外文翻译--工程机械液压系统常见故障分析及控制

1 附录 1 专题 工程机械液压系统常见故障分析及控制 摘 要： 分析了工程机械液压系统的常见故障，并提出了有效的排除方法。 关键词： 工程机械 液压系统故障 噪声 振动 空穴 气泡 统产生噪声和振动 机械噪声是由于零件之间发生接触、撞击和振动而引起的。 （ 1） 回转体的不平衡 在液压系统中，电动机、液压泵和液压马达都以高速回转，如果它们的转动部件不平衡，就会产生周期性的不平衡力，引起转轴的弯曲振动，因而产生噪声，这种振动传到油箱和管路时，发出很大的声响，为了控制这种噪声 ，应对转子进行精密的动平衡实验，并注意尽量避开共振区。 （ 2）电动机噪声 电动机噪声主要是指机械噪声、通风噪声和电磁噪声。机械噪声包括转子不平衡引起的低频噪声，轴承有缺陷和安装不合适而引起的高频噪声以及电动机支架与电动机之间共振所引起的噪声。控制的方法是，轴承与电动机壳体和电动机轴配合要适当，过盈量不可过大或过小，电动机两端盖上的孔应同轴；轴承润滑要良好。 （ 3）联轴器引起噪声 联轴器是液压泵与电动机之间的连接机构，如果电动机和液压泵不同轴以致联轴器偏斜，则将产生振动与噪声。因此在安 装时，两者应保持在最小范围内。 生流体噪声的原因及控制方法 在液压系统中，流体噪声占相当大的比例。这种噪声是由于油液的流速、压力的突然变化以及气穴等原因引起的。 （ 1） 液压泵的流体噪声 液压泵的流体噪声主要是由泵的压力、流量的周期性变化以及气穴现象引起的。在液压泵的吸油和压油循环中，产生周期性的压力和流量变化，形成压力脉动，从而引起液压振动，并经出口向整个系统传播。同时液压回路的管道和阀类将液压泵的压力反射，在回路中产生波动，使泵产生共振，发出噪声；另一方面，液压系统中 (指开式回路 )溶解了大约 5%的空气。当系统中的压力因某种原因而低于空气分离压时，其中溶解于油中的气体就迅速 2 地大量分离出来，形成气泡，这些气泡遇到高压便被压破，产生较强的液压冲击。对于前者的控制办法，设计时齿轮模数尽量取小，齿数尽量取多，缺载槽的形状和尺寸要合理，柱塞泵的柱塞个数应为奇数，最好为 7 9 个，并在进、排油配流盘上对称开上三角槽，以防柱塞泵的困油。为防止空气混入， 1 3 降低液压系统噪声的措施 为减少噪声，必须对噪声源进行实际调查，测量分析液压系统的声压级，进行频率分析，从而掌握噪声源 的大小及频率特性，采取相应办法，具体列举如下： （ 1） 使用低噪声电机；并使用弹性联轴器，以减少该环节引起的振动和噪声； （ 2） 在电动机，液压泵和液压阀的安装面上应设置防振胶垫； （ 3） 尽量用液压集成块代替管道，以减少振动； （ 4） 用蓄能器和橡胶软管减少由压力脉动引起的振动，蓄能器能吸收10 下噪声，而高频噪声，用液压软管则十分有效； （ 5） 用带有吸声材料的隔声罩，将液压泵罩上也能有效地降低噪声； （ 6） 系统中应设置放气装置。 因工程机械液压元件精度高、相对运动部件间配合问隙小，产生穴蚀后会 导致配合表面变黑甚至出现小坑使闽芯卡住，压力失调。缸套穴蚀较重时，受损区会出现较深的形状不规则的凹点，就好像缸套表面被强酸腐蚀过一样；穴蚀现象最严重时，四点会穿透缸套壁，使机体内的冷却液体进人气缸，导致发动机发生严重事故。穴蚀与其他型式的腐蚀联合作用时，损坏速度将成倍乃至几十倍地增长。 2 液压系统穴蚀 生液压系统空穴的主要因素： （ 1）油液质量。如果油液抗泡沫性差，易于汽化并形成泡沫，就容易引起穴蚀。 （ 2）油位过高或过低。油位过高，油液受机械搅拌 而易使气体溶在油液内；油位过低，工作泵易吸人空气导致循环油液流量不足，加大了油液中空气或水形成气泡的机率。例如，变速器油位过低，在变速泵进口处的压力会低于油的汽化压力，油液便汽化或蒸发，析出气泡，这些气泡流到高压区会迅速破裂从而产生穴蚀现象。 （ 3）油液过热。油温过高，油液易汽化，水分蒸发，泡沫与空气泡增 3 多，穴蚀现象增加。 （ 4）油液压力的变化频率高。压力变化的频率直接影响空气泡的形成与破裂速度，压力变化频率高的部位，穴蚀速度快。如工程机械作业时需不停地操纵动臂 和铲斗，因而分配阀阀芯与油道相对应的位置处，因压力变化频率高，穴蚀现象也最严重，全部变黑形成积炭且有小坑和划伤。 （ 5）冷却水质量不佳。当冷却水中含有腐蚀介质（如酸根离子）时，会形成腐蚀与穴蚀的联合作用，加速穴蚀速度。 （ 6）空气和水分侵入油液。侵人油液系统的空气和水分愈多，产生穴蚀的范围愈广。空气侵人的渠道主要是泵的吸油口及管接头处因密封不严，导致空气进人系统。水分侵人的主要渠道是怕冷却器内漏。 （ 7）冷却系统的保养欠佳。对缸套穴蚀有较大影响的是散热器压力盖和节温器，一个好的 散热器压力盖可以保持冷却液的压力比蒸气压力高，从而可以减少穴蚀的产生。而节温器使冷却液保持在合适的温度范围，可以降低气泡破裂时的能量，因此若保养不良造成温度、压力失常会加速穴蚀的速度。 （ 8）使用条件。工程机械的工作过程粗暴，特别是柴油机，最大爆发压力大，引起侧向敲击力相应增大，从而引起穴蚀增加。 防穴蚀的措施主要有： （ 1）选用的油液要保证油品质量和适宜的粘度。严格按油尺标准加油，保持系统清洁。加油时必须注意清洁，切勿带进水分和杂质；加冷却水时，水中一定不要含腐蚀物质。工程机械 的各种油液油尺均标有上限和下限刻度，控制油量的正常标准有利于降低穴蚀。应定期清洗磁铁粗滤器，更换各种滤芯，保持油液清洁。注意检查油位。油质和油色，如果发现工程机械液压系统中有水珠、油液变成乳白色或油液呈泡沫状时，应仔细查找水和空气的来源，检查油冷却器和各管接头处的密封性。 （ 2）防止油温过高，合理设计散热系统，保证油温正常。如果出现故障，应进行分析，及时排除。如出现油路不畅通，冷却水过少或内、外泄漏时，应立即排除。 （ 3）减少液压冲击。操纵各液压操纵阀、分配间不宜过快、过猛，也不宜过于频繁 地加大油门，以减轻液压冲击。 （ 4）保持各结合面的正常问隙。在制造或修理时，按装配的公差下限装配可以减少穴蚀的影响。如已发生穴蚀现象，只能用金相纸抛光除去积炭，切不可用一般的细砂纸打磨。 4 （ 5）正确保养冷却系统。保证散热器压力盖完好并能正常工作，可以减少穴蚀的产生；让冷却系统的温度保持在合适的范围，以降低气泡破裂的能量；使用适量的冷却液添加剂，可抑制锈蚀作用。 （ 6）操作过程要平稳，避免压力冲击。 3 气泡 中气泡的来源及其对系统的危害 （ 1）气泡的来源 液压油在生产、储运以及系统在大气压力下工作，因此油液中含有空气是不可避免的。往往把油中空气称之为掺混空气，掺混空气是以直径很小的球状气泡悬浮于油中，掺混空气的生 成有两条途径： 主要是通过油箱和泵的吸入管掺混入油内，如油箱油面太低，泵吸入管口半露于油面或淹深很浅时，均可将空气吸入；若泵的进油管路漏气，则大量的空气会被吸入；再如系统回油管口高于油箱油面时，高速喷射的系统回油卷带着空气进入油中，又再度经油泵带入系统 。 实践虽然证明溶解于油液中的空气，对油的物 理性质没有什么直接的影响。但溶解了一定数量的空气处于饱和状态的油液，流经节流口或泵入口段，当绝对压力下降到油液的空气分离压时，油中过饱和的空气就会被析出，使本来溶解于油中的微细气泡聚集成较大的气泡 出现在系统中。 （ 2）对系统的危害 从经济性和系统工作质量的角度来看，油中气泡对系统的危害是相当大的，主要有以下几个 方面： 系统工作不良。在液压传动系统中，油液是动力的传递介质，在没有空气混入的场合下，其压缩率约为（ 5 7） 10，也就是压力增加 10，容积仅 被压缩减少为 因 此，在一般的液压系统中可以认为油是非压缩性流体，而不考虑其压缩性。