数控机床液压控制系统的日常维护优化

一、基本组成元件

一个完整的液压系统所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。液压由于传递动力大、易于传递及配置等特点而在工业、民用行业中得到广泛应用。液压系统的执行元件（液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，从而获得需要的直线往复运动或回转运动。液压系统的能源装置（液压泵）的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能。

1.动力元件

液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候需要注意的主要问题包括消耗的能量、效率、噪声。常见的液压泵如图2-17所示。

2.执行元件

液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸（图2-18）和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换为机械能，从而对外做功。

图2-17　液压泵

图2-18　液压缸

3.控制元件

液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是液压控制元件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀，按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵阀、电动操纵阀等。常用的控制元件如图2-19和图2-20所示。

图2-19　压力控制阀

图2-20　流量控制阀

4.辅助元件

除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。液压辅助元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过这些辅助元件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是由各种液压元件构成的相应的控制回路。

二、基本回路

液压系统在不同的使用场合，有着不同的组成形式。但不论实际的液压系统多么复杂，它总不外乎由一些基本回路所组成。基本回路按其在液压系统中的功能可分为压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多执行元件动作控制回路等。

1.压力控制回路

压力控制回路的功能是利用压力控制元件来控制整个液压系统或局部油路的工作压力，以满足执行元件对力或力矩的要求，或者达到合理的利用功率、保证系统安全等目的。

（1）调压回路：调压回路的功能是控制系统的最高工作压力，使其不超过某一预先调定的数值，如图2-21所示。

压力控制阀是常闭的。只有当系统压力超过溢流阀调整压力时，阀才打开，油液经阀流回油箱，系统压力不再增高，因而可以防止系统过载，起到安全作用。

（2）减压回路：减压回路的功能是在单泵供油的液压系统中，使某一条支路获得比主油路工作压力还要低的稳定压力。例如辅助动作回路、控制油路和润滑油路的工作压力常低于主油路的工作压力。

（3）增压回路：当液压系统中某一支路需要压力很高、流量很小的压力油，且采用高压泵不经济，或根本没有这样高压力的液压泵时，就要采用增压回路来提高压力。

（4）卸荷回路：卸荷回路是在执行元件短时间停止运动，而原动机仍然运转的情况下，能使液压泵卸去载荷的回路。

（5）平衡回路：执行元件与垂直运动部件相连（如竖直安装的液压缸等）的结构，当垂直运动部件下行时，都会出现超越负载（或称负负载）的情况。超越负载的特征是：负载力的方向与运动方向相同，负载力将有助于执行元件的运动。在出现超越负载时，若执行元件的回油路无压力，运动部件会因自重产生自行下滑，甚至可能产生超速（超过液压泵供油流量所提供的执行元件的运动速度）运动。如果在执行元件的回油路设置一定的背压（回油压力）来平衡超越负载，就可以防止运动部件的自行下滑和超速。这种回路因设置背压与超越负载相平衡，故称平衡回路；因其限制了运动部件的超速运动，所以又称其为限速回路。

图2-21　调压回路

2.速度控制回路

速度控制回路包含调速回路和速度交换回路。

（1）调速回路：调速是指调节执行元件的运动速度。典型的调速回路如图2-22所示。

在液压回路中，液阻对通过的流量起限制作用，因此节流阀可以调速。如图2-22所示，将节流阀串联在液压泵与执行元件之间，同时在节流阀与液压泵之间并联一个溢流阀，调节节流阀，可使进入液压缸的流量改变。由于系统中采用定量泵供油，多余的油从溢流阀溢出，所以节流阀就能达到调节液压缸速度的目的。

（2）速度变换回路：速度变换回路是使执行元件从一种速度变换到另一种速度的回路。

3.方向控制回路

方向控制回路的作用是控制液压系统中液流的通、断及流动方向，进而达到控制执行元件运动、停止及改变运动方向的目的。

（1）换向回路：换向回路是通过换向阀使执行元件换向。换向阀的工作原理是利用阀芯和阀体的相对运动使油路接通、关断或变换油流的方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。典型的换向回路如图2-23所示。

