方向控制回路的故障排除
方向控制回路是控制執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止及換向的回路。這類(lèi)回路包括換向和鎖緊兩種基本回路。換向回路的功能是可以改變執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向，一般可采用各種換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，在閉式容積高速回路中也可利用雙向變量泵實(shí)現(xiàn)換向過(guò)程。鎖緊回路的功能是使執(zhí)行元件停止在規(guī)定的位置上，且能防止因受外界影響而發(fā)生漂移或竄動(dòng)。
一、方向控制回路故障分析的基本原則
在液壓系統(tǒng)的控制閥中，方向閥在數(shù)量上占有相當(dāng)大的比重。方向閥的工作原理比較簡(jiǎn)單，它是利用閥芯和閥體間相對(duì)位置的改變實(shí)現(xiàn)油路的接通或斷開(kāi)，以使執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止（包括鎖緊）或換向。方向控制回路的主要故障及其產(chǎn)生原因有以下兩個(gè)方面。
1．換向閥不換向
(1)電磁鐵吸力不足，不能推動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)。
(2)直流電磁鐵剩磁大，使閥芯不復(fù)位。
(3)對(duì)中彈簧軸線(xiàn)歪斜，使閥芯在閥內(nèi)卡死。
(4)閥芯被拉毛，在閥體內(nèi)卡死。
(5)油液污染嚴(yán)重，堵塞滑動(dòng)間隙，導(dǎo)致閥芯卡死。
(6)由于閥芯、閥體加工精度差，產(chǎn)生徑向卡緊力，使閥芯卡死。
2．單向閥泄漏嚴(yán)重或不起單向作用
(1)錐閥與閥座密封不嚴(yán)。
(2)錐閥或閥座被拉毛或在環(huán)形密封面上有污物。
(3)閥芯卡死，油流反向流動(dòng)時(shí)錐閥不能關(guān)閉。
(4)彈簧漏裝或歪斜，使閥芯不能復(fù)位。
二、換向回路的故障分析與排除
1．液控單向閥對(duì)柱塞缸下降失去控制
圖24 (a)所示回路中，電磁換向閥為O形，液壓缸為大型柱塞缸，柱塞缸下降停止由液控單向閥控制。當(dāng)換向閥中位時(shí)，液控單向閥應(yīng)關(guān)閉，液壓缸下降應(yīng)立即停止。但實(shí)際上液壓缸不能立即停止，還要下降一段距離才能最后停下來(lái)。這種停止位置不能準(zhǔn)確控制的現(xiàn)象，使設(shè)備不僅失去工作性能，甚至?xí)斐筛鞣N事故。
檢查回路各元件，液控單向閥密封錐面沒(méi)有損傷，單向密封良好。但在柱塞缸下降過(guò)程中，換向閥切換中位時(shí)，液控單向閥關(guān)閉需一定時(shí)間。若如圖24 (b)所示，將換向閥中位改為Y型，當(dāng)換向閥中位時(shí)，控制油路接通，其壓力立即降至零，液控單向閥立即關(guān)閉，柱塞缸迅速停止下降。
2．液壓缸運(yùn)動(dòng)相互干擾
圖25 (a)所示回路中，液壓泵為定量泵。缸1為柱塞缸，缸2為活塞缸。液控單向閥控制柱塞缸下降位置。兩缸運(yùn)動(dòng)分別由兩個(gè)電液換向閥控制。
這個(gè)回路的故障是：當(dāng)柱塞缸1在上位，液壓缸2開(kāi)始動(dòng)作時(shí)，出現(xiàn)柱塞缸自動(dòng)下降的故障。
回路中當(dāng)電液換向閥控制液壓缸2動(dòng)作時(shí)，液壓泵的出口壓力隨外載荷而升高。由于液控單向閥的控制油路與主油路相通，所以此時(shí)液控單向閥被打開(kāi)，缸1的柱塞下降。由于柱塞白重及其外載作用，使柱塞缸排出的油液壓力大于缸2的工作壓力，于是進(jìn)入缸2的流量為泵的輸出流量與缸l排出的流量之和，形成缸2運(yùn)動(dòng)速度比設(shè)定值還高。
如圖25(b)所示，將控制柱塞缸的先導(dǎo)電磁換向閥的回油口直接通向油箱，在缸2運(yùn)動(dòng)時(shí)，液控單向閥的控制油路即無(wú)壓力，柱塞缸1的柱塞就不會(huì)下滑運(yùn)動(dòng)。
3．換向失靈
圖26 (a)所示的回路中，定量泵輸出的壓力油由3個(gè)三位四通換向閥分別向3個(gè)液壓缸輸送液壓油，有時(shí)出現(xiàn)電磁換向閥換向不靈的現(xiàn)象。
