的距离应有一定的间隔。

4、回油管应在插在最低油面以下（约10mm），回油管要有一定的背压，约0.3-0.5Mpa。

5、注意各种液压元件的泄漏情况，应为泄漏点也是进气的地方。

6、在没有排气装置的油缸上增设排气装置或打开最顶端的接头放气。

7、在油中添加消泡剂。

二、液压泵的气穴防治方法

1、严格按照使用说明书上的使用方法使用。

2、吸油管内流速控制在15m/s以内，管子尽量缩短且减少弯曲。

3、要定期清洗或更换吸油滤油器。要使滤油器在液面以下。

4、管接头要拧紧，防止空气进入。

5、防止油温过高，合理设计散热系统，保证油温正常。如果出现故障，应进行分析，及时排除。如出现油路不畅通，冷却水过少或内、外泄漏时，应立即排除。

6、减少液压冲击。操纵各液压操纵阀、分配间不宜过快、过猛，也不宜过于频繁地加大油门，以减轻液压冲击。

7、保持各结合面的正常问隙。在制造或修理时，按装配的公差下限装配可以减少穴蚀的影响。如已发生穴蚀现象，只能用金相纸抛光除去积炭，切不可用一般的细砂纸打磨。

8、正确保养冷却系统。保证散热器压力盖完好并能正常工作，可以减少穴蚀的产生；让冷却系统的温度保持在合适的范围，以降低气泡破裂的能量；使用适量的冷却液添加剂，可抑制锈蚀作用。

9、操作过程要平稳，避免压力冲击。

三、节流处气穴的防治（具体请看上节关于液压锥阀的气穴研究）

1、尽量减小压差，若不能减小压差，可以用多级节流的方法，使每级压差减少。

2、选择节流性能好的阀口形式，要有一定背压。

3、尽力减少通过的压力和流量。

四、传统气泡去除方法的剖析
　　人们对气泡研究及其危害性的认识虽然存在不同的看法，但在液压装置的设计制造过程中均考虑了气泡的去除问题，那就是利用系统中必备的油箱进行气泡的去除，尽管油箱的结构上采取了多种措施，如水平截面积大于油液深度、设置隔板而延长油在油箱内的停留时间、进出油口尽量设置得远些以及体积要大等。但从气泡去除效果以及装置结构方面来看仍有下列不足：
1、气泡去除效果差
　　采用油箱自然去除法，就是靠气泡自身的浮力而自行浮至油面溶入大气的方法。如果气泡界面的油液没有作向上运动的话，完全要靠自身浮力克服油液的摩擦阻力而向上运动。由于泵的搅拌作用，微细化后的气泡再经阀口高速喷出成为乳化液状气泡，即使在油箱内滞留相当长的时间，靠自行浮上也是极其困难的。因此，仅靠油箱来去除气泡，其效果是相当差的，研究和开发强制式气泡去除装置势在必行。
2、液压装置结构增大
　　油箱除具有储油、冷却功能之外，体积大的一个根本原因就是考虑气泡的去除，我国

