方向控制回路的故障排除
方向控制回路是控制执行元件的启动、停止及换向的回路。这类回路包括换向和锁紧两种基本回路。换向回路的功能是可以改变执行元件的运动方向，一般可采用各种换向阀来实现，在闭式容积高速回路中也可利用双向变量泵实现换向过程。锁紧回路的功能是使执行元件停止在规定的位置上，且能防止因受外界影响而发生漂移或窜动。
一、方向控制回路故障分析的基本原则
在液压系统的控制阀中，方向阀在数量上占有相当大的比重。方向阀的工作原理比较简单，它是利用阀芯和阀体间相对位置的改变实现油路的接通或断开，以使执行元件启动、停止（包括锁紧）或换向。方向控制回路的主要故障及其产生原因有以下两个方面。
1．换向阀不换向
(1)电磁铁吸力不足，不能推动阀芯运动。
(2)直流电磁铁剩磁大，使阀芯不复位。
(3)对中弹簧轴线歪斜，使阀芯在阀内卡死。
(4)阀芯被拉毛，在阀体内卡死。
(5)油液污染严重，堵塞滑动间隙，导致阀芯卡死。
(6)由于阀芯、阀体加工精度差，产生径向卡紧力，使阀芯卡死。
2．单向阀泄漏严重或不起单向作用
(1)锥阀与阀座密封不严。
(2)锥阀或阀座被拉毛或在环形密封面上有污物。
(3)阀芯卡死，油流反向流动时锥阀不能关闭。
(4)弹簧漏装或歪斜，使阀芯不能复位。
二、换向回路的故障分析与排除
1．液控单向阀对柱塞缸下降失去控制
图24 (a)所示回路中，电磁换向阀为O形，液压缸为大型柱塞缸，柱塞缸下降停止由液控单向阀控制。当换向阀中位时，液控单向阀应关闭，液压缸下降应立即停止。但实际上液压缸不能立即停止，还要下降一段距离才能最后停下来。这种停止位置不能准确控制的现象，使设备不仅失去工作性能，甚至会造成各种事故。
检查回路各元件，液控单向阀密封锥面没有损伤，单向密封良好。但在柱塞缸下降过程中，换向阀切换中位时，液控单向阀关闭需一定时间。若如图24 (b)所示，将换向阀中位改为Y型，当换向阀中位时，控制油路接通，其压力立即降至零，液控单向阀立即关闭，柱塞缸迅速停止下降。
2．液压缸运动相互干扰
图25 (a)所示回路中，液压泵为定量泵。缸1为柱塞缸，缸2为活塞缸。液控单向阀控制柱塞缸下降位置。两缸运动分别由两个电液换向阀控制。
这个回路的故障是：当柱塞缸1在上位，液压缸2开始动作时，出现柱塞缸自动下降的故障。
回路中当电液换向阀控制液压缸2动作时，液压泵的出口压力随外载荷而升高。由于液控单向阀的控制油路与主油路相通，所以此时液控单向阀被打开，缸1的柱塞下降。由于柱塞白重及其外载作用，使柱塞缸排出的油液压力大于缸2的工作压力，于是进入缸2的流量为泵的输出流量与缸l排出的流量之和，形成缸2运动速度比设定值还高。
如图25(b)所示，将控制柱塞缸的先导电磁换向阀的回油口直接通向油箱，在缸2运动时，液控单向阀的控制油路即无压力，柱塞缸1的柱塞就不会下滑运动。
3．换向失灵
图26 (a)所示的回路中，定量泵输出的压力油由3个三位四通换向阀分别向3个液压缸输送液压油，有时出现电磁换向阀换向不灵的现象。
经检测，电磁换向阀各部分工作正常，溢流阀的调节压力比电磁换向阀允许的工作压力低。液压缸有时2个或3个同时动作，有时只有一个动作。液压泵为定量泵，泵的输出流量能满足3个缸同时动作，所以流量比较大。某一时刻只有一个缸动作时，通过电磁阀的流量就大大超过了允许容量值，这时电磁闷推动滑阀力超过了设计允许的换向力，电磁铁推不动滑阀换向，造成换向失灵。同时，过大的流量进入一个液压缸也易造成缸运动速度失去控制。为此，如图26 (b)所示，在换向阀前安装节流阀，来控制进入液压缸的流量，此时，相当于进油节流调速回路。若只有一个缸工作时，泵输出流量一部分由节流阀调节控制液压缸的速度，一部分由溢流阀溢回油箱，这样经过电磁阀的流量使得到控制，也就排除了因流量过大而造成换向失灵的故障。
