Diagnosegids: Problemen oplossen instabiele beweging van de hydraulische aandrijving

1. Beschrijving van het probleem en toepassingsgebied

Een onstabiele beweging van een hydraulische actuator is een kritieke fout, die zich kan manifesteren als schokkerigheid, ongelijkmatige snelheid, vertragingen in reactie op besturingsopdrachten of een volledig gebrek aan controle over de positionering. Dit probleem heeft rechtstreeks invloed op de nauwkeurigheid, productiviteit en betrouwbaarheid van industriële apparatuur zoals persen, spuitgietmachines, CNC-bewerkingsmachines, mobiele hydraulica en verpakkingsmachines. Bewegingsinstabiliteit kan leiden tot producttekorten, schade aan apparatuur en onveilige werkomstandigheden.

Classificatie van de fout volgens de mate van belangrijkheid:

• Kritisch: Onmiddellijke stopzetting van het productieproces, hoog risico op schade aan apparatuur of ongelukken. Heeft onmiddellijke diagnose en eliminatie nodig.
• Belangrijk: Daling van de productiviteit, verslechtering van de productkwaliteit, verhoogde slijtage van componenten. Er is dringend interventie nodig.
• Klein: Periodieke, nauwelijks waarneembare afwijkingen die zonder passende tussenkomst kunnen uitgroeien tot een significante of kritieke storing. Heeft geplande diagnostiek nodig.

Deze handleiding biedt een systematische benadering van de diagnose, van symptomen tot het vaststellen van de hoofdoorzaak en stappen om dit te verhelpen, met de nadruk op proportionele kleppen, contaminatieanalyse en signaalintegriteit.

2. Veiligheidsmaatregelen

WAARSCHUWING! Werken met hydraulische systemen brengt een hoog risico op letsel met zich mee als gevolg van hoge druk, hete olie en elektrische stroom. Neem de volgende kritische veiligheidsmaatregelen in acht:

• Vergrendeling (LOTO): Voordat u met werkzaamheden aan het hydraulische systeem begint, moet u de vergrendelingsprocedure uitvoeren in overeenstemming met EN 1037 en de interne regels van het bedrijf.
• Drukverlichting: Zorg ervoor dat alle systeemdruk is ontlast. Door de restdruk kan olie onder hoge druk ontsnappen, wat uiterst gevaarlijk is.
• Hete olie: Hydraulische olie kan tijdens bedrijf tot hoge temperaturen opwarmen. Gebruik persoonlijke beschermingsmiddelen voor handen (hittebestendige handschoenen) en ogen.
• Elektrische veiligheid: Controleer of elektrische componenten (kleppen, sensoren, controllers) spanningsvrij zijn voordat u ze demonteert of een diagnose stelt. Volg de elektrische veiligheidsregels van DSTU EN 50110-1.
• Persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM): Gebruik altijd een veiligheidsbril, handschoenen, overall en veiligheidsschoenen.
• Energieopslag: onthoud dat sommige elementen (drukaccumulators) energie kunnen opslaan, zelfs nadat de pomp is gestopt. Volg de procedures voor het veilig drukloos maken van batterijen.

3. Noodzakelijke diagnostische hulpmiddelen

Voor een effectieve diagnose van een onstabiele beweging van de hydraulische aandrijving is de volgende set gereedschappen nodig:

4. Controlelijst voor eerste beoordeling

Voordat u met een gedetailleerde diagnose begint, voert u de volgende beoordeling uit:

5. Systematisch diagnostisch algoritme

Volg dit stapsgewijze algoritme om de hoofdoorzaak van onregelmatige bewegingen te identificeren:

1. Symptoombevestiging:
   • Actie: Start de rit, observeer de beweging ervan. Bepaal de exacte aard van de instabiliteit (schokken, traagheid, doorschieten).
   • Analyse: Is de beweging chaotisch of repetitief? Is dit afhankelijk van de belasting of van de bewegingsrichting?
2. Elektrisch systeemcontrole proportionele klep:
   1. Besturingssignaal van controller (PLC/PAC):
      • Actie: Controleer met behulp van een oscilloscoop de vorm en amplitude van het stuursignaal (meestal 0-10V of 4-20mA) direct bij de controlleruitgang.
      • Norm: Stabiel, zuiver signaal zonder rimpelingen en ruis. Controleer bij proportionele kleppen met PWM-regeling de vulfactor.
      • Niet normaal: Instabiel, pulserend signaal, geluiden. → Waarschijnlijke oorzaak: fout in de controller, defect in de besturingskabel, elektromagnetische interferentie.
   2. Signaal bij proportionele klep:
      • Actie: Controleer hetzelfde signaal rechtstreeks bij de connector van de proportionele klepspoel.
      • Norm: Het signaal is identiek aan het uitgangssignaal van de controller.
      • Niet normaal: Het signaal verschilt van het controllersignaal (spanningsverlies, vervorming). → Waarschijnlijke oorzaak: Kabelschade, slecht contact in de connector, hoge weerstand in het circuit.
   3. Proportionele klepspoelweerstand:
      • Actie: Schakel de stroom uit, koppel de connector los. Meet met behulp van een multimeter de weerstand van de klepspoel.
      • Norm: De weerstand komt overeen met de specificaties van de fabrikant (bijvoorbeeld 2,5 Ohm voor 24V DC).
      • Abnormaal: Open circuit (oneindige weerstand) of kortsluiting (nul/zeer lage weerstand). → Waarschijnlijke oorzaak: Defecte klepspoel, kortsluiting tussen bochten.
   4. Spoelaandrijfstroom:
      • Actie: Gebruik de stroomtangen van de multimeter om de stroom te meten die door de spoel vloeit tijdens bedrijf.
      • Tarief: De stroom komt overeen met de berekende waarde volgens het stuursignaal.
      • Niet normaal: De stroom komt niet overeen met het stuursignaal. → Waarschijnlijke oorzaak: Probleem met klepelektronica, spoelstoring.
3. Controle hydraulisch systeem:
   1. Systeemdruk:
      • Actie: Sluit manometers aan in de persleiding van de pomp, de regelleiding van de klep en bij de inlaat van de actuator. Observeer de stabiliteit van de druk.
      • Norm: Stabiele druk zonder noemenswaardige pulsaties. De afwijking bedraagt ​​maximaal ±5% van de ingestelde waarde.
      • Niet normaal: scherpe drukschommelingen, drukval onder belasting. → Waarschijnlijke oorzaak: Pompslijtage, defecte veiligheids-/regelklep, lucht in het systeem, verstopt filter.
   2. Debiet hydraulische vloeistof:
      • Actie: Meet met behulp van een draagbare debietmeter de stroom bij de inlaat naar de actuator en, indien mogelijk, bij de uitlaat van de pomp.
      • Normaal: Flow is stabiel en reageert op besturingsopdrachten.
      • Niet normaal: Instabiele stroom, aanzienlijke daling van de stroom. → Waarschijnlijke oorzaak: Pompslijtage, verstopt filter, interne lekkages in kleppen of actuatoren.
   3. Verontreiniging van hydraulische olie:
      • Actie: Neem een ​​oliemonster uit de tank en uit de injectieleiding. Analyseer het monster met een zuiverheidsanalysekit of stuur het naar een laboratorium.
      • Standaard: De oliezuiverheidsklasse voldoet aan de eisen van de fabrikant van de apparatuur (bijvoorbeeld ISO 4406: 18/16/13 of beter).
      • Niet de norm: de netheidsklasse is slechter dan aanbevolen. → Waarschijnlijke oorzaak: Inefficiënte filtratie, slijtage van componenten, externe vervuiling. Vervuiling kan leiden tot het vastlopen van de proportionele klepspoel.
   4. Aanwezigheid van lucht (cavitatie):
      • Actie: Inspecteer de olie in de tank visueel op schuim of belletjes. Luister naar de pomp op karakteristieke cavitatiegeluiden (kraken).
      • Norm: Olie zonder bubbels, de pomp werkt stil.
      • Niet normaal: schuim, bubbels, pompgeluid. → Waarschijnlijke oorzaak: Laag oliepeil, lekkages aan de zuigleiding van de pomp, storing van het aanzuigfilter.
4. Proportionele klepinspectie (mechanisch onderdeel):
   1. Mechanisch vastlopen van de spoel:
      • Actie: Nadat u de klep veilig hebt verwijderd, inspecteert u de spoel visueel op bramen, corrosie en afzettingen. Probeer de spoel handmatig te verplaatsen (indien mogelijk).
      • Norm: De spoel beweegt vrij, zonder vast te lopen.
      • Niet normaal: de spoel loopt vast of beweegt met grote weerstand. → Waarschijnlijke oorzaak: vervuiling, mechanische slijtage, scheefheid, thermische vervormingen.
   2. Slijtage van interne afdichtingen:
      • Actie: Inspecteer bij het demonteren van de klep de afdichting op schade en putjes.
      • Norm: Afdichtingen zijn intact, elastisch.
      • Niet normaal: schade, hardheid van afdichtingen. → Waarschijnlijke oorzaak: ouderdomsslijtage, chemische afbraak van olie.
5. Controle van hydraulische actuator (cilinder/hydromotor):
   1. Interne lekkages:
      • Actie: Voor een cilinder: breng één holte onder druk en blokkeer de andere, meet de drukvalsnelheid of laat de leidinglekkage leeglopen. Voor de hydraulische motor: meet de lekkage via de afvoerleiding.
      • Norm: Minimale lekkage die voldoet aan de specificatie (bijvoorbeeld niet meer dan 5 cm³/min voor een cilinder).
      • Niet normaal: aanzienlijke interne lekkage. → Waarschijnlijke oorzaak: Slijtage van zuiger-/stangafdichtingen, schade aan wrijvingsparen cilinderspiegel/hydraulische motor.
   2. Mechanische wrijving/vastlopen:
      • Actie: Ontkoppel de schijf van de mechanische belasting. Controleer het gemak van het handmatig verplaatsen.
      • Norm: De schijf beweegt vrij.
      • Niet normaal: vastlopen, overmatige wrijving. → Waarschijnlijke oorzaak: Schade aan de geleidingen, vervorming van de behuizing, storing van de lagers (voor de hydraulische motor).