油箱的体积一般为泵流量的3~5倍，美国行业规定油箱的体积不得小于泵流量的3倍。由于采用大体积油箱，往往使装置整体结构变大，且不经济。

五、强制式气泡去除器

由于传统气泡去除方法存在不足，现在应用一种新型的气泡处理装置，处理效果大大改善。
1、 基本结构与原理
　　强制式气泡去除器主要由进油腔、工作腔、导向叶轮、出油腔及排气管等组成。当油液从切线方向进入油腔时，以一定的动能冲向导向轮叶片，在导向轮的作用下，液体作螺旋加速运动，由于油液质量大于气泡质量，在离心力的作用下，气泡向中心轴线处集聚，中心轴线上的压力是随着液流螺旋加速度的增加而递减的，在工作腔最小直径处的中心压力最低，气泡在中心轴线上的压差和接近中心液流的连带作用下向工作腔最小直径处运动而集合，在工作腔与出油腔结合处的右侧附近，液流由于没有螺旋运动，所以此处的压力高于出油腔入口处的压力，大量聚积起来的气体在压力的作用下通过排气管排出装置之外。
2、本装置的主要特点
　　（1）由于液流的在工作腔的旋流半径很小，气泡很容易向中心方向移动。还有在工作腔的液体，有较大的离心加速度，所以在半径方向上形成了较大的压力梯度，十分有助于气泡的析出。
　　（2）进入到工作腔的液体在导向叶轮作用下具有较大的角动能，促使液体能够维持较长距离的加速旋转运动，这就增加了气泡随油在工作腔内的旋转次数，所以有着相当高的气泡去除效率。
　　（3）本装置具有较大的压差范围，所以有较大的流量适应区域，即对于某一规格的装置来说，最大流量不小于最小流量的三倍，通过控制进油压力，可使本装置在一定流量范围内的任一流量下均处良好的气泡去除工况。
　　（4）适用于动力传递介质的任何粘度油液的气泡去除。
　　（5）由于本装置体积较小，可以忽略其内部通流液体的重量，所以具有任意的安装位置，而不影响汽泡去除效果。
3、应用方式及其效果
　　（1）单独作用。将本装置的进油腔与系统回油路相接，出油腔直接通向油箱，一遍去除效果最高可达99.9%。
　　（2）与泵组合使用。将本装置的进油腔与系统回油路相接，出油腔与泵的进油口相接，一遍去除效果最高可达100%。
　　两种方式共同的特点：一是均安装于油箱内，不怕泄漏；二是安装方便，组成简单；三是无需专用动力，节省能源。
　　就谋求油压系统高效率、低成本，把着眼点放在油的质量上，这种说法一点儿也不过份。从液压装置的使用成本来看，除了动力源耗能之外，就要数液压油了。如果能延长油的使用周期，那么就可以使液压系统长时间地处于高效率、低成本的良好状态。事实说明，要使液压油长时间的质量稳定，关键的问题是要解决好油中混入空气这一对油液危害最大的难题。因此，开发和应用强制式液压油气泡去除装置有着十分重要的意义。

 

第四节 
应用实例---关于液压缸的气蚀的防制

液压缸的质量好坏对工程机械的使用效能有着重要的影响。我们在对工程机械的液压缸进行维修时，经常可以看到液压缸内壁、活塞或活塞杆表面有一些蜂窝状的孔穴，这都是气蚀所致。液压缸发生气蚀的危害是相当大的，它会导致配合表面变黑，甚至出现支承环、密封圈烧焦的现象，从而造成液压缸产生内泻。当气蚀与其他形式的腐蚀共同作用时，将会几倍甚至几十倍地加速液压缸主要零件的腐蚀速度，从而严重影响工程机械的正常使用。因此，对液压缸的气蚀作针对性的预防，是十分必要的。

一、产生气蚀的主要原因

1、气蚀的实质分析。气蚀的产生，主要是由于液压缸在工作过程中在活塞和导向套之问的油液中混人了一定量的空气。随着压力的逐渐升高，油液当中的气体会变成气泡，当压力升高到某一极限值时，这些气泡在高压的作用下就会发生破裂，从而将高温、高压的气体迅速作用到零件表面上导致液压缸产生气蚀，造成零件的腐蚀性损坏。

2、液压油质量不合格导致气蚀。保证液压油的质量，是防止产生气蚀的一个重要因素。如果油液的抗泡沫性差，就很容易产生泡沫，从而导致气蚀的发生。其次，油液压力的变化频率过快、过高，也将直接造成气泡的形成，加速气泡的破裂速度。油过热也会增加气蚀发生的几率。

3 、制造及维修不当导致气蚀。由于在装配或维修时未注意使液压系统充分排气，从而导致系统中存有气体，在高温、高压的作用下即可产生气蚀。1-4冷却液质量有问题导致气蚀。当冷却液中含有腐蚀介质，如各种酸根离子、氧化剂等，则易发生化学、电化学腐蚀等，在它们的联合作用下，也会加快气蚀的速度；若冷却系统维护得好，就可以使散热器的冷却液压力始终高于蒸气压力，从而防止气蚀的产生。性能良好的节温器可以使冷却液保持在合适的温度范围内，就能降低气泡破裂时所释放的能量。

 

二、预防措施

预防气蚀的措施虽然气蚀的产生原因是多方面的，但只要采取必要的措施进行积极地预防，气蚀现象还是可以避免的。

1、严把液压油选用关。严格按照用油标准选用液压油。选用质量好的液压油．可以有效地防止液压系统在工作过程中出现气泡。在选用油液时，应根据不同地区的最低气温进行选择，并按油尺标准加注液压油，同时还应保持液压系统的清洁(加注液压油时，应防止将水分和其他杂质带入)，经常检查液压油的油质、油位和油色，如果发现液压油中出现水泡、泡沫或油液变成乳白色时，应认真地查找油液中空气的来源，并及时消除。