經(jīng)檢測(cè)，電磁換向閥各部分工作正常，溢流閥的調(diào)節(jié)壓力比電磁換向閥允許的工作壓力低。液壓缸有時(shí)2個(gè)或3個(gè)同時(shí)動(dòng)作，有時(shí)只有一個(gè)動(dòng)作。液壓泵為定量泵，泵的輸出流量能滿(mǎn)足3個(gè)缸同時(shí)動(dòng)作，所以流量比較大。某一時(shí)刻只有一個(gè)缸動(dòng)作時(shí)，通過(guò)電磁閥的流量就大大超過(guò)了允許容量值，這時(shí)電磁悶推動(dòng)滑閥力超過(guò)了設(shè)計(jì)允許的換向力，電磁鐵推不動(dòng)滑閥換向，造成換向失靈。同時(shí)，過(guò)大的流量進(jìn)入一個(gè)液壓缸也易造成缸運(yùn)動(dòng)速度失去控制。為此，如圖26 (b)所示，在換向閥前安裝節(jié)流閥，來(lái)控制進(jìn)入液壓缸的流量，此時(shí)，相當(dāng)于進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。若只有一個(gè)缸工作時(shí)，泵輸出流量一部分由節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制液壓缸的速度，一部分由溢流閥溢回油箱，這樣經(jīng)過(guò)電磁閥的流量使得到控制，也就排除了因流量過(guò)大而造成換向失靈的故障。
4．快退動(dòng)作前發(fā)生沖擊現(xiàn)象
在圖27 (a)所示的系統(tǒng)中，液壓泵為定量泵，三位四通換向閥中位機(jī)能為Y型。節(jié)流閥在液壓缸的進(jìn)油路上，為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速。溢流閥起定壓溢流作用。液壓缸快進(jìn)、快退時(shí)二位二通閥接通。
系統(tǒng)故障是；液壓缸在開(kāi)始完成快退動(dòng)作時(shí)，首先出現(xiàn)向工作方向前沖，然后再完成快退動(dòng)作。這樣將影響加工精度，嚴(yán)重時(shí)還可能損壞工件和刀具。
在組合機(jī)床和自動(dòng)線(xiàn)液壓系統(tǒng)中，一般要求液壓缸實(shí)現(xiàn)快進(jìn)→工進(jìn)→快退的動(dòng)作循環(huán)。動(dòng)作速度轉(zhuǎn)換時(shí)，要求平穩(wěn)無(wú)沖擊。該系統(tǒng)之所以會(huì)出現(xiàn)上述故障，是因?yàn)橐簤合到y(tǒng)在執(zhí)行快退動(dòng)作時(shí)，三位四通電磁換向閥和二位二通換向閥必須同時(shí)換向，而由于三位四通換向閥換向時(shí)間的滯后，在二位二通換向閥接通的一瞬間，有部分壓力油進(jìn)人液壓缸工作腔，使液壓缸出現(xiàn)前沖。當(dāng)三位四通換向閥換向終了后，壓力油才全部進(jìn)入液壓缸的有桿腔，無(wú)桿腔的油液才經(jīng)二位二通閥回油箱。
因此，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮到三位換向閥比二位換向閥換向滯后的現(xiàn)象。
排除上述故障的方法是：在二位二通換向閥和節(jié)流閥上并聯(lián)一個(gè)單向閥，如圖27(b)所示。液壓缸快退時(shí)，無(wú)桿腔油液經(jīng)單向閥回油箱，二位二通閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)，這樣就避免了液壓缸前沖的故障。
5．控制油路無(wú)壓力
在圖28所示系統(tǒng)中，液壓泵1為定量泵，溢流閥2用于溢流，液動(dòng)換向閥3為M型、外控式、外回油，液壓缸4單方向推動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)。
系統(tǒng)故障現(xiàn)象是：當(dāng)電液閥中電磁閥換向后，液動(dòng)換向閥不動(dòng)作，檢測(cè)液壓系統(tǒng)，在系統(tǒng)不工作時(shí)，液壓泵輸出壓力油經(jīng)電液閥中液動(dòng)閥中位直接回油箱，回油路無(wú)背壓。檢查液動(dòng)閥的滑閥芯，運(yùn)動(dòng)正常，無(wú)卡緊現(xiàn)象。