6. Matrix "Symptoom - Mogelijke oorzaak"

7. Analyse van de grondoorzaken van storingen

7.1 Verontreiniging van hydraulische olie

Uitleg: Vaste deeltjes (stof, metaalspaanders, slijtageproducten van afdichtingen) zijn de meest voorkomende oorzaak van storingen in hydraulische systemen. Ze komen van buitenaf het systeem binnen (door lekkende afdichtingen, onzuivere olievulling) of worden intern gevormd als gevolg van slijtage van componenten. Deze deeltjes werken als schurend middel en beschadigen de oppervlakken van de precisiekleppen en actuatoren, en kunnen de spoelen van proportionele kleppen blokkeren, waardoor ze niet soepel kunnen bewegen. Dit leidt tot een schokkerige, ongelijkmatige beweging van de aandrijving.

Bevestiging: Laboratoriumanalyse van oliemonsters of gebruik van een draagbare deeltjesteller (bijv. HYDAC FCU 1000) zal een ISO 4406-zuiverheidsklasse aantonen die aanzienlijk slechter is dan de aanbeveling van de fabrikant (bijv. in plaats van 18/16/13 zou het 22/20/17 zijn). Visueel kan de olie troebel zijn, sediment bevatten of van kleur veranderen.

Gevolgen: als vervuiling niet wordt verwijderd, versnelt dit de slijtage van alle bewegende delen van het systeem (pompen, kleppen, cilinders), veroorzaakt het interne lekkages, oververhitting van de olie, verminderde efficiëntie en uiteindelijk uitval van dure componenten.

7.2 Proportionele klepstoringen (elektrisch/mechanisch)

Uitleg: Proportionele kleppen vormen het "hart" van nauwkeurige hydraulische bediening. Hun falen kan elektrisch zijn (storing van de spoel, elektronica, connector) of mechanisch (vastlopen van de spoel, slijtage van interne onderdelen). Elektrische problemen leiden tot een wazig of ontbrekend stuursignaal, waardoor instabiliteit ontstaat. Mechanische problemen zorgen ervoor dat de spoel niet soepel beweegt, wat een directe invloed heeft op de stroom en druk die de klep regelt.