2、防止油温过高，减少液压冲击。合理设计散热系统、防止油温过高，是保持液压油油温正常的关键。如果出现异常，应查找原因，及时排除。在操纵液压操纵杆和分配阀时，要力求平稳，不宜过快、过猛，也不宜频繁地加大发动机油门，尽量减轻液压油对液压元件的冲击。同时，还应及时地维护冷却系统，使冷却系统的温度保持在合适的范围内，以降低气泡破裂时释放的能量。在不影响冷却液正常循环的同时，可以适当地添加一定量的防腐添加剂来抑制锈蚀。

3 、保持各液压元件结合面的正常间隙。在制造或修理液压缸的主要零件(如缸体、活塞杆等)时，应按照装配尺寸的公差下限值进行装配，实践证明，这样可以很好地减少气蚀现象的发生。如果液压元件已经出现气蚀现象，则只能采用金相砂纸抛光技术除去气蚀的麻点和表面积炭，切不可用一般的细砂纸进行打磨处理。

4、 维修时要注意排气。液压缸在维修后，应使液压系统平稳地运转一定的时间，以使液压系统中的液压油得到充分循环；必要时，可将液压缸进油管(或回油管)拆开，使液压油溢出，以达到单只液压缸排气的效果。

 

三、总结

液压缸是工程机械的重要作业部件，它一旦出现故障将直接影响工程机械的正常使用，气蚀现象是液压缸的主要故障之一。正确认识、了解气蚀现象产生的原因，及时采取措施预防，将大大延长液压缸的使用寿命。

第五章   液压冲击

在液压系统中，控制元件或工作负载的状态发生突变时，由于液流和负载质量的惯性作用，致使系统中的局部压力急剧升高并交替变化，这种现象称为液压冲击。液压冲击所产生的冲击压力可高达正常工作压力的3~4倍，常使得密封元件、管道或其他液压元件遭到破坏，并产生振动和噪声，使液压系统升温，导致连接件松动漏油，使压力阀的调整压力发生改变，严重时可使系统完全损坏，甚至造成人身安全。

压力冲击是一个比较单一、故障部位和产生原因涉及面较小的故障。进行分析判断时，要以故障产生的机理为线索，对系统进行认真仔细的分析，在确定系统压力正常的清空下，着重考虑换向阀的换向性能，油缸的缓冲作用，以及与之连接的机械机构是否完好，就可以顺利的解决故障。

 

第一节    产生原因

一、对管路中阀口突然开闭产生的液压冲击产生原因

如图3-1所示，管路左端连接一体积较大的容积（如液压缸或蓄能器），右端装有阀门。当阀门开启时管道中的流体以流速v流动，设管路中压力恒定不变，若阀门突然关，则管路中流体立即停止运动，即产生完全液压冲击。液压冲击的实质是管路中的流体突然停止运动而导致动能向压力能的瞬间转变。

根据能量守恒定律，经计算推导得出完全液压冲击时压力升高值为为：
                                                    式5-1

                                               式5-2

式中：Ρ———流体密度

c———冲击波在管路中的传播速度

ν———流体速度

Ρmax———流体峰值压力

Ρ———流体正常工作压力

由上式可知，对于一定的油液种类和管路来说，和均为常数，唯一只能减小的方法是加大管路同通流截面以降低流体速度值。

 

图5-1   管道中液压冲击

由图5-1，分析液压冲击的过程，液压冲击的实质主要是管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬间转变，其产生的主要元器件是液压缸和换向阀

时      间	过      程
t=0	阀门瞬间闭死
t=0→Ι/C	管中液体自阀门开始向容腔方向依次停下，动能变为压力能，认为有一高压波以波速c由阀门向容腔推进
t=Ι/C	整个管内液体ν=0，处于冲击压力作用下。容腔和管道交界面处于压力不平衡，管道中压力大于容腔中的压力
	由交界面开始，管中液体依次向容腔方向松动，已流速向左运动，压力依次恢复正常压力，认为有一正常压力波由容腔向阀门推进
	管中压力恢复正常压力，但以流速向左运动，液体有脱离阀门的趋势
	从阀门开始管中液体依次停下，压力也依次下降为低压，认为有一低压波由阀门向容腔推进
	整个管内液体，处于低压作用下，容腔和管道交界面处于压力不平衡，容腔中压力大于管道中的压力
	由容腔开始，液体依次向阀门方向流动，恢复正常压力和正常流速，认为一正常波由容腔向阀门推进
	管中液体以流速向右运动，压力以正常压力，和液压冲击未发生前的情况一样，如此结束液压冲击的一个循环
	以后的过程周而复始地继续下去。但由于液体由粘性，液体和管道有弹性，所以在液压冲击中要消耗能量，实际上，液压冲击时管道中的压力变化是一个围绕正常压力的逐渐衰减的振荡过程

