Устранение неисправностей гидравлики: шаг за шагом диагностируйте давление, нагрев, шум и утечки

Начните с системного подхода

Самая дорогая ошибка при устранении неисправностей гидравлики — замена деталей до диагностики проблемы. Инстинктивная замена насоса требует времени и денег; замена насоса после подтверждения того, что он является источником измеренной потери давления, навсегда решает проблему. Систематическое устранение неполадок начинается с информации, а не с инструментов.

Прежде чем прикасаться к любому компоненту, найдите гидравлическую схему системы. Отслеживание пути потока на бумаге занимает несколько минут и часто позволяет выявить место неисправности еще до того, как будет ослаблен хотя бы один фитинг. Клапаны, спрятанные внутри коллекторов, пилотные линии, питающие удаленные приводы, и байпасные цепи, которые легко не заметить на машине, сразу видны на схеме. Если схема недоступна, ее получение должно быть первоочередной задачей — устранение неисправностей сложной схемы без нее умножает время диагностики и риск ошибочной диагностики.

Вторым подготовительным шагом является установление базовой линии. Запишите давление в системе, температуру жидкости, время цикла привода и уровень шума насоса, когда система работает нормально. Эти справочные данные превращают поиск и устранение неисправностей в будущем из догадок в сравнение. Давление, которое в прошлом месяце составляло 180 бар, а сегодня составляет 140 бар, точно говорит о том, насколько потеряна производительность, и значительно сужает причину. Без базовой линии вы проводите диагностику с нуля каждый раз, когда возникает проблема.

Имея на руках понятную схему и исходные данные, логически прорабатывайте систему, начиная с источника жидкости и далее — сначала состояние резервуара и жидкости, затем насос, затем клапаны и затем приводы. Эта последовательность соответствует направлению потока энергии и позволяет избежать распространенной ловушки, связанной с заменой нижестоящего компонента, когда реальная неисправность произошла выше по цепи.

Симптом 1 — Потеря давления или мощности

Постепенное или внезапное падение давления в системе является одной из наиболее частых неисправностей гидравлической системы. Это проявляется вялым движением привода, неспособностью выдерживать нагрузки или постоянным выпуском воздуха из предохранительных клапанов при частичной нагрузке. За это может быть ответственен любой основной компонент на пути потока.

Начните с предохранительного клапана. Неправильно установленный, изношенный или загрязненный предохранительный клапан является самой распространенной причиной низкого давления в системе, которую легче всего исключить. Подсоедините калиброванный манометр к выходу насоса и наблюдайте за показаниями, пока система находится под нагрузкой. Если показания манометра ниже, чем настройка предохранительного клапана, возможно, предохранительный клапан пропускает жидкость при давлении открытия ниже номинального — снимите, осмотрите и очистите или замените его, прежде чем продолжить.

Если предохранительный клапан окажется исправным, следующим подозреваемым будет выход насоса. Внутренний износ насоса увеличивает зазоры между вращающимися элементами и корпусом, позволяя жидкости рециркулировать внутри, а не сбрасываться под давлением. Изношенный насос по-прежнему будет создавать давление в условиях холостого хода, но не сможет поддерживать давление, когда нагрузка на привод возрастает. Установите расходомер после насоса и сравните измеренную производительность с номинальным расходом насоса при рабочей скорости. Дефицит расхода, превышающий 10–15 % номинальной мощности при рабочем давлении, указывает на значительный внутренний износ.

Также проверьте внешние пути утечки — шланговый фитинг, который слегка отодвинулся, неисправное уплотнение корпуса клапана или уплотнение торцевой крышки цилиндра, пропускающее жидкость под нагрузкой. Любой непредусмотренный путь возврата в резервуар снижает давление, доступное в контуре привода.

