某型装备液压调平支腿动作缓慢故障分析与预防

刘永胜 王辉 马振善 王玮/军蓝科技集团总公司

1 故障现象

某型装备调平液压系统的主要任务是完成方舱调平，使方舱与载车脱离，不受底盘振动环境的影响，为探测跟踪机构提供稳定的工作平台。工厂在液压系统的调平调试中，发现其左后支腿有明显动作缓慢故障，经过多次系统排气和动作检查，没有明显改善。技术人员通过深入排查，最终发现双向液压锁锁芯出现磨损，通过更换液压锁使故障得以排除。

2 工作原理

调平液压系统主要采取四点支撑的调平方案。调平过程中，调平支腿采用“一定三动”的原则，由快到慢调平。方舱的初始状态，由检测元件水平传感器测出舱体的纵倾角和横倾角，并输出与其值成正比的电信号，经电控软件处理后，确定最佳支腿与其他三腿的高度差值，继而控制比例调速阀的开度，分别控制三腿伸出的运动，直到消除差值，实现调平。整个过程由液压系统和电气控制系统合作完成。

2.1 液压系统的组成和工作原理

液压系统由油箱、压力表、电磁溢流阀、单向阀、液压泵、吸油过滤器、回油过滤器、液位液温计、液压锁、空气滤清器、板簧闭锁油缸、整流块、电磁比例流量阀、支腿油缸等组成。当液压泵从泵中吸出液压油，执行油路不工作时，油路从溢流阀溢流，系统处于设定压力状态。当执行油路工作时，油路分出两路到换向阀，一路到板簧油缸的电磁换向阀，通过YV4 或YV3 对板簧油缸进行上锁或解锁，利用双向液压锁的功能，保证板簧油缸在工作位置状态的稳定；另一路到4 条支腿油缸的电磁换向阀，通过YV1 或YV2 的换向功能，实现支腿油缸的伸出或收回，利用整流块的功能保证支腿在伸出或收回的过程中线性动作的平稳。支腿油缸的电磁比例调速阀用于控制支腿在工作中的运动速度。液压锁是保持支腿油缸在停止状态稳定不回缩。图1 为调平液压原理图。

图1 调平装置液压工作原理

2.2 电气系统的组成和控制原理

电气系统由直流接触器、断路器、熔断器、开关电源、热继电器、可编程控制器（PLC）、比例放大板、检测元件、点动控制盒等组成。检测元件用于适时检测调平液压系统的状态，并将检测信号反馈到PLC 控制系统，CPU 对检测信号进行处理后控制执行机构执行相应的动作，检测液压控制系统是否调平的元件由水平传感器、压力变送器和接近开关组成，水平传感器是整个调平控制系统的基准，将方舱的水平度状态以电信号的形式反馈给PLC，使控制系统能够精确控制调平精度，从而达到系统精度要求。压力变送器是将液压支腿油缸内的液体压力成正比转换成电信号输入到PLC 的模拟输入模块，使控制系统精确控制液压支腿的状态。接近开关用来控制方舱与载车底盘的脱离距离，避免方舱在调平过程中与载车底盘接触从而影响调平。控制系统对执行元件的继电器、接触器、电磁溢流阀、电磁换向阀、比例调速阀进行控制；接触器用于控制电机；电磁溢流阀用于接通溢流阀使液压系统建立压力；电磁换向阀用于接通电磁铁改变系统的液压油流向；电磁比例调速阀用于控制调平支腿调速阀的开口度，从而控制支腿油缸的伸缩速度。图2 为调平电气控制原理图。

根据调平液压系统组成及工作原理，在调平过程中，液压支腿动作缓慢主要有以下原因：吸油不足故障、电磁溢流阀故障、电磁换向阀故障、整流块故障、比例调速阀故障、双向液压锁故障、支腿油缸故障等，绘制如图3 所示的故障树，并逐一进行分析排查。

3 故障分析

1）吸油不足故障检查

吸油不足将导致过滤器堵塞、液压泵转速不正常以及油箱油面过低，主要表现为油缸不能升降或升降缓慢，在升降过程中液压系统压力不稳定或产生噪声，油箱容易出现起泡等。

观察油箱液位计中油液的位置，油液在中线以上，符合要求；检查液压泵转动声响，无特别异响噪声，液压泵正常运行；拆卸检查液压过滤器，清洗吹干，没有发现明显的油液残渣问题。因此，排除吸油不足故障。

2）电磁溢流阀故障检查

电磁溢流阀（见图4）由先导式溢流阀和一个两位两通电磁阀组成。当两位两通电磁阀未接通时，液压阀处于常闭状态，系统在低压状态工作；当两位两通电磁阀得电后，阀芯处于常开状态，系统溢流阀工作，利用弹簧的压力来调节、控制液压油压力。当液压油的压力小于工作需要压力时，阀芯被弹簧压在液压油的流入口，液压油压力越大，阀芯弹簧被液压油顶起越高。支腿变慢问题的一种可能是溢流阀系统压力不足，无法推动油缸执行动作，主要的原因是两位两通电磁阀线圈没有得电，液压阀一直处于常闭接通状态，系统处于低压运行状态；另一种可能是溢流阀弹簧失效，系统没有足够的压力导致油缸执行动作缓慢。