一旦油中混入空气，其压缩率便会大幅度增加，油液本身具有相当高的刚度或是大的体积弹性系数（压缩率的倒数）则大大减低，严重地危害着系统的工作可靠性，如自动控制失灵、工作机构产生间歇运动、被加工件的废品率增大等。由于气泡引起的装置误动作还会发生机械及人身事故。 油温升高。气泡如在泵等的瞬间压缩之后，其温度会急剧升高。如果气体不溶解于油中，其绝热压缩的温升近似值是不难计算的，例如，将35的气泡加压至 ，其温升可达到 580。气泡在达到高温之后，其周围的油便会产生燃烧，成为系统油温骤然升高的主要原因。然而空气是 5 难以导热的，油中存有气泡时，其导热系数大大减低，严重地影响着油的冷却效 果。油温升高带来的不良后果有以下几个主要方面： 温的升高是促进油液氧化的主要原因。根据氧化的机理可知，油温在 60以上时每升高 10，其氧化速度成倍递增。氧化后的油液通常都会使粘度增加并生成酸性化合物，引起系统中金属件的腐蚀现象。并且氧化物的化学性质一般比热解作用的产物更为活泼，所以更容易产生渣泥，连 同铁锈、金属屑等机械杂质又作为氧化过程的催化剂，使油液加速氧化 。一般希望油温能在 90以下，使其具有好的化学稳定性。 b. 油的润滑性能下降。性能良好的油液能在金属摩擦表面形成牢固的油膜。油膜的强度和厚度主要取决于油液的质量。变质后的油液其油膜强度不足以承受工作负载的压力，致使金属表面互相接触，从而导致摩擦力急剧增加，加速零件的磨损，所以说油液的润滑性对于液 压装置具有重要意义。 压系统中采用的密封件均由不同化学成分的材料制成各种形式的密 封圈、垫，不但要求与油液有好的相容性，而且还要要 求有适当的工作油温，如油温超过密封件的正常耐热温度，便会使其加速老化，失去应有的弹性，而导致过早地丧失密封性能。 导致气蚀的发生。油中气泡被油液带到高压区时，体积急剧缩小，气泡又重新凝聚为液体，使局部区域形成真空，周围液体质点以高速来填补这一空间，质点互相碰撞而产生局部高压，形成液压冲击，使局部压力升高可达数百甚至上千个大气压力。如果这个局部液压冲击作用在固体壁面上，可引起固体壁面的剥蚀，称之为气蚀现象，它对系统的危害性很大。油中气泡还能起系统的振动和噪声的增加以及泵的容积效率减低等不良影响。 统气泡去除方法的剖析人们对气泡研究及其危害性的认识虽然存在差异，但在液压装置的设计制造过程中均考虑了气泡的去除问题，那就是沿用至今唯一方法，即利用系统中必备的油箱进行气泡的去除，尽管在油箱的结构上采取了多种措施，如水平截面积大于油液深度、设置隔板而延长油在油箱内的停留时间、进出油口尽量设置得远些以及体积要大等。但从气泡去除效果以及装置结构 方面来看仍有下列不足： （ 1）气泡去除效果差采用油箱自然去除法，就是靠气泡自身的浮力而自行浮至油面溶入大气的方法。气泡的直径一般为 果 气泡界面的油液没有作向上运动的话，完全要靠自身浮力克服 油液的摩擦阻力而向上运动。根据斯托克斯法则可知，气泡的上浮速度与气泡的大小及油液粘度有关，也就是说上浮速度与气泡大小成正比、与油液粘度成反比。如直径 6 为 气泡在粘度为 100 10s 的油液中每分钟只上浮 30于泵的搅拌作用，微细 化后的气泡再经阀口高速喷出成为乳化液状气泡，即使在油箱内滞留相当长的时间，靠自行浮上也是极其困难的。由此可见，仅靠油箱来去除气泡，其效果是相当差的，研究和开发强制式气泡去除装置 势在必行。 （ 2）液压 装置结构增大油箱除具有储油、冷却功能之外，体积大的一个根本原因就是考虑到气泡的去除，我国油箱的体积一般为泵流量的 3 5 倍，美国行业规定油箱的体积不得小于泵流量的 3 倍。由于采用 大体积油箱，往往使装置整体结构变大，且不经济。 制式气泡去除器 （ 1）基本结构与原理 强制式气泡去除器的基本结构。主要由进油腔、工作腔、导向叶轮、出油腔及排气管等组成。