调速回路的故障分析与排除

调速回路是用来调节执行元件工作速度的，由速度的表达式可知：

所以，改变输入(或输出)油缸和油马达的流量Q,或者改变油缸的有效面积A和油马达的每转排量qsy,都可以达到调速的目的。但对于油缸来说，改变面积A是比较困难的。一般液压系统采用下述三种方法调速，组成三类调速回路：27

①节流调速———采用定量泵供油，由流量阀(节流阀或调速阀)改变进入或流出执行元件的流量来实现调速的方法，构成节流调速回路；

②容积调速—采用变量泵来改变流量或改变油马达每转排量来实现调速的方法，即容积调速回路。

③容积节流调速—采用变量泵和流量阀相配合的调速方法，构成所谓联合调速回路。

一、节流调速回路的故障分析及排除

(一)三种节流调速回路固有特性带来的故障与排除

在§4一4二中，对此问题已有所介绍。按流量阀在回路中的安放位置的不同，有进口节流式、出口节流式和旁路节流式三种，三种节流调速方式的比较见表9-2。

1.油缸易发热，缸内的泄漏增加

进口节流调速回路中，通过节流阀产生节流损失而发热的油直接进入油缸，使油缸易发热和增加泄漏。而出口节流调速和旁路节流调速回路中通过节流阀发了热的油正好流回油箱容易散热。

2.不能承受负值负载(与活塞运动方向相同的负载),在负值负载下失控前冲，速度稳定性差：

进口节流调速回路和旁路节流调速回路若不在回油路上加背压阀就会产生这一故障，而出口节流调速回路由于回油路上节流阀的“阻尼”作用(阻尼力与速度成正比),能承受负值负载，不会因此而造成失控前冲，运动较平稳；前者加上背压阀后，也能大大改善承受负值负载的能力和使运动平稳，但须相应调高溢流阀的调节压力，因而功率损失增大。

表9-2三种节流调速方式的比较

3.停车后工作部件再起动时冲击大

出口节流调速回路中，停车时油缸回油腔内常因泄漏而形成空隙，再启动时的瞬间泵的全部流量Qp输入油缸工作腔(无杆腔),推动活塞快速前进，产生启动冲击，直至消除回油腔内的空隙建立起背压力后，才转入正常。这种起动冲击有可能损坏刀具工件，造成事故。旁路节流也有此类故障。而采用进口节流调速回路，只要在开车时关小节流阀，进入油缸的油液流量总是受到其限制，就避免了起动冲击。另外，停车时不使油缸回油腔接通油池也可减少起动冲击。

4.压力继电器不能可靠发讯或者不能发讯

在出油口节流调速回路中，若将压力继电器安装在油缸进油路中，从表9-2可知，P₁=Pp基本不变，当然不能发讯。而进口或旁路节流调速回路中安装在油缸进油路中，可以可靠发讯。出口节流调速回路中只能将压力继电器装在油缸回油口处并采用失压发讯才行，此时控制电路较复杂。

5.密封容易损坏

这一故障常发生在出口节流方式中。因为由表9-2可知，当A₁/A₂=2和F=0时，P₂=2Pp,这就加大了密封摩擦力，降低了密封寿命，甚至损坏密封，加大泄漏，而采用进口节流或旁路节流要好些。

6.难以实现更低的最低速度，调速范围窄

在同样的速度要求下，出口节流调速回路中节流阀的通流面积要调得比进口节流的要小，因此低速时前者的节流阀比较容易堵塞。也就是说进口节流调速回路可获得更低的最低速度。

7.速度高，负载大时刚性差

从表9-2中三种节流方式的速度负载特性曲线和速度刚性Kv表达式可知，进口节流和出口节流方式在速度高负载大时刚性差，而旁路节流方式在速度高负载大时刚性要好些。

8.系统功率损失大，容易发热

进口节流和出口节流方式不但存在节流损失，还存在溢流损失，所以功率损失大，发热相对较大。而旁路节流方式只存在节流损失，无溢流损失，且油泵的工作压力与负载存在一定程度的匹配关系，所以功率损失相对较小，发热也应该小些。但进口节流方式和旁路节流方式还需考虑背压的影响。

(二)爬行

进口节流和旁路节流方式在某种低速区域内易产生爬行，相对来说出口节流防爬行性能要好些。

“进口节流+固定背压”方式在背压较小(0.5～0.8MPa)时，还有可能爬行，抗负值负载的能力也差。只有再提高背压值，但效率低，可采用自调背压的方式(设置自调背压阀)解决。其它原因引起的爬行在三种调速回路中均可能出现，其排除方法可参阅§10-4和§4-4的内容。

(三)泵的起动冲击

三种节流调速方式如果在负载下起动以及溢流阀动作不灵时，均产生泵起动冲击。只有在卸载上起动和选用动作灵敏超调压力小的溢流阀才可得以避免，

(四)快进转工进的冲击——前冲快进转工进时，油缸等运动部件从高速突然转换到低速，由于惯性力的作用，运动部件要前冲一段距离后，才按所调的工进速度低速运动，这种现象叫前冲。