Bevestiging:

• Elektrisch: De multimeter geeft een breuk/kortsluiting in de spoel aan. De oscilloscoop detecteert een onstabiel of vervormd stuursignaal op de klepconnector.
• Mechanisch: Na demontage zal een visuele inspectie bramen, corrosie en vuil op de spoel aan het licht brengen. De spoel beweegt niet vrij met de hand. Een test om de hysteresis en responstijd van de klep te meten zal afwijkingen van de paspoortgegevens aan het licht brengen.

Gevolgen: Verlies van nauwkeurige controle over de aandrijving, onvermogen om de ingestelde positie te bereiken, langere cyclustijd, schade aan andere apparatuur door onjuiste beweging, volledige uitschakeling van het systeem.

7.3 Slijtage van de hydraulische pomp of defect aan de druk-/debietregelaar

Uitleg: Pompslijtage leidt tot verminderde prestaties, interne lekkages en druk-/stroompulsaties. Het falen van druk- of stroomregelaars (bijv. overdrukkleppen, overdrukkleppen) kan een onstabiele bedrijfsdruk of een onjuiste stroomverdeling veroorzaken, wat rechtstreeks van invloed is op de soepelheid en regelbaarheid van de beweging van de actuator.

Bevestiging:

• Pompdruk- en debietmetingen tonen waarden onder de nominale waarde.
• Drukpulsaties in de injectieleiding gedetecteerd door een manometer met datalogging of een oscilloscoop met druksensor.
• Controleer de instellingen en werking van de druk-/debietregelaars: deze kunnen "blijven hangen", "afdrijven" of niet reageren op veranderingen.

Gevolgen: Instabiele beweging, vermindering van systeemvermogen, oververhitting van olie, versnelde slijtage van andere componenten als gevolg van onjuiste bedrijfsparameters.

7.4 Lucht in het hydraulisch systeem (cavitatie)

Uitleg: Lucht kan het systeem binnendringen als gevolg van lekkende aansluitingen in de zuigleiding van de pomp, een laag oliepeil in de tank of onvolledige luchtverwijdering na onderhoud. Luchtbellen in de olie worden onder druk samengedrukt en zetten uit als de olie valt, waardoor een "veer"-effect in het hydraulische circuit ontstaat. Dit resulteert in schokken, geluid (cavitatie) en onstabiele, ongecontroleerde beweging van de actuator.

Bevestiging:

• Visuele inspectie van de olie in de tank: aanwezigheid van schuim, grote bellen.
• Karakteristiek kraken of gerommel van de pomp (cavitatiegeluid).
• Het meten van de druk met een oscilloscoop zal scherpe en snelle fluctuaties laten zien.

Gevolgen: Vernietiging van componentoppervlakken (vooral pompen en kleppen) als gevolg van het instorten van schokbellen, oververhitting van de olie, versnelde slijtage van het systeem, volledig verlies van controle.