表5-1   液压冲击的过程

表5-2   关闭液流通道时管内液压冲击的压力升高值

 

二、高速运动的部件突然被制动、减速或停止而产生的液压冲击

例如：液压缸活塞在行程中途或缸端突然停止或反向，主换向阀换向过快，均会产生液压冲击。

三、系统产生故障原因

系统中含有大量的空气。液压油温度升高，黏度降低，泄漏增加，节流缓冲作用减弱。系统压力调节过高。系统设计不合理，在速度和压力转换环节中都会产生液压冲击。

四、某些元件动作不够灵敏

如系统压力突然升高，但溢流阀反映迟钝，不能迅速打开便会产生压力超高现象。

第二节   处理措施

一、 换向时产生的冲击

1、减慢换向阀的关闭速度，即加长换向时间t。方法是:在换向阀两端采用阻尼器采用单向节流阀调节换向阀的动作速度。如果速度比较稳定，在换向阀两端的油口的接头里加装一个阻尼板。采用电磁换向阀的换向回路中，因速度快而产生的液压冲击，可以换用带阻尼装置的电磁换向阀；适当调低换向阀的控制压力，防止换向阀两端油腔产生渗漏。

2、在滑阀完全关闭前减慢液体的流速。办法时：改进换向阀进、回油口控制边的结构。换向阀进、回油口控制边的结构有直角形、锥形和轴向三角槽形等多种型式。当采用直角控制边时，液压冲击较大；采用锥形控制边时，如制动角大，则液压冲击较大；采用三角槽形控制边，则制动过程教平稳；采用先导阀预制动的效果较好。在阀芯的棱边上开长方形或V形直槽，或做成锥形（办锥角为2°～5°）节流锥面，较之直角形控制边液压冲击减小。

3、正确地选择三位换向阀的中位机能。对于多泵分别驱动开式系统，如果供油泵不提供控制油液，换向阀可以选择H型、M型、K型、X型机能，换向阀处于中位瞬间，可实现泵的卸载或基本卸载运行，避免泵与换向阀之间产生液压冲击。如果供油泵提供控制油液，换向阀中位可设计成X型机能或在回油路上设置背压阀，使换向阀处于中位瞬间，由于阀节流口的作用或背压阀的作用，液压泵处于低压状态运行，回路仍保持一定的压力，这样即可满足控制回路的压力要求，又可缓解泵与换向阀之间的压力冲击。对于单泵联合驱动开式系统，换向阀的中位机能应考虑控制回路的要求。

4、适当加大管路的管径，缩短换向阀与油缸之间的管路，减少管道的弯曲。

5、如平面磨床及外圆磨床上快跳动作不能越位，即在结构与尺寸的匹配上保证换向阀快跳后处于中间位置。液压缸左右两腔互通连通油池，可减少制动时的冲击压力。

 

二、高速运动的部件突然被制动、减速或停止而产生的液压冲击

1、对液压缸活塞在行程中途突然停止或反向等所产生的液压冲击。在液压缸进出油口处分别设置，反应快、灵敏度高的小型安全阀；采用动态特性好（如动态调量小）的压力控制阀；减小驱动能，即在所能达到的驱动力的情况下，尽可能的减小工作压力；在带有背压阀的系统中，适当的提高背压阀的工作压力；在立式快速下降的液压控制回路中，应设置平衡阀（立式液压机）或背压阀（卧式液压机）以控制下降或水平运动时的冲击速度；采用双速转换。

2、对液压缸活塞在行程终端突然停止或反向等所产生的液压冲击。这种情况一般在液压油缸中设置缓冲装置，来减慢活塞运动速度。如在液压缸进、出油口加装单向节流阀或减速阀。

3、设置行程（开关）阀。

 

三、系统产生液压冲击其他注意事项

1、在系统中设计蓄能器（蓄能器的作用：储存能量，减少冲击），以吸收回路中的瞬时高压；

2、采用液压软管吸收液压冲击能量。

3、防止系统进入空气、注意油温。

4、油缸缸体配合间隙过大，或者密封损坏而工作压力调节过大时都容易产生冲击。

 