当油液从切线方向进入油腔时，以一定的动能冲向导向轮叶片，在导向轮的作用下，液体作螺旋加速运动，由于油液质量大于气泡质量，在离心力的作用下，气泡向中心轴 线处集聚，中心轴线上的压力是随着液流螺旋加速度的增加而递减的，在工作腔最小直径处的中心压力最低，气泡在中心轴线上的压差和接近中心液流的连带作用下向工作腔最小直径处运动而集合，在工作腔与出油腔结合处的右侧附近，液流由于没有螺旋运动，所以此处的压力高于出油腔入口处的压力，大量聚积起来的气体在压力的作用下通过排气管排出装置之外。 （ 2）本装置的主要特点 由于液流在工作腔的旋流半径很小，气泡很容易向中心方向移动。还有在工作腔的液体有较大的离心加速度，所以在半径方向上形成了较大的压力梯度，十分有助 于气泡的析出。 进入到工作腔的液体在导向叶轮作用下具有较大的角动能，促使液体能够维持较长距离的加速旋转运动，这就增加了气泡随油在工作腔内的旋转次数，所以有着相当高的气泡去除 效率。 本装置具有较大的压差范围，所以有较大的流量适应区域，即对于某一规格的装置来说，最大流量不小于最小流量的三倍，通过控制进油压力，可使本装置在一定流量范围内的任 一流量下均处良好的气泡去除工况。 适用于动力传递介质的任何粘度油液的气泡去除。 由于本装置体积较小，可以忽略其内部通流液体的 重量，所以具有任意的安装位置，而不 影响气泡去除效果。 7 （ 3）应用方式及其效果 单独使用。将本装置的进油腔与系统回油路相接，出油腔直接通向油箱，一遍去除效果 最高可达 与泵组合使用。将本装置的进油腔与系统回油路相接，出油腔与泵的进油口相接，一遍 去除效果最高可达 100%。两种方式共同的特点：一是均安装于油箱内，不怕泄漏；二是安装方便，组成简单；三 是无需专用动力，节省能源。就谋求油压系统高效率、低成本，把着眼点放在油的质量上，这种说法一点儿也不过份。从液压装置的使用成本来 看，除了动力源耗能之外，就要数液压油了。如果能延长油的使用周期，那么就可以使液压系统长时间地处于高效率、低成本的良好状态。事实说明，要使液压油长时间的质量稳定，关键的问题是要解决好油中混入空气这一对油液危害最大的难题。对此，开发和应用强制式液压油气泡去除装置有着十分重要的意义。 of of 8 附录 2 翻译 非开挖技术在电力工程中的应用 摘要： 该文分析了非开挖技术特点、工艺流程、施工 设备、管材粘接及安装，认为目前在特拉华州地区进行大规模管网施工的情况下，为了达到最小破坏和最大保护环境的目的，采用非开挖技术施工势在必行。另外，该文还提出了非开挖技术施工中值得注意的问题。 关键词： 非开挖技术 电力工程 线路 1 非开挖技术的特点 与其它技术相比，非开挖技术起步较晚。但是值得注意的是在最近 20多年中，非开挖技术无论在理论上，还是在施工工艺方面，都有了突飞猛进的发展。非开挖技术是极为重要的一种都市铺设管道的施工手段，采用非开挖技术铺设管道具有若干得天独厚的优势。 不开挖地面，就能穿越公路、 铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法。 非开挖技术不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，其管道寿命亦大于开挖法埋管。 采用房下非开挖技术能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短管线长度，有很大经济效益。 2 非开挖方法 术准备 下现状管线勘查 根据工程所能提供的工程现场地下管网资料，对现场地下管网进行复查，准确掌握地下各种管线和其他基础设施的分布及埋深，为导向孔轨迹提供准确的设计依据。 