液壓機(jī)械系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)研究

袁曉義

（重慶鋼鐵股份有限公司煉鐵廠 重慶長壽 401220）

液壓機(jī)械系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)研究

袁曉義

（重慶鋼鐵股份有限公司煉鐵廠 重慶長壽 401220）

液壓機(jī)械系統(tǒng)是由多個(gè)裝置組合而成的，因而其發(fā)生的故障類型也是比較多的。為了保證液壓機(jī)械系統(tǒng)的正常和安全運(yùn)行，必須加強(qiáng)對(duì)液壓機(jī)械系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的研究。本文主要闡述了液壓機(jī)械系統(tǒng)故障診斷方法。

液壓；機(jī)械；系統(tǒng)；故障；診斷

引言

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓機(jī)械系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在各行業(yè)中。但是液壓機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生的故障與其他機(jī)械故障不同的是具有較大的隱蔽性和不確定性，因而對(duì)其故障進(jìn)行排查和診斷是比較困難的。為了快速的進(jìn)行故障診斷，必須加強(qiáng)對(duì)液壓機(jī)械系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的研究，保證液壓機(jī)械系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 液壓機(jī)械系統(tǒng)故障診斷概述

液壓系統(tǒng)的故障診斷是指在不拆卸液壓設(shè)備的情況下，憑觀察和儀表測(cè)試判斷液壓設(shè)備的故障所在和原因。液壓設(shè)備的故障是指液壓設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)偏離了它的正常狀態(tài)，如管路和某些元件損壞、漏油、發(fā)熱、致使設(shè)備的工作能力喪失，功率下降，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲增大等。

在使用液壓設(shè)備時(shí)，液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障是多種多樣的。即使是同一個(gè)故障現(xiàn)象，產(chǎn)生故障的原因也不一樣，它是許多因素綜合影響的結(jié)果。特別是新裝置的液壓設(shè)備，在試車時(shí)產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，其原因更是多方面的。液壓系統(tǒng)是一個(gè)密閉的系統(tǒng)，各元件的工作狀態(tài)是看不見，摸不著的。因此，在進(jìn)行故障診斷時(shí)，必須對(duì)引起故障的因素逐一分析，注意到其內(nèi)在聯(lián)系，找出主要矛盾，這樣才能比較容易地排除故障。

液壓系統(tǒng)的故障主要是由構(gòu)成回路的液壓元件本身產(chǎn)生的動(dòng)作不良、系統(tǒng)回路的相互干涉使某元件單體異常動(dòng)作而產(chǎn)生的。圖1所示為液壓元件的故障發(fā)生率情況，其中油泵的故障率為最大，所以要引起足夠重視。

圖1 液壓元件故障發(fā)生率圖

液壓系統(tǒng)還由于液壓油的選用不當(dāng)和管理不善而造成的故障也非常多。在液壓系統(tǒng)的故障中至少有75%是由液壓油的污染造成的，而液壓油的故障中約有90%是雜質(zhì)造成的，圖2所示為液壓系統(tǒng)的故障發(fā)生率情況。所以合理地選擇、使用、維護(hù)、保管液壓油是關(guān)系到液壓設(shè)備工作的可靠性、耐久性和工作性能好壞的重要問題，也是減少液壓設(shè)備出現(xiàn)故障的有力措施。

圖2 液壓系統(tǒng)故障發(fā)生率

當(dāng)然，液壓系統(tǒng)的故障除由元件本身和工作油液的污染引起的以外，還因安裝、調(diào)試和設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)仍蛞鸬囊草^多。

液壓系統(tǒng)的故障診斷，過去一般憑經(jīng)驗(yàn)，隨著液壓測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外正研制和應(yīng)用專用的測(cè)試儀和設(shè)備。如手提式測(cè)試器、液壓故障診斷器和液壓故障檢修車等。應(yīng)用這些專用儀器和設(shè)備能在現(xiàn)場(chǎng)很快查出液壓元件及系統(tǒng)的故障，并進(jìn)行排除。

近年來，在液壓系統(tǒng)故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)方面取得了較大進(jìn)展。如利用振動(dòng)信號(hào)、油液光譜分析、油液鐵譜分析、超聲波泄漏指示器、紅外線測(cè)試儀等來進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)，利用微機(jī)進(jìn)行分析處理信號(hào)和預(yù)報(bào)故障的技術(shù)等的應(yīng)用已有不少報(bào)道。

2 液壓系統(tǒng)常見故障分析

液壓系統(tǒng)常見故障有壓力故障、動(dòng)作故障及其他類故障三大類，各類故障的現(xiàn)象及原因各不相同，只有準(zhǔn)確查定故障的部位和原因，才可對(duì)癥下藥，迅速排除故障。