第三节   应用实例

例1：速度转换时产生的冲击故障

现象：如图5-2（a）所示系统中，由换向阀1对调速阀2和3进行转换，使液压缸进行动作，该系统在工作过程中所产生的液压冲击如5-2（b）所示，即开始慢速启动时

 

图5-2液压系统故障图例

 

图5-3  液压系统改进图例

也会产生液压冲击，由快速转换慢速时同样也会产生液压冲击。

产生上述故障的原因：首先看此系统设计是否完善，系统没有教明显的液压冲击的因素。由此看来此液压系统的回路并不完美。但按照第一节介绍的液压冲击产生的机理分析，符合第一条体积较大容腔到较小管道的转换原则，存在动能向压力能的瞬间转变。调速阀2和3串联，出现调速阀3出来的压力能经过调速阀2和3两次急剧变化，从而使系统压力产生液压冲击。

系统改进：如图5-3所示，将调速阀2和3并连起来，并不影响系统的动作要求，以消除流量转换时所产生的液压冲击。目的是使慢进转快进和快进转慢进的过程中的冲击均消失。再去掉换向阀5，这样使调速阀2和3在油缸慢速启动前进入工作状态，而不是在油缸慢速启动后慢慢进入工作状态。这样就可以消除慢速启动时的液压冲击。

 

 

例2:ZL50装载机动力换档冲击分析及处理

ZL50装载机采用液力机械传动方式, 具有变速平稳、传动比大、作业效率高和无级变速等特点, 是一种应用广泛、性能良好的国产工程机械。使用中有时出现换档冲击故障, 即换档后装载机不能平缓起步, 而是出现短暂的动力传递中断, 然后猛然结合, 使整机出现荷载冲击现象。

一、 ZL50装载机变速器档位

其变速器采用行星齿轮式动力换档变速器,在变速器前部采用双涡轮液力变矩器, 两个涡轮输出轴采用超越离合器连接起来； 变速器后部采用两个行星排, 具有两个前进档和一个倒档。ZL50装载机液力传动机械如图5-4所示。

变速器挂入前进1档时, 制动器11起作用,把右行星排齿圈锁住, 这时左行星排不起作用,仅右行星排传动。动力由变速器输入轴5经太阳轮从行星架、2档受压盘18传出。变速箱挂入前进2档时, 离合器12起作用, 输入轴5、输出轴和2档受压盘18直接相连, 因此这时为直接档。变速器挂入倒档时, 制动器9起作用, 将左行星排的行星架锁住, 此时右行星排不起作用, 仅左行星排传动。动力由输人轴5经太阳轮从齿圈、二档受压盘18传出。

 

图5-4   ZL50装载机液力传动机械示意图

 

二、操作系统

换档操作系统为液压式, 主要由液力变矩器、变速操作阀和换档操纵油缸组成。

1、故障分析

ZL50装载机变速器的变速操作液压系统结构如图3-5所示。变速操纵阀主要由主压力阀、弹簧、蓄能器、换向阀和制动脱档阀组成。主压力阀的作用是保证变速器操纵阀的适当油压(1.1~1.5MPa)把压力油一方面通向变速操纵阀, 另一方面通向液力变矩器, 当油压过高时还可起安全保护作用。换向阀用于控制两个制动器和一个离合器的工作, 从而根据使用需要变换不同的档位。制动脱档阀用于制动时使变速器自动脱档, 从而增强制动效果并减少动力消耗。

从图5-5可知, 保证装载机平稳换档的关键零件是弹簧蓄能器和主压力阀。其工作原理: 蓄能器端部的活塞装在活塞缸内, 下方顶在弹簧上,大小弹簧下端分别顶在主压力阀和壳体的凸台上。活塞上端与端部的螺塞间形成油室A, 并通过油道与换向阀的连通油道相通。在这段油道上装有单向阀和节流孔。换档时油路的液压流入换档离合器的油缸, 从而使油路中油压降低, 蓄能器油室A的油室经单向阀补充油液, 使制动器或离合器迅速结合。同时由于油室A的油流出, 在主压力阀控制油道(a-b)的作用下, 阀杆左移使系统的油压下降, 当主、从动盘贴紧时, 油缸停止移动, 油压上升, 一部分油液经节流孔流向油室A, 油室A的压力逐渐升高, 推动活塞右移, 压缩弹簧, 主压力阀的阀杆右移, 这样系统的油压便逐渐升高, 使主、从动部件结合平稳, 实现平稳可靠换档。