因?yàn)殡娨洪y為外控式、外回油，在中低壓電液閥控制油路中，油液一般必須有0.2～0.3MPa的壓力，供控制油路操縱液動(dòng)閥用。
啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于泵輸出油液是通過(guò)M型液動(dòng)閥直接回油箱，所以電液換向閥的控制油路無(wú)壓力，當(dāng)電液閥中電磁閥換向后控制油液不能推動(dòng)液動(dòng)閥換向，所以電液閥中的液動(dòng)閥不動(dòng)作。
系統(tǒng)出現(xiàn)這樣的故障屬于設(shè)計(jì)不周造成的。排除這個(gè)故障的方法是：在泵的出油路上安裝一個(gè)單向閥，此時(shí)電液閥的控制管路接在泵與單向閥之間；或者在整個(gè)系統(tǒng)的回油路安裝一個(gè)背壓閥（可用直動(dòng)式溢流閥做背壓閥，使背壓可調(diào)），保證系統(tǒng)卸荷時(shí)油路中還有一定的壓力。
電液閥的控制油路壓力對(duì)于高壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，控制壓力就相應(yīng)要提高，如對(duì)21MPa的液壓系統(tǒng)，控制壓力需高于0.35MPa；對(duì)于32MPa的液壓系統(tǒng)，控制壓力需高于1MPa。
這里還應(yīng)注意的是，在有背壓的系統(tǒng)中，電液閥必須采用外回油，不能采用內(nèi)回油形式。
6．液壓缸啟/停位置不準(zhǔn)確
在圖29所示的系統(tǒng)中，三位四通電磁換向閥中位機(jī)能為O形。當(dāng)液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)入壓力油時(shí)，有桿腔油液由節(jié)流閥（回油節(jié)流調(diào)速）、二位二通電磁閥（快速下降）、液控單向閥和順序閥（用做平衡閥）控制回油箱，以實(shí)現(xiàn)不同工況的要求。三位四通電磁換向閥換向后，液壓油經(jīng)液控單向閥進(jìn)入液壓缸有桿腔，實(shí)現(xiàn)液壓缸回程運(yùn)動(dòng)。液壓缸行程由行程開(kāi)關(guān)控制。
系統(tǒng)的故障現(xiàn)象是：在換向閥中位時(shí)，液壓缸不能立即停止運(yùn)動(dòng)，而是偏離指定位置一小段距離。
系統(tǒng)中由于換向閥采用O形，當(dāng)換向閥處于中位時(shí)，液壓缸進(jìn)油管內(nèi)壓力仍然很高，常常打開(kāi)液控單向閥，使液壓缸的活塞下降一小段距離，偏離接觸開(kāi)關(guān)，當(dāng)下次發(fā)信時(shí)，就不能正確動(dòng)作。這種故障在液壓系統(tǒng)中稱(chēng)為微動(dòng)作故障，雖然不會(huì)直接引起大的事故，但同其他機(jī)械配合時(shí)，可能會(huì)引起二次故障，因此必須加以消除。
故障排除方法是：將三位四通換向閥中位機(jī)能由O形改為Y形，當(dāng)換向閥中位時(shí)，液壓缸進(jìn)油管和油箱接通，液控單向閥保持鎖緊狀態(tài)，從而避免活塞下滑現(xiàn)象。
7．換向后壓力上不去
在圖30 (a)所示的回路中，3個(gè)泵向系統(tǒng)供油，其中泵1為高壓小流量泵，泵2和泵3為低壓大流量泵。電液換向閥是規(guī)格較大的M型閥。溢流閥7在該回路中用做泵1的安全閥。溢流閥8和二位二通閥9使泵2和泵3產(chǎn)生卸荷和溢流作用。回路中，當(dāng)1YA通電，液壓泵輸出的壓力油從電液換向閥P口進(jìn)入，從A口輸出，進(jìn)入液壓缸載荷工作腔時(shí)，壓力不能上升到設(shè)定的載荷工作壓力。
經(jīng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)油溫高時(shí)不能上升到載荷工作壓力，溫度較低時(shí)能上升到載荷工作壓力。檢測(cè)每個(gè)元件，性能參數(shù)符合要求。溢流閥7調(diào)定值合理，電磁閥13、液壓缸14無(wú)異常泄漏。查看電液換向閥后發(fā)現(xiàn)，故障是由于對(duì)電液換向閥具體結(jié)構(gòu)不清楚，使回路設(shè)計(jì)不合理造成的。