产生快进转工进的冲击原因有：

①流速变化太快，流量突变引起泵的输出压力突然升高，产生冲击。对出口节流系统，泵压力的突升使油缸进油腔的压力突升，更加大了出油腔压力的突升，冲击较大。

②速度突变引起压力突变造成冲击：

对出口节流系统，后腔压力突然升高；对进口节流系统，前腔压力突降，甚至变为负压。

③出口节流时，调速阀中的定压差减压阀来不及起到稳定节流阀前后压差的作用，瞬时节流阀前后的压差大，导致瞬时通过调速阀的流量大，造成前冲。

排除由快进转工进的前冲现象方法有：

①采用正确的速度转换方法：

i)电磁阀的转换方式，冲击较大，转换精度较低、可靠性较差，但控制灵活性大；

ii)电液动换向阀：使用带阻尼的电流阀通过调节，阻尼大小，使速度转换的速度减慢，可在一定程度上减少前冲；

ii)用行程阀转换，冲击较小。经验证明，如将行程档铁做成两个角度，用30°斜面压下行程阀的滑阀开口量的用10°斜面压下剩余的1/3开口，效果更好。或在行程阀芯的过渡口处开1～2mm长的小三角槽，也可缓和快进转工进的冲击。行程阀的转换精度高，可靠性好，但控制灵活性小，管路较复杂，工进过程中越程动作实现困难；iv)采用“电磁阀+蓄能器”回路，利用蓄能器可吸收冲击压力。但在工进时需切断蓄能器油路，要另外加装电磁阀；v)用“电磁阀+电容器”,使电磁铁缓慢断电，此法简单可行，如图9-23。

②在双泵供油回路快进时，用电磁阀使大流量泵提前卸载，减速后再转工进。

③在出口节流时，提高调速阀中定压差减压阀的灵敏性，或者拆修该阀并采取去毛刺清洗等措施，使定压差减压阀灵活运动自如。

(五)工进转快退的冲击

产生原因有：

①由于此时产生压力突减，产生不太大的冲击现象；

②对有可能出现这种冲击现象的原因有：由于采用H型换向阀(如导轨磨床)或采用多个阀控制时，动作时间不一致，使前后腔能量释放不均衡或造成短时差动状态。

排除方法有：

①调节带阻尼的电液动换向阀的阻尼，加快其换向速度；

②不采用H型换向阀，而改用其它型；

③尽量用一个阀控制动作的转换。

(六)快退转停止的冲击—后座冲击这一故障的产生原因与行程终点的控制方式以及换向阀的主阀芯的机能有关。选用不当造成速度突减使油缸后腔压力突升，流量的突减使油泵压力突升。另外还有空气的进入，均会造成后座冲击。排除方法有：

①采用带阻尼可调慢换向速度的电液换向阀或采用“电磁阀+电容器”进行控制，电容器的电容量常选择2000～4000μF,并要求耐压性能良好。

②采用动作灵敏的溢流阀，停止时马上能溢流。

③采用合适的换向阀中位职能。如Y型、J型为好，M型也可。

④采取防止空气进入系统的措施。

二、容积调速回路的故障分析及排除

由泵与马达(也可以是油缸)组成的、且以调节泵的排量或马达的排量来改变马达输出转速(油缸的往复速度)的回路，称之为容积调速回路。

容积调速回路可以是开式的，也可以是闭式的。根据泵与马达的变量情况可以组成下列三种方式：

①变量泵与定量马达回路——恒扭矩调速(图9-24)

②定量泵与变量马达回路——恒功率调速(图9-25)

③变量泵与变量马达回路(图9-26)

容积调速回路的主要故障及排除方法有：

(一)油马达产生超速运动

由于受被起吊重物的负载、外界干扰及换向冲击压力等的影响，图9·27所示的油马达常产生超速(超限)转动的现象。

为防止油马达这种超速转动，可在图9-24所示的回路基础上增设一平衡阀(液控顺序阀)。如图9-27所示，当出现外界扰动的影响，导致油马达超速转动时，平衡阀的控制压力下降，平衡阀关小油马达的回油，起出口节流作用，从而避免了油马达的超速转动。

(二)油马达不能迅速停住

为使旋转着的油马达停止转动，即便停止油泵向油马达供油或切断供油通道，但由于油马达的回转件的惯性和负载的惯性使油马达不能迅速停住。

解决办法是在油马达的回油路中安装一溢流阀，例如图9-28中的阀5,图9-29中的阀6,使油马达回油受到溢流阀所调节的压力(背压)产生制动力而被迅速制动。当制动背压超出所调压力，溢流阀打开，又可起到保护作用。笔者曾见到一些用油马达带动的回转机械如绞车、纺织卷筒等无这种制动回路而影响正常工作的情形，可按此方法排除故障。

所以当油马达需要准停时，应设置溢流阀制动的回路。图9-28中通过安装单向阀3与4,加上溢流阀5.可实现油马达双向制动。

(三)油马达产生气穴

在图9-28所示的回路中，油马达6在制动过程中，虽然油泵7巴停转，但油马达6因惯性而继续回转此时油马达起着泵的作用，由于是闭回路，必然会产生吸空现象而导致气穴。因此，在油马达换向制动等过程中，为防止气穴，设置了单向阀1与2.当油马达起泵作用而管内油被吸空时，大气压可将油箱内油液通过单向阀1或2压入管内，作为双向补油之用，而避免产生气穴。

(四)油马达转速下降，输出扭矩减少

这一故障是油马达回路常见故障之一，这是由于设备经较长时间使用后，泵与油马达内部零件磨损或密封失效，产生泵输出流量不够和油马达内泄漏增大所致。

(五)采用闭式容积调速回路的油液极易老化变质，需要经常换油这是由于闭式回路中，一般只是用辅助泵补充闭式回路中外泄漏掉的部分油液，大部分油液很难与外界交换又被泵吸入送到油马达再循环，加上闭式回路散热条件差，温升高，油液自然容易老化变质。解决办法是在图9-26的回路中的油马达近处加装一液动换向阀5,如图9-30,通过阀5强制排油，与敞开式油箱进行油液交换。辅助泵2仍然担负向闭回路低压油管补充油液的作用，通过阀4排出的热油经油冷却器6冷却，可大大改善油的冷却条件。注意强制排油时，溢流阀4应比阀3的调节压力要低些。平时工作时，阀4的调节压力应比阀3高。