图2-22　调速回路

图2-23　典型的换向回路

该回路由液压泵、三位四通电磁换向阀、溢流阀和液压缸组成。液压泵启动后，换向阀在中位工作，换向阀4个油口互不相通，液压缸两腔不通压力油，处于停止状态，换向阀工作时将液压泵与液压缸左腔接通，液压缸右腔与油箱接通，使活塞左移，反之，使活塞右移。

（2）锁紧回路：为了使液压缸活塞能在任意位置上停止运动，并防止在外力作用下发生窜动，须采用锁紧回路。

（3）浮动回路：浮动回路与锁紧回路相反，它是将执行元件的进、回油路连通或同时接回油箱，使之处于无约束的浮动状态。这样，在外力作用下执行元件仍可运动。

4.多执行元件动作控制回路

（1）顺序动作回路：顺序动作回路是在多执行元件液压系统中实现多个执行元件按照一定的顺序先后动作的回路，按其控制方式不同分为压力控制和行程控制两种。典型的顺序动作回路应用在数控机床的夹具上，如图2-24所示。应用顺序阀可以使两个以上的执行元件按预定的顺序动作，在图2-24所示的数控机床的夹具上实现先定位后夹紧工作顺序的液压控制。

（2）同步控制回路：可实现多个执行元件以相同位移或相等速度运动的回路称为同步控制回路。流量式同步控制回路是通过流量控制阀控制进入或流出两液压缸的流量，使液压缸活塞运动速度相等，实现速度同步。容积式同步控制回路是指将两相等容积的油液分配到有效工作面积相同的两个液压缸，实现位移同步。

图2-24　顺序动作回路

三、液压系统日常维护常识

液压系统发生一些故障时，事前往往都会出现异常现象，认真严格的日常检查和保养，对于及时发现和排除小的故障，预防大的事故发生，具有很重要的意义。因此，应重视和加强日常检查和保养。

（1）在让液压系统工作前，应仔细检查各紧固件和管接头有无松脱，以及管道有无变形或损伤等。

（2）在液压泵初次运转前，应向泵内注满油，以防空转损坏液压泵。

（3）在液压泵开始运转时，可采取连续运转的方法（尤其在寒冷地区），观察运转是否灵活。确认运转正常、无异常响声时再进行工作。

（4）如果工作装置液压系统分配阀的工作压力超过或低于规定值，就对其进行调整。

（5）在液压系统进入稳定的工作状态后，除随时注意油温、压力、声音等情况外，还应注意观察液压缸、液压马达、换向阀、溢流阀等元件的工作情况，以及整个系统的漏油和振动情况等。

（6）定期过滤或更换油液。

（7）定期检查、更换密封件，防止液压系统泄漏。

（8）定期检查、清洗或更换液压件、滤芯。

（9）定期检查、清洗油箱和管路。(www.xing528.com)

四、液压系统常见故障及排除方法

1.液压泵故障

液压泵主要有齿轮泵、叶片泵等，下面以齿轮泵为例介绍故障及其诊断。齿轮泵最常见的故障是泵体与齿轮的磨损、泵体的裂纹和机械损伤。出现以上情况时一般必须大修或更换零件。

在机器运行过程中，齿轮泵常见的故障有：噪声严重及压力波动；输油量不足；齿轮泵运转不正常或有咬死现象。

1）噪声严重及压力波动的可能原因及排除方法（说明：下面各句中冒号前为故障的可能的原因，冒号后为排除方法）。

（1）泵的过滤器被污物阻塞而不能起滤油作用：用干净的清洗油将过滤器上的污物去除。

（2）油位不足，吸油位置太高，吸油管露出油面：加油到油标位，降低吸油位置。

（3）泵体与泵盖的两侧没有加纸垫，泵体与泵盖不垂直密封：旋转时吸入空气，泵体与泵盖间加入纸垫；将泵体放在平板上用金刚砂研磨，使泵体与泵盖垂直度误差不超过0.005 mm，紧固泵体与泵盖的联结，不得有泄漏现象。