Симптом 2 — Перегрев

Гидравлическая жидкость, работающая при температуре выше 60–70°C (140–160°F) в течение длительного времени, вызывает ускоренное окисление жидкости, ускоренную деградацию уплотнений, снижение вязкости и нисходящую спираль увеличения внутренней утечки, которая генерирует больше тепла. Быстрое определение источника тепла имеет решающее значение для предотвращения прогрессирующего повреждения системы.

Низкий уровень жидкости это самая простая причина и первое, что нужно проверить. Недостаточно заполненный резервуар сокращает время пребывания жидкости между возвратом и повторным входом в контур, препятствуя адекватному рассеиванию тепла. Долейте резервуар и контролируйте температуру в течение всего рабочего цикла, прежде чем приступить к дальнейшей диагностике.

Загрязненная или деградировавшая жидкость имеет повышенную вязкость и пониженную смазывающую способность, что заставляет насос работать интенсивнее и выделять больше тепла на единицу выполненной работы. Возьмите образец жидкости и отправьте его на лабораторный анализ или воспользуйтесь портативным компаратором вязкости, чтобы сравнить жидкость со свежим образцом. Жидкость, которая значительно потемнела, пахнет горелым или имеет видимую мутность, должна быть заменена перед дальнейшей диагностикой — грязная жидкость будет продолжать выделять тепло независимо от других корректировок.

Засорены или загрязнены контуры охлаждения. являются основной причиной перегрева систем, которые ранее работали при нормальных температурах. Осмотрите масляный радиатор на предмет внешнего загрязнения (пыль, мусор или накипь, блокирующая поток воздуха в агрегатах с воздушным охлаждением) и внутреннего засорения (накипь или биологический рост в агрегатах с водяным охлаждением). Охладитель, работающий с КПД даже 50%, может поднять температуру жидкости значительно выше допустимых пределов при полной нагрузке.

Непрерывная работа предохранительного клапана является значительным источником тепла. Предохранительный клапан, который неоднократно открывается (поскольку требуемое давление в системе близко к настройке клапана или потому, что к предохранительному клапану прижимается нагрузка), преобразует гидравлическую энергию непосредственно в тепло, не совершая никакой полезной работы. Проверьте, обеспечивает ли настройка сброса достаточный запас по сравнению с нормальным рабочим давлением и требует ли приложение аккумулятора или уравновешивающего клапана для снижения нагрузки на контур сброса давления.

Признак 3. Ненормальный шум и вибрация.

Гидравлические системы издают характерный рабочий звук, который опытные специалисты сразу распознают. Отклонения от этой базовой линии — скуление, стук, дребезжание или нерегулярная пульсация — почти всегда указывают на конкретную неисправность, которую можно определить по характеру звука.

А пронзительный вой из насоса является классическим признаком кавитации. Кавитация возникает, когда давление жидкости на входе насоса падает ниже давления пара жидкости, в результате чего образуются пузырьки пара, которые затем резко разрушаются при попадании в зону высокого давления. Энергия взрыва слышна как визг или визг и вызывает быстрое разрушение внутренних частей насоса. Немедленно проверьте линию всасывания: обратите внимание на засоренный сетчатый фильтр на всасывании, частично закрытый запорный клапан на впуске, размер всасывающей линии, который не соответствует расходу насоса, или вязкость жидкости, слишком высокую для текущей температуры. Любое ограничение, которое снижает давление на входе ниже атмосферного, создает условия для кавитации.

А стук или дребезжащий звук изменение скорости вращения вала насоса обычно указывает на засасывание воздуха — аэрацию, а не кавитацию. Захваченный воздух внезапно сжимается и расширяется при прохождении через насос, создавая неровный стук, отличный от постоянного воя кавитации. Проверьте все фитинги всасывающей линии и уплотнение вала на предмет проникновения воздуха. Поврежденное или изношенное уплотнение вала на стороне всасывания насоса позволяет воздуху втягиваться под отрицательным давлением на входе. Нанесите небольшое количество жидкости на подозрительные фитинги во время работы насоса — если шум изменится, значит, вы нашли точку входа воздуха.