 

图5-5    变速器操纵液压系统

单向阀的作用在于及时向换档制动器或离合器的油缸补油, 使换档迅速。同时在补油后, 使主压力阀的阀杆左移, 降低换档开始时系统的压力。节流孔的作用在于换档后使系统的压力逐渐地上升, 从而换档制动器或离合器的主、从动摩擦片逐渐压紧, 使换档柔和无冲击。从以上换档时变速操纵阀的动作过程分析见, 实现平稳换档需要弹簧蓄能器与主压力阀的配合, 使油压在换档后逐渐上升。假如没有弹簧蓄能器及油道上的单向阀和节流孔, 也能换档, 但换档过程由于没有系统油压的先降后升, 必然是有冲击的。

在实践使用中, 如果出现换档冲击, 应先检查位于油室A的端间的阀体上的单向阀的节流孔有无堵塞, 可以用压缩空气或细铜丝疏通。另外, 由于只有弹簧蓄能器的活塞和主压力阀的阀杆的移动才能实现系统油压的变化, 因此也需要检查活塞和阀杆有无卡死现象。根据实践经验,如果油路系统没有按照规定时间清洗, 油液杂质过多, 容易导致节流孔的堵塞和活塞的卡死。这是导致换档冲击的常见原因。

2、 故障处理

为了保证ZL50装载机变速性能完好可靠, 一方面需要保持整个液压系统的清洁, 防止杂质堵塞液压油管; 另外在维修保养过程中必须保证主压力阀的工作压力处于厂家设定的范围内, 否则需要进行调整。

 

第六章  液压系统温升发热

第一节    液压系统高温的危害

液压系统的温升发热和污染一样也是一种综合故障和表现形式。液压系统在进行能量传递的过程中不可避免要造成一定的能量损失，致使系统油温升高，一般油温控制在30～55℃的范围内比较理想，因为此时油液的粘度、润滑性和耐磨性均处于最佳状态，系统传递效率最高。温度过高将会引起一系列故障的发生。

(1)使机械产生热变形，液压元件中热胀系数不同的运动部件因其配合间隙变小而卡死，引起动作失灵、影响液压系统的传动精度，导致部件工作质量变差。

(2) 使橡胶密封件变形，加速老化失效，降低密封性能及使用寿命，造成泄漏。

(3)使油的粘度降低，泄漏增加，泵的容积效率和整个系统的效率会显著降低。由于油的粘度降低，滑阀等移动部件的油膜变薄和被切破，摩擦阻力增大，导致磨损加剧。如导致溢流阀锥阀阻尼降低，使锥阀稳定性变坏，引起自激振荡噪声，溢流阀高频啸叫，使溢流阀不能正常工作。

(4) 加速油的氧化。根据氧化的机理可知，油温在60℃以上时每升高10℃，其氧化速度成倍递增。油温的升高是促进油液氧化的主要原因。氧化后的油液通常都会生成酸性化合物，引起系统中金属件的腐蚀现象。所以更容易产生渣泥，连同铁锈、金属屑等机械杂质又作为氧化过程的催化剂，使油液加速氧化。一般希望油温能在90℃以下，使其具有好的化学稳定性。并析出沥青物质，降低液压油的使用寿命。析出物堵塞阻尼小孔和缝隙式阀口，导致压力阀卡死而不能动作、金属管路伸长而弯曲，甚至破裂等。

(5)使油的空气分离压降低，油中溶解空气逸出，产生气穴，致使液压系统工作性能降低。

各种机械设备对液压系统温升均有严格的规定，并且有关的国家标准或行业标准，比如机床行业的机床液压系统应贯彻JB/T 10051—1999《金属切削机床液压系统通用技术条件》中规定，液压系统温升不得超过30℃。

第二节 液压系统发热的原因

一、外部热源

液压设备使用场地不同，其外部热源也各不同。例如:热带地区的高温；热加工处理设备（炉子、浇铸机等）本身温度较高，且设备周围散热条件不良所引起的热源等。

二、内部热源

液压系统的各种能量损伤必然带来发热温升。液压装置一般情况和液压系统的能量损失情况如图6-1与图6-2所示，根据能量守恒定律，这些能量损失必然转化为另一种形式----热能，从而造成温升、发升。

 

图6-1   液压装置一般损失情况

 

