方向控制回路的故障排除

方向控制回路是控制執行元件的啟動、停止及換向的回路。這類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行元件的運動方向，一般可采用各種換向閥來實現，在閉式容積高速回路中也可利用雙向變量泵實現換向過程。鎖緊回路的功能是使執行元件停止在規定的位置上，且能防止因受外界影響而發生漂移或竄動。

一、方向控制回路故障分析的基本原則

在液壓系統的控制閥中，方向閥在數量上占有相當大的比重。方向閥的工作原理比較簡單，它是利用閥芯和閥體間相對位置的改變實現油路的接通或斷開，以使執行元件啟動、停止（包括鎖緊）或換向。方向控制回路的主要故障及其產生原因有以下兩個方面。

1．換向閥不換向

(1)電磁鐵吸力不足，不能推動閥芯運動。

(2)直流電磁鐵剩磁大，使閥芯不復位。

(3)對中彈簧軸線歪斜，使閥芯在閥內卡死。

(4)閥芯被拉毛，在閥體內卡死。

(5)油液污染嚴重，堵塞滑動間隙，導致閥芯卡死。

(6)由于閥芯、閥體加工精度差，產生徑向卡緊力，使閥芯卡死。

2．單向閥泄漏嚴重或不起單向作用

(1)錐閥與閥座密封不嚴。

(2)錐閥或閥座被拉毛或在環形密封面上有污物。

(3)閥芯卡死，油流反向流動時錐閥不能關閉。

(4)彈簧漏裝或歪斜，使閥芯不能復位。

二、換向回路的故障分析與排除

1．液控單向閥對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。當換向閥中位時，液控單向閥應關閉，液壓缸下降應立即停止。但實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。這種停止位置不能準確控制的現象，使設備不僅失去工作性能，甚至會造成各種事故。

檢查回路各元件，液控單向閥密封錐面沒有損傷，單向密封良好。但在柱塞缸下降過程中，換向閥切換中位時，液控單向閥關閉需一定時間。若如圖24 (b)所示，將換向閥中位改為Y型，當換向閥中位時，控制油路接通，其壓力立即降至零，液控單向閥立即關閉，柱塞缸迅速停止下降。

2．液壓缸運動相互干擾

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。兩缸運動分別由兩個電液換向閥控制。

這個回路的故障是：當柱塞缸1在上位，液壓缸2開始動作時，出現柱塞缸自動下降的故障。

回路中當電液換向閥控制液壓缸2動作時，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，所以此時液控單向閥被打開，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運動速度比設定值還高。

如圖25(b)所示，將控制柱塞缸的先導電磁換向閥的回油口直接通向油箱，在缸2運動時，液控單向閥的控制油路即無壓力，柱塞缸1的柱塞就不會下滑運動。

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個三位四通換向閥分別向3個液壓缸輸送液壓油，有時出現電磁換向閥換向不靈的現象。

經檢測，電磁換向閥各部分工作正常，溢流閥的調節壓力比電磁換向閥允許的工作壓力低。液壓缸有時2個或3個同時動作，有時只有一個動作。液壓泵為定量泵，泵的輸出流量能滿足3個缸同時動作，所以流量比較大。某一時刻只有一個缸動作時，通過電磁閥的流量就大大超過了允許容量值，這時電磁悶推動滑閥力超過了設計允許的換向力，電磁鐵推不動滑閥換向，造成換向失靈。同時，過大的流量進入一個液壓缸也易造成缸運動速度失去控制。為此，如圖26 (b)所示，在換向閥前安裝節流閥，來控制進入液壓缸的流量，此時，相當于進油節流調速回路。若只有一個缸工作時，泵輸出流量一部分由節流閥調節控制液壓缸的速度，一部分由溢流閥溢回油箱，這樣經過電磁閥的流量使得到控制，也就排除了因流量過大而造成換向失靈的故障。

4．快退動作前發生沖擊現象

在圖27 (a)所示的系統中，液壓泵為定量泵，三位四通換向閥中位機能為Y型。節流閥在液壓缸的進油路上，為進油節流調速。溢流閥起定壓溢流作用。液壓缸快進、快退時二位二通閥接通。

系統故障是；液壓缸在開始完成快退動作時，首先出現向工作方向前沖，然后再完成快退動作。這樣將影響加工精度，嚴重時還可能損壞工件和刀具。

在組合機床和自動線液壓系統中，一般要求液壓缸實現快進→工進→快退的動作循環。動作速度轉換時，要求平穩無沖擊。該系統之所以會出現上述故障，是因為液壓系統在執行快退動作時，三位四通電磁換向閥和二位二通換向閥必須同時換向，而由于三位四通換向閥換向時間的滯后，在二位二通換向閥接通的一瞬間，有部分壓力油進人液壓缸工作腔，使液壓缸出現前沖。當三位四通換向閥換向終了后，壓力油才全部進入液壓缸的有桿腔，無桿腔的油液才經二位二通閥回油箱。

因此，設計液壓系統時應考慮到三位換向閥比二位換向閥換向滯后的現象。

排除上述故障的方法是：在二位二通換向閥和節流閥上并聯一個單向閥，如圖27(b)所示。液壓缸快退時，無桿腔油液經單向閥回油箱，二位二通閥仍處于關閉狀態，這樣就避免了液壓缸前沖的故障。

5．控制油路無壓力

在圖28所示系統中，液壓泵1為定量泵，溢流閥2用于溢流，液動換向閥3為M型、外控式、外回油，液壓缸4單方向推動載荷運動。

系統故障現象是：當電液閥中電磁閥換向后，液動換向閥不動作，檢測液壓系統，在系統不工作時，液壓泵輸出壓力油經電液閥中液動閥中位直接回油箱，回油路無背壓。檢查液動閥的滑閥芯，運動正常，無卡緊現象。