4．快退动作前发生冲击现象
在图27 (a)所示的系统中，液压泵为定量泵，三位四通换向阀中位机能为Y型。节流阀在液压缸的进油路上，为进油节流调速。溢流阀起定压溢流作用。液压缸快进、快退时二位二通阀接通。
系统故障是；液压缸在开始完成快退动作时，首先出现向工作方向前冲，然后再完成快退动作。这样将影响加工精度，严重时还可能损坏工件和刀具。
在组合机床和自动线液压系统中，一般要求液压缸实现快进→工进→快退的动作循环。动作速度转换时，要求平稳无冲击。该系统之所以会出现上述故障，是因为液压系统在执行快退动作时，三位四通电磁换向阀和二位二通换向阀必须同时换向，而由于三位四通换向阀换向时间的滞后，在二位二通换向阀接通的一瞬间，有部分压力油进人液压缸工作腔，使液压缸出现前冲。当三位四通换向阀换向终了后，压力油才全部进入液压缸的有杆腔，无杆腔的油液才经二位二通阀回油箱。
因此，设计液压系统时应考虑到三位换向阀比二位换向阀换向滞后的现象。
排除上述故障的方法是：在二位二通换向阀和节流阀上并联一个单向阀，如图27(b)所示。液压缸快退时，无杆腔油液经单向阀回油箱，二位二通阀仍处于关闭状态，这样就避免了液压缸前冲的故障。
5．控制油路无压力
在图28所示系统中，液压泵1为定量泵，溢流阀2用于溢流，液动换向阀3为M型、外控式、外回油，液压缸4单方向推动载荷运动。
系统故障现象是：当电液阀中电磁阀换向后，液动换向阀不动作，检测液压系统，在系统不工作时，液压泵输出压力油经电液阀中液动阀中位直接回油箱，回油路无背压。检查液动阀的滑阀芯，运动正常，无卡紧现象。
因为电液阀为外控式、外回油，在中低压电液阀控制油路中，油液一般必须有0.2～0.3MPa的压力，供控制油路操纵液动阀用。
启动系统运行时，由于泵输出油液是通过M型液动阀直接回油箱，所以电液换向阀的控制油路无压力，当电液阀中电磁阀换向后控制油液不能推动液动阀换向，所以电液阀中的液动阀不动作。
系统出现这样的故障属于设计不周造成的。排除这个故障的方法是：在泵的出油路上安装一个单向阀，此时电液阀的控制管路接在泵与单向阀之间；或者在整个系统的回油路安装一个背压阀（可用直动式溢流阀做背压阀，使背压可调），保证系统卸荷时油路中还有一定的压力。
电液阀的控制油路压力对于高压系统来说，控制压力就相应要提高，如对21MPa的液压系统，控制压力需高于0.35MPa；对于32MPa的液压系统，控制压力需高于1MPa。
这里还应注意的是，在有背压的系统中，电液阀必须采用外回油，不能采用内回油形式。
6．液压缸启/停位置不准确
 在图29所示的系统中，三位四通电磁换向阀中位机能为O形。当液压缸无杆腔进入压力油时，有杆腔油液由节流阀（回油节流调速）、二位二通电磁阀（快速下降）、液控单向阀和顺序阀（用做平衡阀）控制回油箱，以实现不同工况的要求。三位四通电磁换向阀换向后，液压油经液控单向阀进入液压缸有杆腔，实现液压缸回程运动。液压缸行程由行程开关控制。
系统的故障现象是：在换向阀中位时，液压缸不能立即停止运动，而是偏离指定位置一小段距离。
系统中由于换向阀采用O形，当换向阀处于中位时，液压缸进油管内压力仍然很高，常常打开液控单向阀，使液压缸的活塞下降一小段距离，偏离接触开关，当下次发信时，就不能正确动作。这种故障在液压系统中称为微动作故障，虽然不会直接引起大的事故，但同其他机械配合时，可能会引起二次故障，因此必须加以消除。
故障排除方法是：将三位四通换向阀中位机能由O形改为Y形，当换向阀中位时，液压缸进油管和油箱接通，液控单向阀保持锁紧状态，从而避免活塞下滑现象。
7．换向后压力上不去