形地貌测量 根据市政管理部门审批的路由，按施工区域地形及路线定出钻孔轴线，沿轴线的地表走向标定地面有效标定点的距离和方位以及各个标定点的地面标高（或高差），为导向孔施工时地面跟踪监测提供准确依据。 场地质勘查 掌握钻孔工作区地层特征，为成孔工艺提供钻探参数。 计理论导向参数表 9 画出设计敷管路由图及设计敷管轨迹断面图，将以上勘测结果反映在图上，制订工艺方案。 工场地准备 工场地 文明施工，施工区域要安装防护围栏，施工机械、机 具和材料要按规范安装和堆放，需占用道路或人行道的区域应设置明显的施工安全标识，引导车辆和行人合理分流，夜间要设立反光标识和警示灯，施工区域分为机械作业区和下管作业区。 业工作坑 根据施工工艺要求开挖入射作业坑及下管作业坑，同时做好作业坑的支护和降水工作。 械进场及安装 施工机械进场就位需调用汽车和吊车，通常要临时占用道路；吊装现场须设好临时路障等安全设施；钻机、动力站和施工器具就位要充分利用现有场地空间，合理布局；安装钻机的地基必须坚实、平整，对松软地基必须进行加固后才能 安装钻机，钻机安装在入射点处，调整钻机倾角为设计入射角后固定钻机；连接动力站，连接泵站。 航仪器标定 将探头装入导向钻探头盒中，将导向钻头放置在无其他信号干扰的场地内，打开导航仪，检查导航仪工作情况并进行标定。 工步骤 向孔施工 施工准备：将导向钻头安装连接，检查探头发射的各个参数是否正常，探头电池容量是否足够。 开孔：为保证入射角的准确和稳定，开孔时须保持连续钻进至少 时宜采用低钻速、小泵量、慢进尺。 造斜钻进：调整钻头工具面向角至需要 角度，钻机顶进形成造斜段，导航仪跟踪监控钻头仰角的变化，根据不同的土层，顶进结合钻进，勿使仰角的变化超过钻杆的最小曲率半径。 保直钻进：钻机匀速回转钻进，给进速度尽量快，使导向孔直线段更平直。 设计导向钻进参数表。 10 拉扩孔 孔径设计：根据敷设管道的直径和根数计算需要成孔的最小直径，既不能过大，也不可过小，成孔直径过大，敷设管道周围土层坍塌易造成路面下陷，成孔直径过小，会使拉管阻力增大，引起脱管或管道变形。 分级扩孔：各级扩孔分别为一级 200级 250级 300级 400级 500。根据设计的成孔直径，由小到大分级扩孔，直至扩到工艺要求的孔径。 孔壁加固：扩孔的同时通过扩孔钻头向孔中注入泥浆，泥浆的浓度根据不同的土层条件来配制。泥浆渗透到孔壁中，通过扩孔钻头的挤压和磨擦，起到对孔壁的维护和稳定作用。 回拉敷管：拉管过程中的回拉力要克服管道与孔壁摩擦力，成孔的质量与导向孔的曲线形状以及扩孔工艺有着密切关系，正常情况下敷设 的回拉力不应超过 5力过大会造成管材断裂或变形。 3 施工设备 非开挖设备主要由以下几部分组成。 导航 系统：用于在钻进过程中对钻头进行定位，以确定钻头的倾斜角度和钻进方向。由发射器、接收器、控制台、摇控显示器、电源等组成。包含有软件系统的导航部分，不仅能绘制施工图，还能对工程进行评价、分析、实时记录设备运行数据、打印施工资料等。目前雷达导航的非开挖高端技术在国内已有采用，计算机导航技术已被普遍使用。 主机由发动机、液压系统、机载泥浆泵、动力钳、钻桿及其装卸系统等执行机构组成。它用于提供钻进、回旋的动力以及对钻进的控制。目前，国产的非开挖机在钻头 100r/转速下，扭矩已达 1520 钻具由 钻头、回扩钻头、钻杆等组成。不同的施工需要和不同的地质要选用不同的钻头。非开挖工程使用的钻杆与地质勘探的钻杆有所区别，有很大的弹性、韧性和抗扭强度、耐磨损。钻具在航道钻通以后，还要对通道回扩和牵引管线，使电缆便于穿过。 泥浆搅拌系统可增加钻头的润滑作用，降低钻进阻力和钻头的工作温度，提高管壁的强度等。泥浆还减小钻头磨损、软化地层、易于钻进以及利用泥浆的的流动性和粘结力使钻孔产生的岩粒、砂粒处于悬浮状态，以利于护壁和清孔，由泥浆罐和高压输送泵及高压连接管构成。