因為電液閥為外控式、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閥用。

啟動系統運行時，由于泵輸出油液是通過M型液動閥直接回油箱，所以電液換向閥的控制油路無壓力，當電液閥中電磁閥換向后控制油液不能推動液動閥換向，所以電液閥中的液動閥不動作。

系統出現這樣的故障屬于設計不周造成的。排除這個故障的方法是：在泵的出油路上安裝一個單向閥，此時電液閥的控制管路接在泵與單向閥之間；或者在整個系統的回油路安裝一個背壓閥（可用直動式溢流閥做背壓閥，使背壓可調），保證系統卸荷時油路中還有一定的壓力。

電液閥的控制油路壓力對于高壓系統來說，控制壓力就相應要提高，如對21MPa的液壓系統，控制壓力需高于0.35MPa；對于32MPa的液壓系統，控制壓力需高于1MPa。

這里還應注意的是，在有背壓的系統中，電液閥必須采用外回油，不能采用內回油形式。

6．液壓缸啟/停位置不準確

在圖29所示的系統中，三位四通電磁換向閥中位機能為O形。當液壓缸無桿腔進入壓力油時，有桿腔油液由節流閥（回油節流調速）、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，以實現不同工況的要求。三位四通電磁換向閥換向后，液壓油經液控單向閥進入液壓缸有桿腔，實現液壓缸回程運動。液壓缸行程由行程開關控制。

系統的故障現象是：在換向閥中位時，液壓缸不能立即停止運動，而是偏離指定位置一小段距離。

系統中由于換向閥采用O形，當換向閥處于中位時，液壓缸進油管內壓力仍然很高，常常打開液控單向閥，使液壓缸的活塞下降一小段距離，偏離接觸開關，當下次發信時，就不能正確動作。這種故障在液壓系統中稱為微動作故障，雖然不會直接引起大的事故，但同其他機械配合時，可能會引起二次故障，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能由O形改為Y形，當換向閥中位時，液壓缸進油管和油箱接通，液控單向閥保持鎖緊狀態，從而避免活塞下滑現象。

7．換向后壓力上不去

在圖30 (a)所示的回路中，3個泵向系統供油，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產生卸荷和溢流作用?；芈分?，當1YA通電，液壓泵輸出的壓力油從電液換向閥P口進入，從A口輸出，進入液壓缸載荷工作腔時，壓力不能上升到設定的載荷工作壓力。

經調試發現，當油溫高時不能上升到載荷工作壓力，溫度較低時能上升到載荷工作壓力。檢測每個元件，性能參數符合要求。溢流閥7調定值合理，電磁閥13、液壓缸14無異常泄漏。查看電液換向閥后發現，故障是由于對電液換向閥具體結構不清楚，使回路設計不合理造成的。

在圖30 (a)所示回路中，換向閥12進行壓力油換向時（即P→A或P→B），其內部工作原理如圖30 (d)所示。當1YA通電時壓力油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孔配合部分就有S₁、S₂、S₃三處環形間隙使高壓油向回油口泄漏。特別是在S處，有的閥環形覆蓋長度設計較短，壓力油泄漏便增多。由于泄漏嚴重，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2YA通電時，壓力油P由B口進入缸的載荷工作腔。此時油液在換向閥內的流動狀況如圖30 (d)閥芯左位所示?？梢钥闯?，只有S₁′處環形間隙泄漏高壓油。因此時電液換向閥的控制油液來自主油路，所以S₂′形間隙沒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的環形間隙就不會產生從高壓向低壓的泄漏，從而減少了系統的泄漏量。但此時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，電液換向閥內泄漏量最少，可以認為是較佳方案。減少了泄漏量，系統的工作壓力就能上升到設計要求值。

8．換向時產生液壓沖擊

圖31(a)所示為采用三位四通電磁換向卸荷回路，換向閥的中位機能為M型。這個回路所屬系統為高壓大流量系統，當換向閥切換時，系統發生較大的壓力沖擊。

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，是一種簡單有效的卸荷方法。

  對于高壓、大流量的液壓系統，當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，必然在換向閥切換時產生液壓沖擊。同時還由于電磁換向閥切換迅速，無緩沖時間，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閥換向時間可調，換向有一定的緩沖時間，使泵的出口壓力上升或下降有個變化過程，提高了換向平穩性，從而避免了明顯的壓力沖擊?；芈分袉蜗蜷y的作用是使泵卸荷時仍有一定的壓力值(0.2～0.3MPa)，供控制油路操縱用。

以上分析主要適用于機床液壓系統，因為機床液壓系統不允許有液壓沖擊現象，任何微小沖擊都會影響零件的加工精度。對于工程機械液壓系統來說，一般都是高壓、大流量系統，換向閥采用M型較多，為什么不會產生液壓沖擊呢？這是由于工程機械液壓系統中，換向閥一般都是手動的，換向閥切換時的緩沖作用是由操作者來實現的，換向閥的閥口也是一個節流口，操縱人員在操縱手柄時，應使閥口逐漸打開或關閉，避免形成液壓沖擊。

液壓系統工作機構停止工作或推動載荷運行的間隔時間內，或即使液壓泵在幾乎零壓下空載運行，都應使液壓泵卸荷。這樣可降低功率消耗，減少系統發熱，延長液壓泵的使用壽命。一般功率大于3kW的液壓系統都應具有卸荷功能。