液压系统失速和失压的原因及对策.pdf

机电技术 2005 年第 1 期 机电设计研究 91 液压系统失速和失压的原因及对策 林荣川 （集美大学工程技术学院 福建厦门 361006） 摘 要本文以一个中心站的液压系统为例，针对液压传动中，节流调速回路能量损失大，造成液压系统油温升高， 油温的升高会导致液压油的粘度下降，引起液压系统速度和压力的不稳定。介绍采用继电器电路控制冷却水泵可以达到 降低油温的效果，从而稳定液压系统的速度和压力。 关键词 油温 速度 压力 冷却 中图分类号TP271.31 文献标识码A 文章编号1672-4801（2005）01-091-02 1 引言 根据某外资铝制品厂的中心泵站介绍，该中心站的液压系统不能正常工作，液压泵的出口压力上升不 到设定值，执行机构速度上不去，运行一段时间后，情况更为糟糕。针对这种现象技术人员进行仔细分析， 断定是因油温过高而造成的。本文主要介绍根据厂方要求及实际情况，本着经济、高效原则，设计了冷却系 统，解决了油温过高问题，取得了满意的效果。 2 液压系统失速和失压的问题分析 回路如图所示， 液压泵为定量泵， 电液换向阀中位机能为 O 型， 调速阀装在回路上， 采用的是回油节流调速回路。 经检测并调试系统， 发现油箱内温度很高，液压泵外泄油管异常发热，检测液压泵时发现 容积效率较低，说明泵内泄漏严重。检测其它元件未发现异常。液压 泵还存在一定的外泄漏，具有一定压力的油液泄漏回油箱，压力降为 零。根据能量转换原理，因摩擦等原因损失的液体压力能主要转换成 热能，使油液温度升高。又由于泵功率大，油箱散热效果差，且没有 专门冷却装置，使油温超了允许值范围。 油液的温度升高，使其粘度大大降低，系统中各元件内外泄漏 加剧，如此恶性循环，导致系统压力和流量上不去，自然执行元件如 液压缸、液压马达的速度下降。液压传动中，节流调速回路是能量损失较大的一种调速方法，而损失的能量 使油温升高。该回路采用调速阀回油调速，调速阀中的减压阀阀口和节流口都将造成压力损失。另外，回路 中电液换向阀的中位机能为 O 型，液压油不能卸荷，而以较高的压力由溢流阀流回油箱，也造成油箱油液温 度升高。液压系统的温升有些原因是不可克服的，有些原因是可以消除或减轻其影响。从理论上分析，本回 路可以从如下方法着手 （1）加大油箱容量，改善散热条件； （2）增加冷却装置，换向阀中位机能改为可卸荷的 M 型； （3）更用容积效率较高的液压泵。 但从实际情况看，若加大油箱容量，却受空间限制且改造较为麻烦，没有采用方法（1）。而电液换向阀 启动时需要压力推动阀芯移动， 系统应保持一定的压力， 中位机能只能用保压型的 O 型不能用卸荷型的 M 型， 方法（2）也不可取。根据这些分析并考虑使用效果及投入成本，对液压系统不做改变，只从油箱的冷却系统 入手，根据夏季、冬季的温度差异，将冷却系统重新改进设计，很好解决了温升问题。 图 1 液压系统示意图 机电设计研究 机电技术2005 年第 1 期 92 3 冷却系统的设计 液压泵站温控系统组成见图 2。由温度传感器测量油液的实际温度T，并将测得的信号输入给温控器，温 控器有 4 个输出。 设T1为油温的最低极限值，当油温低于T1值时， 油液粘度过高，液压泵不能起动；T2为工作温度下限 值；T3为工作温度的上限值；T4为油温允许的最高极 限值。T 1～T4 4 点控制温度是可调的，根据实际需要 可任意设定其值。 冷却系统控制电路见图 3，在刚开机或油温过低 T＜T1）时，温控器发出T1信号，使 TP1闭合，接通加 热器，对油液进行加热。当油温T达到T1时，温控器 的T1信号消失，TP1断开，停止加热。当油温达到T2 时，温控器发出T2信号，使 TP2接通，为接通冷却器 的水泵电机做准备，此时 TP1是断开的。 当油温 T 达到 T3工作温度上限时，温控器发出 T3信号，使 TP3接通此时 TP2是闭合的，冷却器工作， 对油液进行冷却。 KM2自锁，同时控 制冷却水泵电机。 当温度降至T＜T2 时，T2、T3信号均 消失，TP2、TP3都 断开，冷却水泵停 止工作，这样就使 油温在T2～T3之间 波动。 若由于某种 原因使油温过高， 冷却效率不够使油 温T达到了T4温 度，温控器会发出 T4信号，使 TP4闭 合接通 KM3，通过 KM3使 KM4工作， 由 KM4去控制卸载控制单元工作，强行使整个液压系统卸载，降低整个系统的压力而停止工作，以达到保护 系统的目的。在此同时，报警铃发出报警声，卸载指示灯亮。