在圖30 (a)所示回路中，換向閥12進(jìn)行壓力油換向時(shí)（即P→A或P→B），其內(nèi)部工作原理如圖30 (d)所示。當(dāng)1YA通電時(shí)壓力油P與閥口A接通，B與回油口T接通，因此，B與T為低壓腔，而P與A以及控制腔K．屬高壓腔，因此在閥芯與閥體內(nèi)孔配合部分就有S1、S2、S3三處環(huán)形間隙使高壓油向回油口泄漏。特別是在S處，有的閥環(huán)形覆蓋長(zhǎng)度設(shè)計(jì)較短，壓力油泄漏便增多。由于泄漏嚴(yán)重，使壓力上不去。
如圖30(b)所示，將液壓缸兩腔與電液換向閥的A和B口交換一下，即讓B口通缸的載荷工作腔，A口通缸的回程工作腔。這樣當(dāng)2YA通電時(shí)，壓力油P由B口進(jìn)入缸的載荷工作腔。此時(shí)油液在換向閥內(nèi)的流動(dòng)狀況如圖30 (d)閥芯左位所示。可以看出，只有S1′處環(huán)形間隙泄漏高壓油。因此時(shí)電液換向閥的控制油液來(lái)自主油路，所以S2′形間隙沒(méi)有高壓油向低壓油的泄漏。
如圖30(c)所示，將電液換向閥的控制油路與低壓油路相連，使電液換向閥的控制油路為低壓，S的環(huán)形間隙就不會(huì)產(chǎn)生從高壓向低壓的泄漏，從而減少了系統(tǒng)的泄漏量。但此時(shí)需將電液換向閥由高壓控制改為低壓控制，并要保證低壓油路中的基本壓力值。
由以上分析可以看出，在圖30(b)所示形式中，電液換向閥內(nèi)泄漏量最少，可以認(rèn)為是較佳方案。減少了泄漏量，系統(tǒng)的工作壓力就能上升到設(shè)計(jì)要求值。
8．換向時(shí)產(chǎn)生液壓沖擊
圖31(a)所示為采用三位四通電磁換向卸荷回路，換向閥的中位機(jī)能為M型。這個(gè)回路所屬系統(tǒng)為高壓大流量系統(tǒng)，當(dāng)換向閥切換時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生較大的壓力沖擊。
三位閥中位具有卸荷性能的除M型外，還有H型和K型。這樣的回路一般用于低壓(壓力小于2.5MPa)、小流量(流量小于40L/min)的液壓系統(tǒng)，是一種簡(jiǎn)單有效的卸荷方法。
對(duì)于高壓、大流量的液壓系統(tǒng)，當(dāng)泵的出口壓力由高壓切換到幾乎為零壓，或由零壓迅速切換上升到高壓時(shí)，必然在換向閥切換時(shí)產(chǎn)生液壓沖擊。同時(shí)還由于電磁換向閥切換迅速，無(wú)緩沖時(shí)間，從而迫使液壓沖擊加劇。
將三位電磁換向閥更換成電液換向閥，如圖31(b)所示，由于電液換向閥中的液動(dòng)閥換向時(shí)間可調(diào)，換向有一定的緩沖時(shí)間，使泵的出口壓力上升或下降有個(gè)變化過(guò)程，提高了換向平穩(wěn)性，從而避免了明顯的壓力沖擊。回路中單向閥的作用是使泵卸荷時(shí)仍有一定的壓力值(0.2～0.3MPa)，供控制油路操縱用。
以上分析主要適用于機(jī)床液壓系統(tǒng)，因?yàn)闄C(jī)床液壓系統(tǒng)不允許有液壓沖擊現(xiàn)象，任何微小沖擊都會(huì)影響零件的加工精度。對(duì)于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般都是高壓、大流量系統(tǒng)，換向閥采用M型較多，為什么不會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊呢？這是由于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中，換向閥一般都是手動(dòng)的，換向閥切換時(shí)的緩沖作用是由操作者來(lái)實(shí)現(xiàn)的，換向閥的閥口也是一個(gè)節(jié)流口，操縱人員在操縱手柄時(shí)，應(yīng)使閥口逐漸打開(kāi)或關(guān)閉，避免形成液壓沖擊。
液壓系統(tǒng)工作機(jī)構(gòu)停止工作或推動(dòng)載荷運(yùn)行的間隔時(shí)間內(nèi)，或即使液壓泵在幾乎零壓下空載運(yùn)行，都應(yīng)使液壓泵卸荷。這樣可降低功率消耗，減少系統(tǒng)發(fā)熱，延長(zhǎng)液壓泵的使用壽命。一般功率大于3kW的液壓系統(tǒng)都應(yīng)具有卸荷功能。