2.1 壓力類故障

壓力是液壓系統(tǒng)的兩個(gè)最基本參數(shù)之一，其大小取決于負(fù)載。工作壓力正常與否在很大程度上決定了液壓系統(tǒng)工作性能的優(yōu)劣。常見的壓力故障有系統(tǒng)無壓或壓力達(dá)不到要求、壓力不穩(wěn)定、壓力轉(zhuǎn)換滯后、壓力調(diào)節(jié)控制失靈、壓力沖擊等等。引起壓力故障的常見原因有溢流閥（或卸荷閥）故障、系統(tǒng)氣穴、液壓泵故障、內(nèi)、外泄漏嚴(yán)重、工作介質(zhì)污染嚴(yán)重、工作介質(zhì)粘度不合適、元件選用不當(dāng)或連接錯(cuò)誤等。

2.2 動(dòng)作類故障

液壓系統(tǒng)在工作時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)一些不正常的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如不能動(dòng)作、爬行、速度控制調(diào)節(jié)失靈等，這些都稱之為動(dòng)作故障。導(dǎo)致動(dòng)作不正常的原因很多，必須綜合研究予以排除。常見的動(dòng)作故障現(xiàn)象有啟動(dòng)不正常、不能動(dòng)作、爬行、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度失常、速度調(diào)節(jié)控制失靈、動(dòng)作程序錯(cuò)亂等。引起動(dòng)作故障的常見原因有液壓缸故障、系統(tǒng)氣穴、換向閥故障、內(nèi)、外泄漏嚴(yán)重、工作介質(zhì)污染嚴(yán)重或粘度不合適、元件選用不當(dāng)或連接錯(cuò)誤以及機(jī)械約束等。

2.3 其他類故障

2.3.1 振動(dòng)和噪聲

振動(dòng)和噪聲是液壓設(shè)備常見的故障之一，而且振動(dòng)和噪聲往往同時(shí)出現(xiàn)，給設(shè)備的工作帶來嚴(yán)重危害。引起振動(dòng)和噪聲故障的原因是十分復(fù)雜的。不但設(shè)備的機(jī)械、電器、液壓系統(tǒng)都可以引起振動(dòng)和噪聲，就是在液壓系統(tǒng)內(nèi)部，幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)、部位都可以引起振動(dòng)和噪聲。如系統(tǒng)氣穴引起振動(dòng)和噪聲，系統(tǒng)內(nèi)液壓泵、液壓馬達(dá)、各種控制閥等元件本身質(zhì)量不好引起振動(dòng)和噪聲，控制閥失靈引起振動(dòng)和噪聲。因此，分析處理這種故障是比較困難的。

2.3.2 油溫過高

液壓系統(tǒng)是以液體為工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，液壓油是主要的工作介質(zhì)。為了保證設(shè)備的正常工作和液壓系統(tǒng)工作的品質(zhì)，設(shè)備工作時(shí)工作介質(zhì)的溫度應(yīng)保持在一定范圍之內(nèi)。一般的液壓系統(tǒng)，液壓油的溫度不應(yīng)超過60℃。但在實(shí)際工作中，由于油液流動(dòng)時(shí)粘性摩擦產(chǎn)生的壓力損失，由于泄漏產(chǎn)生的容積損失和壓力損失，由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)件摩擦產(chǎn)生的機(jī)械損失，這些能量損失都將轉(zhuǎn)化為熱能，使液壓系統(tǒng)溫度升高。所以如果散熱效果不好，工作油液的溫度就會(huì)超出要求的范圍，形成油溫過高的故障。油溫升高，是系統(tǒng)內(nèi)能量損失所產(chǎn)生熱量引起的。設(shè)備的機(jī)械裝置、液壓系統(tǒng)、工作負(fù)荷，都可以引起油溫的升高。

2.3.3 泄漏故障

泄漏是油液在壓力作用下，經(jīng)由非工作通道，流向壓力較低區(qū)域的過程，所以引起泄漏故障的主要因素是：油液粘度過低；系統(tǒng)壓力過高；局部部位的不合理結(jié)構(gòu)；密封不良等。

2.3.4 液壓系統(tǒng)污染

液壓系統(tǒng)的污染主要是工作介質(zhì)的污染，工作介質(zhì)在系統(tǒng)工作時(shí)起到傳遞能量的作用，保持其良好的使用性能，對(duì)保證液壓系統(tǒng)正常工作是非常重要的。實(shí)際上，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)方面的問題，工作介質(zhì)經(jīng)常會(huì)受到污染而使其性能惡化，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)工作產(chǎn)生影響，液壓系統(tǒng)所發(fā)生的故障中很多是因工作介質(zhì)污染所致。

3 液壓機(jī)械系統(tǒng)故障診斷技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修，必須采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。即用各種傳感器、有關(guān)儀器儀表及計(jì)算機(jī)組成測(cè)試系統(tǒng)，通過有關(guān)參數(shù)的顯示、對(duì)比隨時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)及元件的技術(shù)狀態(tài)，判別故障部位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)等。但是，采用這種精密診斷及狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)費(fèi)用較高，一般的液壓系統(tǒng)目前尚不宜采用。目前適用于一般液壓系統(tǒng)故障診斷的方法主要有“四覺”診斷法、液壓系統(tǒng)圖分析檢測(cè)法和用液壓系統(tǒng)測(cè)試儀診斷法。