KM3还可使在冷却器未工作但系统突然发生高 温现象时强行接通冷却器使其工作，加速油液的冷却速度。该油温控制装置还可以进行自动、手动方式控制， 电路具有双重互锁功能。 当 SB10 按钮按下， 线圈 KM10 通电， 常闭触点 KM10 断开， 电路处于自动控制方式， SD 旋钮在中间位置，处于自动调温状态，SD 打在位置 1，位置 2 时，则不能动作，起到预防误操作的作用。 当 SB20 按钮按下，线圈 KM20 通电，常闭触点 KM20 断开，电路处于手动控制方式，SD 旋钮旋转在位置 1 时、手动降温，旋转到位置 2 时，手动加热。一般情况下，SD 旋钮旋转在图示中间位置。 （转 78 页） 图 2 液压泵站温控系统组成示意图 进水 冷却泵 电机 液压系统 温控器 水箱 温度传感器 加热器 油箱 出油 回油 显示仪器 图 3 冷却系统控制电路 KM10 SB30 M0M2 KM4 电 机 电 机 主 冷 却 报 警 卸 载 加 热 管 KM2 KM0 KM3 SB40 KM4 KM1 KM3 SB41 KM3 TP4 FU FU 自动 SB10 KM2 KM20 冷 却 加 热 KR KM2 TP2 1 KM1 SD 2 主 电 机 KM0 SB02 KM0 KM3 TP3 KM20 TP1 KM10 KM10 手动 SB20 SB01 KM20 检测技术 机电技术2005 年第 1 期 78 在实际制造过程中，由于主梁的焊缝为不对称结构 （上部的焊缝多于下部的焊缝） ，焊后主梁要向上盖 板方向弯曲，从而减小了预制的上拱度 [4、5]，使制成 的主梁的上拱度小于设计要求。因此，在主梁制造 过程中，其预制变形量应大于主梁的上拱度。 2.2 主梁悬臂端的上翘度检验 如图 3 所示，将两座尺分别放在两座板处的上 盖板上，水准仪放在适当的位置上。用水准仪分别 测出两零点处的 ho值（取平均值） 。再将座尺分别放 在主梁两端第一块大筋板处的上盖板上，用水准仪 分别测得 h1和 h2值。因此，主梁两悬臂端的上翘度 分别为 1101 FhhF∆− （11） 2202 FhhF∆− （12） 式中，1 F∆ 和2 F∆ 为垫架位置对上翘度的影响。 当1 350/ 4 . 11 1 LF⋅ 、 2 350/ 4 . 11 2 LF⋅ （1 L 、2 L 为主梁两端 有效悬臂长度）时，该门式起重机为优等品；当 1 350/ 4 . 19 . 0 1 LF⋅ 、 2 350/ 4 . 19 . 0 2 LF⋅ 时，该门式起重机为合 格品。 3 现场检验 笔者将上述理论原理与方法运用于某港口的 新、旧两台 5t/18m 门式起重机主梁的检验工作中， 试验结果如表 1 所示。从表 1 可以看出，理论分析 与实际检验的结果基本吻合。 表 1 门式起重机主梁的检验数据 mm 上翘度 承载时 上拱 左 右 左 中右 理论值 18 19 19 1.2 1.61.2 1 ＃旧 17.1 15.8 17.3 0.9 0.70.7 2 ＃新 19.8 17.7 18.1 1.0 1.30.9 参考文献 [1] 蒋孝煜.有限元法基础[M].北京清华大学出版社，1984，98-104. [2] 范钦珊，王波，殷雅俊.材料力学[M].北京高等教育出版社，2000，152-154. [3] 任树奎，王福绵.起重机械安全技术检验手册[M].北京中国劳动出版社，1993，178-181. [4] 齐金朋.门式起重机主梁的拱翘度[J].铁道货运，1994， （3） 40-42. [5] 于宝秀.L 型门式起重机大梁预制变形法的探索及应用[J].焊接技术，1994， （4） 27-30. 作者简介林建立（1964-） ，男，福建省泉州市人，泉州市特种设备监督检验站安全检测工程师。 接 92 页） 4 小结 本方案是将测温点选在油箱中，对于只有一个工作点的单回路系统，可将测温点选在工作点处为 好，其工作温度可控制在一个很小的范围内。选用冷却效率高的板式换热器、潜水泵，工作温度区间 完全可以控制在教小范围之内。经过一段时间的观察，该系统运行正常，维修简单方便。 参考文献 [1] 兰建设. 液压与气压传动 .[M].北京.高等教育出版社.2001. [2 ] 高勤.电器与 PLC 控制技术. [M].北京.高等教育出版社.2001. [3 ]连塞英.机床电气控制技术. [M].机械工业出版社.2000. 作者简介 林荣川（1968～ ） ，男，集美大学工程技术学院现代设备管理与维修系讲师，从事机电技术的教学与 研究。