图6-2    液压系统的能量损失情况

1、机械磨损损失。由两个或两个以上的零件的相对运动，如滑阀与阀孔之间，柱塞与缸筒之间的摩擦而产生的热量。

2、压力损失。由液体流过的管道、阀孔、节流孔等引起。

3、容积损失。由高低压两腔之间的内泄漏以及管接头处的外泄漏引起。

三、设计不合理

目前液压系统温升过高，有相当一部分是由于设计和装配不当引起，可以归纳为以下几个方面。

1、油箱面积小、散热条件差及散热系统出现故障时导致温度升高

油箱面积应根据不同系统的使用状况和散热条件来确定。设计不合理，安装位置不当，可造成散热不良，使油液发热。

散热器是液压油的冷却装置，一般多采用风冷式结构。当其上的散热片表面沉积污物过厚时，将造成散热器通风不良，致使油液过热。带节温装置的散热系统，如节温器失去作用，也将造成系统油温过高。油箱中液面过低时系统循环的油量不足，也会出现油温过高的故障。

2．压力调整不当造成系统温升过高

当系统压力调整过高时，溢流阀不能正常溢流降压，造成内泄漏增加，致使系统油温升高。对回油路上带背压阀的液压系统，若背压阀调压过高，也会因回油阻力过大而造成温度过高。当回油滤芯堵塞或回油管路老化脱层时也将造成背压偏高，增加油液流动时的压力损失，造成温升过高。

3．液压油牌号选择不当造成系统油温过高

标志油液牌号的重要参数是油液粘度指标。油液粘度大小直接影响系统工作状况，粘度过高，油液流动损耗增加，传递效率降低，造成油温升高；粘度过低，泄漏量增加，系统容积效率下降，也会造成油温升高。反过来，温度又是影响油液粘度的重要因素，如图6-3为L—AN32粘温特性曲线，由图可知，油液粘度随温度上升而显著下降。如油液牌号选用不当，特别是油液粘度选用不当，将严重威胁液压系统的正常工作。

 

图6-3     粘温特性曲线

4．变速箱换档制动片滑摩产生油温过热（属于机械磨损）

变速箱换档制动片滑摩产生的热量是液压传动系统油温过热的另一主要原因。变速箱换档制动片在开始接合与开始分离的瞬间有极短时间的滑摩，这是机械无法克服的。这时液压传动油就起到润滑与冷却的作用，换句话说，滑摩产生的热量要传递到液压传动油中。如滑摩时间过长，液压传动油的工作温度就会迅速升高。造成变速箱换档制动片滑摩时间较长的原因主要有三个。

(1)摩擦制动片磨损严重，摩擦力减少，转矩大时无法达到完全接合。

(2)换档工作液压缸的压力达不到规定值，致使制动片夹紧无力。工作油缸压力降低的原因是系统内密封失效，产生内泄或液压泵磨损严重，供油压力不足或压力调节阀被卡住或弹簧失效。

(3)传动油过滤器阻塞，油路不畅，流量不足，压力建立迟缓。

5、液压元件选择不当

例如：油液流过阀口时压力降低，换向阀换向时液压冲击过大，滑阀与阀孔之间的间隙过大导致泄漏等。

（1）定量泵回路中的溢流流量过大。采用定量泵节流调速调速系统其溢流量过大，使油液发热严重。当活塞移动速度由快进转至工进时，实际通过节流阀的流量是泵输出流量的30%，则经过溢流阀的流量是泵的70%,如果活塞工进行程时间占整个工作时间T的30%，则在这种情况下的发热损失功率为

（3）管道内油流速选择过高，使管道内压力降增大，尽量使管道弯曲减少，特别是90°的弯头。

6、加工制造和使用不当

元件加工精度以及装配质量不良，相对运动件之间的机械摩擦损失大。

相配合件的配合间隙太大，或使用磨损后导致间隙过大，内、外泄漏量过大，造成容积损失大，如泵的容积效率降低，温升快。

 

四、发热损失功率的计算

液压系统的发热损失功率，应根据具体系统的实际压力损失和容积损失进行逐项计算。

1、 泵的发热损失功率

第三节    防止温升的措施

一、合理设计油箱

油箱除了储油之外，还有一个作用就是散热。油箱面积小，散热条件差会导致温度升高，所以，改善散热条件，有效地发挥箱壁的散热效果，适当地增加油箱容量，是抑制液压系统油温过高行之有效的办法。