在图30 (a)所示的回路中，3个泵向系统供油，其中泵1为高压小流量泵，泵2和泵3为低压大流量泵。电液换向阀是规格较大的M型阀。溢流阀7在该回路中用做泵1的安全阀。溢流阀8和二位二通阀9使泵2和泵3产生卸荷和溢流作用。回路中，当1YA通电，液压泵输出的压力油从电液换向阀P口进入，从A口输出，进入液压缸载荷工作腔时，压力不能上升到设定的载荷工作压力。
经调试发现，当油温高时不能上升到载荷工作压力，温度较低时能上升到载荷工作压力。检测每个元件，性能参数符合要求。溢流阀7调定值合理，电磁阀13、液压缸14无异常泄漏。查看电液换向阀后发现，故障是由于对电液换向阀具体结构不清楚，使回路设计不合理造成的。
在图30 (a)所示回路中，换向阀12进行压力油换向时（即P→A或P→B），其内部工作原理如图30 (d)所示。当1YA通电时压力油P与阀口A接通，B与回油口T接通，因此，B与T为低压腔，而P与A以及控制腔K．属高压腔，因此在阀芯与阀体内孔配合部分就有S1、S2、S3三处环形间隙使高压油向回油口泄漏。特别是在S处，有的阀环形覆盖长度设计较短，压力油泄漏便增多。由于泄漏严重，使压力上不去。
如图30(b)所示，将液压缸两腔与电液换向阀的A和B口交换一下，即让B口通缸的载荷工作腔，A口通缸的回程工作腔。这样当2YA通电时，压力油P由B口进入缸的载荷工作腔。此时油液在换向阀内的流动状况如图30 (d)阀芯左位所示。可以看出，只有S1´处环形间隙泄漏高压油。因此时电液换向阀的控制油液来自主油路，所以S2´形间隙没有高压油向低压油的泄漏。
如图30(c)所示，将电液换向阀的控制油路与低压油路相连，使电液换向阀的控制油路为低压，S的环形间隙就不会产生从高压向低压的泄漏，从而减少了系统的泄漏量。但此时需将电液换向阀由高压控制改为低压控制，并要保证低压油路中的基本压力值。
由以上分析可以看出，在图30(b)所示形式中，电液换向阀内泄漏量最少，可以认为是较佳方案。减少了泄漏量，系统的工作压力就能上升到设计要求值。
8．换向时产生液压冲击
 图31(a)所示为采用三位四通电磁换向卸荷回路，换向阀的中位机能为M型。这个回路所属系统为高压大流量系统，当换向阀切换时，系统发生较大的压力冲击。
三位阀中位具有卸荷性能的除M型外，还有H型和K型。这样的回路一般用于低压(压力小于2.5MPa)、小流量(流量小于40L/min)的液压系统，是一种简单有效的卸荷方法。
对于高压、大流量的液压系统，当泵的出口压力由高压切换到几乎为零压，或由零压迅速切换上升到高压时，必然在换向阀切换时产生液压冲击。同时还由于电磁换向阀切换迅速，无缓冲时间，从而迫使液压冲击加剧。
将三位电磁换向阀更换成电液换向阀，如图31(b)所示，由于电液换向阀中的液动阀换向时间可调，换向有一定的缓冲时间，使泵的出口压力上升或下降有个变化过程，提高了换向平稳性，从而避免了明显的压力冲击。回路中单向阀的作用是使泵卸荷时仍有一定的压力值(0.2～0.3MPa)，供控制油路操纵用。
以上分析主要适用于机床液压系统，因为机床液压系统不允许有液压冲击现象，任何微小冲击都会影响零件的加工精度。对于工程机械液压系统来说，一般都是高压、大流量系统，换向阀采用M型较多，为什么不会产生液压冲击呢？这是由于工程机械液压系统中，换向阀一般都是手动的，换向阀切换时的缓冲作用是由操作者来实现的，换向阀的阀口也是一个节流口，操纵人员在操纵手柄时，应使阀口逐渐打开或关闭，避免形成液压冲击。
液压系统工作机构停止工作或推动载荷运行的间隔时间内，或即使液压泵在几乎零压下空载运行，都应使液压泵卸荷。这样可降低功率消耗，减少系统发热，延长液压泵的使用寿命。一般功率大于3kW的液压系统都应具有卸荷功能。 |