8. Stapsgewijze procedures voor probleemoplossing

1. Verwijdering van verontreiniging door hydraulische olie:
   1. Vervanging van filters: Installeer nieuwe filters met de juiste filtratiefijnheid (bijv. 10 µm voor afvoer en 3 µm voor drukfilter). Zorg ervoor dat de filters voldoen aan ISO 16889.
   2. Systeemspoelen: Als het vervuilingsniveau hoog is, spoelt u het systeem door met speciale spoelolie of schone hydraulische olie en extra filters.
   3. Verversing hydraulische olie: Tap de oude olie volledig af en vul deze met nieuwe olie van het juiste type en zuiverheidsklasse volgens ISO 4406 (bijv. HLP 46, zuiverheidsklasse 17/15/12).
   4. Lekkagecontrole: Elimineer alle potentiële besmettingspunten (beschadigde tankafdichtingen, lekkende deksels, ontluchters).
2. Proportionele klepdiagnose en reparatie:
   1. Controleer elektrische aansluitingen: Reinig en controleer de betrouwbaarheid van de contacten in de klepconnectoren. Controleer de integriteit van de kabel.
   2. Spoel vervangen: Als de weerstand van de spoel niet aan de norm voldoet, vervang dan de spoel door een origineel exemplaar (bijvoorbeeld Bosch Rexroth R900012345).
   3. Klepreiniging/reparatie:
      • LET OP: Proportionele klepdemontage is een complexe handeling die netheid en vaardigheid vereist. Vermijd demontage tenzij dit noodzakelijk is.
      • Demonteer de klep (na het drukloos maken!), demonteer deze voorzichtig in een schone omgeving.
      • Reinig de spoel en de behuizing van vuil en afzettingen met behulp van speciale oplosmiddelen voor de hydrauliek.
      • Controleer de spoel op bramen of slijtage. Schuur kleine bramen weg of vervang de spoel/klep als de slijtage aanzienlijk is.
      • Vervang alle afdichtingen en O-ringen door nieuwe die voldoen aan de specificaties van de fabrikant.
      • Monteer de klep met de aanbevolen aanhaalmomenten (bijvoorbeeld 12 Nm voor de montagebouten).
   4. De klep kalibreren: Nadat u de klep hebt geïnstalleerd en aangesloten, kalibreert u deze volgens de instructies van de fabrikant, met behulp van gespecialiseerde software of een PID-regelaar.
3. Reparatie van de hydraulische pomp en regelaars:
   1. Vervanging/reparatie van de pomp: Als de diagnose aanzienlijke slijtage of storing van de pomp heeft bevestigd (prestatieverlies, overmatig geluid), moet deze worden vervangen of gerepareerd in een gespecialiseerde werkplaats.
   2. Inspectie/vervanging van regelaars: Controleer de bruikbaarheid en instellingen van de veiligheids- en reduceerventielen. Maak ze schoon of vervang ze als ze blijven plakken of niet reageren. Pas de druk aan volgens het systeemdiagram.
4. Het systeem ontluchten:
   1. Olie bijvullen: Zorg ervoor dat het oliepeil in de tank zich boven het aanbevolen bereik bevindt.
   2. Inspectie van de zuigleiding: Controleer alle aansluitingen op de zuigleiding van de pomp op lekkage, vervang beschadigde slangen of afdichtingen.
   3. Het systeem ontluchten: Laat het systeem op een laag toerental draaien, laat de olie circuleren, waarbij u de actuatoren herhaaldelijk over het volledige slagbereik beweegt om lucht via afvoerleidingen of speciale ontluchtingskleppen te verdrijven. Dit kan enkele uren duren.
5. Reparatie van hydraulische aandrijving:
   1. Vervanging van afdichtingen: Vervang in geval van interne lekkage in de cilinder of hydraulische motor de zuiger-, stang- en manchetafdichtingen.
   2. Mechanische controle: Elimineer mechanische speling of wrijving in de actuatorgeleiders of hydraulische motorlagers.

9. Preventieve maatregelen

Regelmatig onderhoud en preventie zijn van cruciaal belang om instabiele hydraulische systemen te voorkomen.

10. Reserveonderdelen en componenten

Voor een snelle probleemoplossing wordt aanbevolen om de volgende reserveonderdelen bij de hand te hebben:

Voor bestellingen en gedetailleerde informatie over reserveonderdelen kunt u de UNITEC-D e-catalogus raadplegen op: www.unitecd.com/e-catalog/

11. Koppelingen

• DSTU EN ISO 12100: Machineveiligheid. Algemene ontwerpprincipes. Risicobeoordeling en risicoreductie.
• DSTU EN ISO 13849-1: Machineveiligheid. Elementen van besturingssystemen die verband houden met veiligheid. Deel 1: Algemene ontwerpprincipes.
• DSTU EN 50110-1: Bediening van elektrische installaties.
• ISO 4406: Hydraulische vloeistof - Codering van het verontreinigingsniveau van deeltjes.
• ISO 16889: Hydraulische vloeistof - Filters - Multipass-testmethode voor het evalueren van de filtratie-efficiëntie.
• EN ISO 10816: Mechanische trillingen. Evaluatie van machinetrillingen op basis van meetresultaten op stationaire onderdelen.
• Bedienings- en onderhoudshandleidingen van fabrikanten van apparatuur (OEM).
• Gerelateerde UNITEC-D onderhoudshandleidingen: www.unitecd.com/maintenance-guides/