Вибрация и пульсация давления которые вызывают перемещение трубопровода и усталость фитинга, часто вызваны резонансом между собственной частотой давления насоса и механической собственной частотой неподдерживаемого трубопровода. Добавление хомутов через соответствующие промежутки времени и установка секций гибких шлангов в отверстиях насоса отделяют насос от жесткого трубопровода и устраняют резонансную вибрацию без каких-либо изменений в насосе или условиях жидкости.

Признак 4 — Внешние и внутренние утечки

Утечки в гидравлической системе являются одновременно проблемой технического обслуживания и угрозой безопасности. Жидкость под высоким давлением, впрыскиваемая через точечное отверстие в шланге, может проникнуть через кожу и вызвать серьезные травмы; Скопление жидкости под оборудованием создает опасность скольжения и возгорания. Любая утечка, независимо от ее очевидной серьезности, должна устраняться незамедлительно.

Внешние утечки видны и, как правило, их легко найти. Распространенными источниками являются шланговые фитинги, которые ослабли из-за вибрации, соединения с торцевым уплотнительным кольцом, где уплотнительное кольцо было разрезано или постоянно установлено, уплотнения штока цилиндра, срок службы которых истек, а также уплотнения вала насоса, вышедшие из строя из-за чрезмерного давления в корпусе или биения вала. Перед заменой шланговых фитингов повторно затяните в соответствии со спецификацией — многие очевидные утечки в фитингах вызваны просто недостаточно затянутыми соединениями, которые со временем слегка ослабли от вибрации.

Внутренние утечки — переток жидкости через золотники клапанов, изношенные уплотнения цилиндров или внутренние зазоры насоса — труднее обнаружить, поскольку видимых потерь жидкости нет. Доказательством этого является ухудшение производительности: привод, который смещается под нагрузкой, цилиндр, который не удерживает положение, или система, которая медленно набирает давление. Для лопастные двигатели и поршневые двигатели Внутренняя утечка проявляется как снижение выходного крутящего момента или скорости при заданном входном давлении и расходе. Определите количественную внутреннюю утечку, измерив сливной поток картера — если сливной поток картера от двигателя или насоса значительно превышает максимальную спецификацию производителя, внутренние зазоры изношены за пределами допустимого диапазона, и компонент требует ремонта или замены.

Чтобы обнаружить внутреннюю утечку в гидрораспределителе, изолируйте привод от контура и создайте давление в корпусе клапана, одновременно отслеживая движение привода. Любое движение в условиях статического давления подтверждает, что золотник клапана пропускает жидкость через уплотнительные площадки.

Признак 5 — Медленное или неустойчивое движение привода.

Когда цилиндры выдвигаются или втягиваются слишком медленно или когда двигатели работают с непостоянной скоростью, неисправность может возникнуть в насосе, регулирующих клапанах или самом приводе. Процесс структурированной изоляции определяет, какой участок цепи отвечает.

Начните с подтверждения того, что выходной расход насоса соответствует техническим характеристикам, с помощью расходомера, установленного между насосом и направляющим клапаном. Если подача насоса правильная, проблема находится ниже по потоку. Если расход насоса ниже спецификации, вернитесь к этапам диагностики насоса, описанным выше в разделе «Потеря давления».

Убедившись в подаче насоса, проверьте направляющий клапан. Золотник клапана, который частично застрял из-за загрязнения, вздутия уплотнения или соленоида, который не полностью подает напряжение, будет дросселировать поток к приводу даже при команде на полное открытие. Проверьте потребляемый ток соленоида на соответствие спецификациям производителя: ток, потребляемый соленоидом меньше номинального, может привести к неисправности проводки; одно потребление тока, превышающего номинальный, может привести к повреждению катушки. Снимите и осмотрите золотник клапана на наличие загрязнений или задиров, если электрические проверки пройдены успешно.