（4）泵的主动轴与电动机联轴器不同心，有扭曲摩擦：调整泵与电动机联轴器的同心度，使其误差不超过0.2 mm。

（5）泵齿轮的啮合精度不够：对研齿轮达到齿轮啮合精度。

（6）泵轴的油封骨架脱落，泵体不密封：更换为合格的泵轴油封。

2）输油量不足的可能原因及排除方法

（1）轴向间隙与径向间隙过大：由于齿轮泵的齿轮两侧端面在旋转过程中与轴承座圈产生相对运动而造成磨损，轴向间隙和径向间隙过大时必须更换零件。

（2）泵体裂纹与气孔泄漏现象：泵体出现裂纹时需要更换泵体，泵体与泵盖间加入纸垫，紧固各连接处螺钉。

（3）油液黏度太大或油温过高：用20#机械油选用适合的温度，一般20#全损耗系统用油适合在10～50℃的温度下工作。如果三班工作，则应装冷却装置。

（4）电动机反转：纠正电动机旋转方向。

（5）过滤器有污物，管道不畅通：清除污物，更换油液，保持油液清洁。

（6）压力阀失灵：修理或更换压力阀。

3）齿轮泵运转不正常或有咬死现象的可能原因及排除方法

（1）泵轴向间隙及径向间隙过小：轴向、径向间隙过小则应更换零件，调整轴向或径向间隙。

（2）滚针转动不灵活：更换滚针轴承。

（3）盖板和轴的同心度不好：更换盖板，使其与轴同心。

（4）压力阀失灵：检查压力阀弹簧是否失灵，阀体小孔是否被污物堵塞，滑阀和阀体是否失灵；更换弹簧，清除阀体小孔污物或换滑阀。

（5）泵轴和电动机联轴器同心度不够：调整泵轴与电动机联轴器同心度，使其误差不超过0.20 mm。

（6）泵中有杂质：可能在装配时有铁屑遗留，或油液中吸入杂质；用细铜丝网过滤全损耗系统用油，去除污物。

2.整体多路阀常见故障的可能原因及排除方法

1）工作压力不足

（1）溢流阀调定压力偏低：调整溢流阀压力。

（2）溢流阀的滑阀卡死：拆开清洗，重新组装。

（3）调压弹簧损坏：更换新产品。

（4）系统管路压力损失太大：更换管路，或者在压力允许的范围内调整溢流阀。

2）工作油量不足

（1）系统供油不足：检查油源。

（2）阀内泄漏量大，做如下处理：如果油温过高，黏度下降，则应采取降低油温措施；如果油液选择不当，则应更换油液；如果滑阀与阀体配合间隙过大，则应更换新产品。

3）复位失灵

复位弹簧损坏与变形：更换新产品。

4）外泄漏

（1）Y形圈损坏：更换新产品。

（2）油口安装法兰面密封不良：检查相应部位的紧固和密封。

（3）各结合面紧固螺钉、调压螺钉背帽松动或堵塞：紧固相应部件。

3.电磁换向阀常见故障的可能原因和排除方法

1）滑阀动作不灵活

（1）滑阀被拉坏：拆开清洗，或修整滑阀与阀孔的毛刺及拉坏表面。

（2）阀体变形：调整安装螺钉的压紧力，安装转矩不得大于规定值。

（3）复位弹簧折断：更换弹簧。

2）电磁线圈烧损

（1）线圈绝缘不良：更换电磁铁。

（2）电压太低：使用电压应在额定电压的90%以上。

（3）工作压力和流量超过规定值：调整工作压力，或采用性能更高的阀。

（4）回油压力过高：检查背压，应在规定值16 MPa以下。

4.液压缸故障及排除方法

1）外部漏油

（1）活塞杆碰伤拉毛：用极细的砂纸或油石修磨，不能修的，更换新件。

（2）防尘密封圈被挤出和反唇：拆开检查，重新更新。

（3）活塞和活塞杆上的密封件磨损与损伤：更换新密封件。

（4）液压缸安装定心不良，使活塞杆伸出困难：拆下来检查安装位置是否符合要求。

2）活塞杆爬行和蠕动

（1）液压缸内进入空气或油中有气泡：松开接头，将空气排出。

（2）液压缸的安装位置偏移：在安装时必须检查，使之与主机运动方向平行。

（3）活塞杆全长和局部弯曲：活塞杆全长校正直线度误差应小于等于0.03/100 mm或更换活塞杆。

（4）缸内锈蚀或拉伤：去除锈蚀和毛刺，严重时更换缸筒。