启动液压泵，检查电磁溢流阀，观察压力表，系统工作压力正常，指针压力稳定，可以确定两位两通阀的电磁铁吸合，液压阀处于常开状态，溢流阀处于溢流工作中。电磁阀线圈、弹簧工作正常。因此，排除电磁溢流阀故障。

3）电磁换向阀故障检查

电磁换向阀上电时，利用电磁铁的电磁效应使内部衔铁吸合改变阀芯位置而使工作油路工作，失电后弹簧复位，使阀芯回到初始位置。电磁换向阀的结构如图5 所示。调平支腿动作缓慢有可能是电磁换向阀的阀芯出现了卡滞。

对电磁换向阀进行拆卸清洗，检查结果是换向阀无磨损卡滞问题。因此，排除电磁换向阀故障。

4）整流块故障检查

整流块利用单向阀整流桥的形式，将液压系统中出现的紊流油液线性输出到调平油缸中，保证液压缸在运动中的平稳（见图6）。调平支腿动作缓慢有可能是整流块堵塞卡滞问题。

将左后支腿的整流块与左前支腿进行对调，发现左后支腿仍然缓慢伸出和收回，左前支腿伸出和收回动作并无明显变化，说明阀芯没有堵塞卡滞。因此，排除整流块故障。

5）比例调速阀故障检查

比例调速阀是带压力和温度补偿的二通式比例流量阀，通常用于液压回路流量控制或执行机构的速度控制，可连续调节并与电磁铁的输入成正比，也可以直接采用电流源控制，或用配套的电子控制单元进行控制，从而充分发挥其性能。比例电磁铁输出力作用在节流阀芯上，与弹簧力、液动力、摩擦力相平衡，用一定的控制电流，对应一定的节流开度，通过改变输入电流的大小，即可改变通过调速阀的流量，其结构如图7 所示。该阀用于控制调平支腿的伸出或收回速度，调平支腿变慢有可能是调速阀阀芯堵塞或输入电流信号过小。

将左前和左后的比例调速阀插头进行对调，观察左后调平支腿动作慢的问题并没有改善，对4 条支腿的比例阀放大器板的输出电压进行测量，发现输出电压均为DC 15V 左右，认为输出的电信号并无过小，阀芯开口度与其他油缸上的比例调速阀基本一致。因此，排除比例调速阀故障。

图3 左后液压支腿动作缓慢故障分析图

图4 电磁溢流阀结构图

图5 电磁换向阀结构图

图6 整流块原理图

6）双向液压锁故障检查

双向液压锁具有良好的单向密封性能，常用于执行元件需要较长时间保压、锁紧等情况，也用于防止立式液压缸停止时自动下滑及速度换接回路中。双向液压锁结构如图8 所示。无进油时，弹簧复位，阀芯锁紧，执行件（油缸）双向闭锁，使执行件状态稳定、无动作。进油时支腿油缸动作缓慢，可能是液压锁阀套磨损、滑阀卡滞或锁芯卡滞等问题造成回油流动不畅所致。

检查进油过程，发现回油流动不畅，不能排除液压锁阀套磨损、滑阀卡滞或锁芯卡滞的可能，需要进一步分解检查。

7）支腿油缸故障检查

支腿油缸为执行机构，若油缸密封圈损坏或油缸划伤，油缸进油腔与回油腔串油出现内泄漏，使油缸没有压差，将造成油缸执行动作变慢。

对左后调平支腿进行分解检查，油缸密封件没有发现损伤情况，油缸缸壁没有划伤，液压性能测试表明其性能状态符合要求。因此，排除支腿油缸故障。

4 双向液压锁机理分析及故障定位

液压锁左侧进油，顶开左侧阀芯，同时中间滑阀向右移动，使右侧油路打开，使执行件（油缸）形成回路（见图9）；液压锁右侧进油，顶开右侧阀芯，同时中间滑阀向左移动，使左侧油路打开，使执行件（油缸）形成回路（见图10）。

根据上述分析，对双向液压锁进行分解检查，最终发现左侧液压锁的锁芯出现磨损（见图11）。更换液压锁芯后进行系统的调平功能检查，左后支腿变慢现象不再出现。

5 后续改进措施

图7 比例调速阀结构图

图8 双向液压锁结构图

图9 液压锁左侧进油工作示意图

图10 液压锁右侧进油工作示意图

图11 液压锁锁芯磨损示意图

由于工厂是第一次修理调平液压装置，经验不足，缺少相应的技术资料，故障修理及调试能力有所欠缺。此次维修后，工厂对现行的工艺进行了补充完善，可为今后类似的维修工作提供指导和帮助。同时也意识到，要想提升维修能力，一是需要与生产单位沟通协调，加强学习、及时总结，掌握关键技术；二是对工作中出现的故障要善于多角度分析，邀请相应技术人员共同参与解决电气类和机械类组合件的故障分析。