Клапаны регулирования расхода, с компенсацией давления или другие, которые отклоняются от своих первоначальных настроек, будут обеспечивать медленную или переменную скорость привода. Проверьте настройки диафрагмы на соответствие техническим характеристикам системы и убедитесь, что обратные клапаны в контурах управления потоком установлены правильно и не допускают перепуска в контролируемом направлении.

Если все компоненты, расположенные выше по потоку, проверяются, возможно, в самом приводе имеется внутренний обход уплотнения. Для цилиндров полностью втяните и затем подайте давление на конец крышки, одновременно проверяя отверстие на конце штока на наличие обратного потока без подключенной нагрузки — любой измеримый обратный поток указывает на обход уплотнения поршня. Для лопастные двигатели и поршневые двигатели , измерьте скорость вала при известном входном расходе и сравните с теоретическим расчетом смещения. Скорость ниже теоретической указывает на внутреннюю потерю объема.

Устранение неполадок, связанных с конкретным насосом

Насос является наиболее частым объектом запросов по устранению неполадок в гидравлике, и разные технологии насосов имеют разные признаки неисправности. Понимание того, на что обращать внимание при каждом типе, значительно сокращает время диагностики.

Устранение неисправностей лопастного насоса: Лопастные насосы чувствительны к чистоте жидкости и минимальной вязкости на входе. Наиболее частым видом отказа лопастного насоса является износ кончика лопасти, который увеличивает зазор между кончиком лопасти и кулачковым кольцом и снижает объемный КПД. Это проявляется в постепенном ухудшении давления и расхода с течением времени, а не в внезапном отказе. Если лопастной насос, который работал нормально, внезапно теряет производительность, проверьте, нет ли сломанных или застрявших лопастей — одна лопасть, застрявшая в пазу, нарушает баланс давления на роторе и может вызвать немедленную и значительную потерю давления. Лопастным насосам также требуется минимальная скорость для создания достаточной центробежной силы для поддержания контакта лопасти с кулачковым кольцом; работа на скорости ниже минимальной приводит к дрожанию лопастей и ускоренному износу наконечников.

Устранение неисправностей поршневого насоса: Поршневые насосы представляют собой высокопроизводительные агрегаты, требующие чистой жидкости и тщательного внимания к давлению слива в картере. Чрезмерное давление слива картера, вызванное закупоркой или недостаточностью дренажной линии картера, выталкивает жидкость через уплотнение вала и приводит к выходу из строя уплотнения. Всегда проверяйте, что сливная линия картера возвращается в резервуар выше уровня жидкости и не создает противодавления. Шум поршневого насоса, увеличивающийся с увеличением давления, указывает на изношенные накладки на поршнях, которые теряют гидродинамическую пленку при высоком давлении. Молочная или мутная жидкость в пробе слива из корпуса поршневого насоса указывает на загрязнение водой, что резко ускоряет износ подшипников и отверстий поршня и требует немедленной замены жидкости и исследования системы для обнаружения места проникновения воды.

Для обоих типов насосов единственным наиболее эффективным диагностическим действием перед разборкой является измерение расхода дренажа корпуса . В нормальном случае расход дренажа обычно составляет от 1 до 5% номинального рабочего объема насоса. Расход слива из корпуса, превышающий 10 % номинальной мощности, является надежным индикатором того, что насос изношен за пределами допустимого диапазона, независимо от того, являются ли внешние признаки серьезными.

Диагностические инструменты, которые должен использовать каждый технический специалист

Для эффективного устранения неполадок в гидравлике требуется нечто большее, чем просто визуальный осмотр. Следующие инструменты предоставляют количественные данные, необходимые для того, чтобы отличить компоненты, которые незначительно деградировали, от тех, которые действительно вышли из строя.