一般的实践经验，开式液压系统油箱的有效容积为泵每分钟流量的3～5倍。在系统连续工作时，应按计算发热量来确定。油箱的有效容积为

从上面的公式可求出油箱的有效容积，以便为系统提供合理的散热面积。

若不便于增加油箱容量，可采取强迫冷却措施即安装冷却装置降温。图6-4所示是冷却器的一种连接方式，油冷却器在液压系统中应串联安装在回路中或在溢流管路中，因为这时的油液温度较高，冷却效果好。液压泵输出的压力油直接进入液压系统，已经发热的回油和溢流阀溢出的热油一起通过油冷却器进行冷却。并联的安全阀用来保护油冷却器，当不需要冷却时将截止阀打开。

 

图6-4油冷却器的连接方式

1.过滤器   2.油泵   3、6．溢流阀   4．截止阀   5．安全阀

二、合理选择液压油

合理选择液压油，针对某一液压系统，只能选用特定的粘度范围且粘温特性曲线变化尽量小的液压油。若粘度偏高，应更换粘度较低的液压油。对于不同精度液压设备，应选择相应档次和质量的液压油，并尽可能采用粘温特性曲线变化较小的液压油。如有特殊情况可用牌号指标相近的油液代用，但严禁不同牌号的油液混用，否则将因油液变质，而使油温过高。

同时，工作油在使用过程中的状态经常发生变化，应经常观察，防止使用变质油液。对于工作油气泡、水油混合物、污染等要特别注意。工作油的适用期取决于其清洁程度，它与机器作业条件、工作油质量、油温和过滤精度有关。当油温超过规定值时，即应卸载进行空运转，待油温正常后再工作，必要时要检查过热原因并予以排除。

三、选用节能液压泵

使系统产生热量损失并使油温升高的主要根源之一就是液压泵，所以选用节能液压泵非常重要。限压式变量叶片液压泵适用于机床执行元件有快速行程和工作进给的情况。机床快速前进时，液压泵的供油压力小于预先调定的压力，泵的流量接近最大；当机床工作进给时(有负载)，泵的供油压力大于预先调定的压力，泵的流量急剧下降。这说明限压式变量叶片液压泵的排量与系统的需要量相适应，它和采用一个高压大流量的定量泵相比节省了功率损耗，减少了油液发热，可控制温升。

四、设计卸荷回路

当液压机械短时间停止工作，或在某段时问内保持很大压力，而运动速度极慢时，液压泵的油液经溢流阀流回油箱，而溢流阀的压力已调定，这样，溢流阀就会在消耗很大能量的情况下工作，使系统温度升高。所以，必须设计液压泵卸荷回路，减少能量损失。

图6-5所示为用换向阀使液压泵卸荷的回路，换向阀在中问位置时，液压泵可通过换向阀连通油箱。在这个位置时，机床执行元件停止工作。

 

图6-5   用换向阀使液压泵卸荷的回路

实例分析——外啮合齿轮泵由温升造成的失效

在长时间过度的超载和油温作用下，齿轮泵会过早失效，具体表现为以下一些现象和特征。

一、浮动侧板内侧与齿轮轴轴肩互相咬死。

拆卸后会发现，侧板内侧被拉毛。这是因为在高温高压的作用下，侧板与齿轮轴轴肩的相对间隙变小，使它们在相对高速旋转的过程中互相挤压。这样，在径向不平衡力和油液中固体颗粒污染物的复合作用下，就极易咬死。

二、轴承和齿轮轴相互咬死

在高温的作用下，DU轴承与齿轮轴的相对间隙变小，加速了轴承的磨损；在高压的作用下，齿轮和轴承受到过高的径向不平衡力，加速轴承的磨损。当轴承严重磨损后，轴承和齿轮轴之间润滑油膜被破坏，摩擦阻力增加，磨损增大，造成轴承和齿轮轴咬死。另外油温过高引起粘度下降，也会引起润滑油膜的破坏。

三、齿轮泵壳体内壁吸油偶严重磨损(即扫膛)

过高的油温使齿顶与泵壳体之间的径向间隙变小；压力越高，径向不平衡力也越大，当径向不平衡力很大时，能使齿轮轴弯曲，使齿顶与泵壳体内表面接触，造成严重磨损。从表1中可以看出，扫膛所占的比例达到29％ ，相对较高。因此，对油温和压力必须加以控制。另外，过高的油温会导致侧板外侧沟槽内的支承环变软、密封圈硬化。而过高的压力极易引起轴封的损坏。