3.1 “四覺”診斷法

利用操作、維護(hù)人員的觸覺、視覺、聽覺和嗅覺來判斷液壓系統(tǒng)的故障，這是目前現(xiàn)場(chǎng)取得液壓故障信息的簡(jiǎn)單方法。觸覺診斷是用手來摸液壓泵等元件的外殼是否燙手，摸執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)時(shí)及管路的振動(dòng)情況。視覺診斷是通過觀察看各測(cè)點(diǎn)壓力表、真空表、油溫計(jì)的數(shù)值是否正常；看回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能否回轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)是否緩慢無力、回轉(zhuǎn)停止時(shí)是否有滑移現(xiàn)象；看行走機(jī)構(gòu)能否行走或行走是否無力，是否向一側(cè)跑偏；看執(zhí)行油缸是否推力不足；看油箱油位是否正常，油液表面是否有泡沫、是否污染；看是否有外泄漏等。聽覺診斷是聽液壓泵和液壓馬達(dá)的噪聲是否過大，溢流閥是否有尖叫聲，換向時(shí)的沖擊聲是否過大；聽是否有氣蝕產(chǎn)生的異常聲；聽泵是否有內(nèi)部零件損壞而引起的敲擊聲。嗅覺診斷可判別油液變質(zhì)及液壓泵燒結(jié)等故障。上述診斷方法還會(huì)由于每個(gè)人的感覺不同、判斷能力的差異而得出不同的診斷結(jié)果，而且只是定性分析。若要確定真正的故障原因，還得要拆下有關(guān)元件，上試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。

3.2 儀表測(cè)量檢查法

測(cè)試儀主要用于液壓系統(tǒng)的故障診斷，可在一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)同時(shí)讀出壓力、流量。能測(cè)試系統(tǒng)中動(dòng)力元件、控制元件和執(zhí)行元件的性能與工況，可迅速查找出故障部位。測(cè)試儀主要由壓力表、安全閥、卸荷閥、模擬加載的負(fù)荷閥和流量計(jì)組成的。其測(cè)試原理是將測(cè)試儀串接在回路中，斷開原來的主油路，使壓力油經(jīng)過測(cè)試儀回到油箱，通過逐漸加載讀出測(cè)試點(diǎn)的壓力和流量，然后與額定流量進(jìn)行比較，來確定被測(cè)部位的性能。在一般的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，由于液壓系統(tǒng)的故障往往表現(xiàn)為壓力不足，容易察覺；而流量的檢測(cè)則比較困難，流量的大小只可通過執(zhí)行元件動(dòng)作的快慢作出粗略的判斷。

3.3 原理推理法

液壓系統(tǒng)基本上都是利用不同的液壓元件，按照液壓系統(tǒng)回路組合匹配而成的。當(dāng)出現(xiàn)故障現(xiàn)象時(shí)可據(jù)此進(jìn)行分析推理，初步判斷出故障的部位和原因，予以排除。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)液壓系統(tǒng)的故障，可根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作原理，按照動(dòng)力元件→控制元件→執(zhí)行元件的順序在系統(tǒng)圖上正向推理分析故障原因。根據(jù)系統(tǒng)工作原理，要掌握一些規(guī)律或常識(shí)：①分析故障過程是漸變還是突變，如果是漸變，一般是由于磨損導(dǎo)致原始尺寸與配合的改變而喪失原始功能；如果是突變，往往是零部件突然損壞所致，如彈簧折斷、密封件損壞、運(yùn)動(dòng)件卡死或污物堵塞等。②要分清是易損件還是非易損件，或是處于高頻重載下的運(yùn)動(dòng)件，或者為易發(fā)生故障的液壓元件。而處于低頻、輕載或基本相對(duì)靜止的元件，則不易發(fā)生故障。

4 結(jié)語

液壓系統(tǒng)在運(yùn)行過程中若出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致整臺(tái)設(shè)備無法正常工作，甚至使整條生產(chǎn)線停產(chǎn)。因此，必須重視液壓系統(tǒng)故障的分析與排除。液壓設(shè)備是由機(jī)械、液壓、電氣、儀表等裝置有機(jī)地組合而成的統(tǒng)一體，系統(tǒng)的故障分析也是由各方面因素綜合影響的一個(gè)復(fù)雜問題。所以，在分析液壓故障之前必須先弄清楚整個(gè)液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析、判斷，逐步深入，最后準(zhǔn)確地確定故障部位和原因并采取有效的對(duì)策。

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TH137

A

1004-7344（2016）20-0260-02

2016-6-8

袁曉義（1965-），男，高級(jí)工程師，本科，主要從事冶金設(shè)備管理工作。