该技术可用来铺设直径 40 2500各种 地下管线，距离可达十几 m 至几 径 老城城网升压改造工程中得到充 11 分利用。该项技术与传统的 挖槽埋管法 相比，具有不破坏环境、不影响交通、施工精度高、施工安全性好、周期性短、成本低、社会经济效益显著等优点。 4 管材粘接及安装 使用 材须提前 24 小时将管材粘接好，以保证接头的抗拉强度。 下管作业要根据不同材质的特点做成斜坡，防止坑下管角度过大折断管材。 连接管材和钻杆的分动器安装之前要仔细检查，防止拉管过程中出现卡钻。 拉管时 孔中须注满泥浆或水，以减小拉管阻力。 5 施工时应注意的问题 程地质和水文地质条件 沿管线土层变化频繁，所以在非开挖技术施工前必须了解土层的变化情况。此外对于要经过回填土地段，需要提前加固处理，以防非开挖技术施工后地表有过大的下沉。 毒气体的检测与防护 非开挖技术施工的地层一般会通过淤泥层，腐烂物、植物体会在地下形成有毒气体，危害施工人员的健康和生命，所以有人员在非开挖技术内操作的情况下，需要定时监测管内有毒气体含量，采用通风装置予以解决。 前探查地下管线 尽管先进的非开挖技术设备具有在施工的探查前进路线不远距离管线的能力，但是采用在地面提前查明地下管线仍是值得开展的，这对于保证通讯、电力、上水、排水、煤气等其它管线安全运营，确保公众正常生活仍有必要。 越建筑物时对基础的探查 非开挖技术在建筑物基础下施工时，需要明确施工路线上所遇到的基础类型，对于部分基础非开挖技术顶进前可采取托换、加固措施。 进计算 顶进计算：其一包括准确计算顶进推力，根据计算结果选定相应的油缸类型和确定中继间的分布；其二是工 作井设计，根据计算得到的最大顶力，提出工作井的加固方案。 6 结论 鉴于以上非开挖技术的技术分析，我们认为在特拉华州地区选择合适非 12 开挖技术机械进行非开挖技术施工，从技术上讲是完全可行的，从社会效益与经济效益上来讲是巨大的。我们所需要做的工作是针对特拉华州土层特点选用相应的非开挖技术设备进行施工。不可更改的是历史，着意刻画的是未来。我们认为，为了从根本上改变特拉华州市的管网乱挖现象，从政策法规方面予以规范是完全必要的；另外一面从切实做到保护环境入手，加大推广非开挖施工技术力度势在必行。我们可以预见未来 的管线铺设技术将以非开挖技术为支撑。 of o of is of in to of o is In o o it is in 0 in in is a o 13 a of a of is a a of a 2 he of to on to of to to by of up of to an of of of 14 be in of 20 be by or be to be at in to to to a of in to of 15 to be a of be to in of in of of 2.3 to is to to be at to to a of of to to a 16 to to of of a as a i, a or of 2002 250300 , 4 400 500to ik to to of in ik to ik s VC E kN to a or by 3 by of a to 17 o in It to o in 00r/520 by to of of of to in to to to of of in a 18 of a be 0mm 500mm of up 0 m to o in no to of is a as 4 to be 4 in to of of to to of to of in to of to or to 5 5.1 in so in a In to of to 19 of is 5.2 by of in of of o of of to be 5.3 Despite