А калиброванный гидравлический манометр с соответствующим диапазоном (обычно 0–400 бар для промышленных систем) и демпферным фитингом для защиты манометра от скачков давления является наиболее фундаментальным диагностическим инструментом. Показания давления в определенных контрольных точках, сравниваемые со спецификациями системы, позволяют за считанные минуты локализовать неисправности на определенных участках контура. Каждая гидравлическая система должна иметь фитинги для контрольных точек, установленные на выходе насоса, перед и после каждого основного блока клапанов и в каждом порту привода.

А портативный гидравлический расходомер — устанавливается в линию с помощью быстроразъемных контрольных фитингов — обеспечивает измерение расхода, которое не могут дать одни только манометры. Данные о расходе подтверждают производительность насоса, определяют внутренние утечки через клапаны и приводы, а также проверяют соответствие настроек управления расходом спецификациям системы. Линейные счетчики турбинного типа точны, компактны и подходят для большинства промышленных задач по устранению неполадок.

Аn инфракрасный термометр или тепловизионная камера бесценен для обнаружения источников тепла без физического контакта. Сканирование поверхностей компонентов во время работы системы позволяет определить, какой клапан сбрасывает тепло в резервуар (что указывает на непрерывный байпас), какой участок трубопровода перегревается (что указывает на ограничение потока) и работает ли охладитель симметрично. Аккумулятор можно проверить на целостность предварительной зарядки, сканируя корпус во время езды — правильно заряженный аккумулятор покажет четкую температурную границу между газовой и масляной секциями.

А портативный счетчик частиц или набор для тестирования загрязнений обеспечивает количественное определение уровня чистоты в формате ISO 4406. Это показание точно скажет вам, соответствует ли чистота жидкости техническим характеристикам, требуемым наиболее чувствительным компонентом системы. Многие проблемы с гидравликой, связанные с выходом из строя компонентов, на самом деле являются износом, вызванным загрязнением, который будет повторяться, если жидкость не будет приведена в соответствие со спецификацией до установки новых деталей.

Профилактическое обслуживание во избежание повторных сбоев

Самый эффективный способ устранения неполадок в гидравлической системе – это тот, который в первую очередь предотвращает возникновение сбоев. Структурированная программа профилактического обслуживания сокращает время незапланированных простоев, продлевает срок службы компонентов и предоставляет базовые данные, которые позволяют быстрее и точнее устранять неполадки в будущем.

Анализ жидкости является краеугольным камнем профилактического обслуживания гидравлической системы. Отправка образца жидкости на лабораторный анализ каждые 500–1000 часов работы позволяет получить данные о дрейфе вязкости, продуктах окисления, содержании воды и концентрации металлов износа. Повышение концентрации железа или меди в жидкости сигнализирует о внутреннем износе конкретного компонента — часто за несколько недель или месяцев до того, как износ приведет к заметным симптомам производительности. Данные об износе металла позволяют плановую замену компонентов во время планового простоя, а не аварийный ремонт во время производства.

Фильтровать интервалы обслуживания должны основываться на показателях перепада давления, а не на фиксированных календарных интервалах. Фильтр, который достигает индикаторного давления байпаса после 300 часов работы в загрязненной среде, требует замены через 300 часов, а не через стандартный 500-часовой интервал. Установите индикаторы перепада давления на все фильтры всасывания, давления и возврата и проверяйте их при каждой ежедневной проверке оборудования. Байпасный фильтр позволяет нефильтрованной жидкости циркулировать через систему, одновременно ускоряя износ всех последующих компонентов.

Регулярные проверки системы должна включать проверку уровня и состояния жидкости, прослушивание изменений в шуме насоса, проверку всех соединений шлангов и фитингов на предмет появления просачивания на ранней стадии, проверку того, что настройки предохранительного клапана не смещаются, а также запись показаний давления и температуры для сравнения тенденций. 15-минутная проверка при каждом плановом обслуживании в сочетании с письменной записью результатов превращает техническое обслуживание гидравлической системы из реактивной дисциплины в прогнозирующую — и практически исключает неожиданные отказы, которые приводят к наиболее дорогостоящим простоям производства.