机械设备液压系统故障特性和故障诊断应用技术研究_师新华.pdf

CM&M 2023.01331 机械设备的液压系统特点具有液压系统的机械设备，其液压系统是其执行机构、传动装置的动力源。通过机械设备的控制系统或自动化系统，操纵其液压系统实现工作装置的各种动作、完成机械设备的各种作业。机械设备的液压系统具有体积小、质量轻、功率大、工作平稳、可实现大范围内的无级调速等独特的优点，得到日趋广泛的应用。2 液压系统故障分类2.1 功能故障机械设备液压系统的功能故障主要表现在 2 个方面：一是液压系统偏离正常运行功能。发生这种故障的原因，主要是因为液压系统或其元件的工作条件不正常引发的。可以通过参数调节、元件修复等方法，恢复液压系统的正常功能。二是液压系统功能失效。具体表现是液压系统偏离了正常功能，其偏离程度不断加深，液压系统的基本功能难以保障，在实际施工生产活动中被认定为出现了故障。2.2 磨损故障机械设备液压系统在工作中会出现磨损，磨损后的液压系统的零部件会发生故障。该类故障主要表现在 2 个方面：一是累积磨损故障。液压系统经过较长时间使用，其偶件、元件、部件不断磨损，累积的磨损量不断加大、密封件等原件不断老化，由此产生泄漏、卡顿等故障。二是突发损坏故障。突发损坏故障的情况，主要与机械设备质量和相关操作因素有关。在机械设备使用过程中，由于操作、使用不当，造成液压系统部件、元件、零件突然损坏。机械设备液压系统的上述故障，与机械设备其他故障相比，均具有其特殊性，这就给液压系统的故障诊断和故障修复工作带来了比较特殊的难题。3 液压系统故障特性3.1 故障的复杂性根据机械设备液压系统发生故障的实际情况和故障维修经验，发现液压系统故障通常并不单一发生，而是若干个故障同时发生，这就造成液压系统的故障诊断变得比较复杂，导致故障处理、故障修复也比较复杂。如果对液压系统故障处理不当，还会影响一线生产技术人员和维修人员的人身安全。3.2 故障的隐蔽性机械设备液压系统由许多精密、复杂的元件组成，因此发生故障以后往往不能通过直接观察进行判断，发生的故障具有隐蔽性。即便是具有较高水平的技术人员、或者具有丰富维修经验的维修人员，往往也不能通过直接观察判断出故障部位。因此与机械设备的其他故障相比，其故障的隐蔽性更强。3.3 故障原因的多样性机械设备的液压系统在工作过程中，存在着众多的影响因素。一种故障的出现，往往是由多种原因引起的，而且故障原因也不是独立存在的，而是互相交织在一起互相影响的。故障原因的多样性，给故障诊断带来了一定的难度。3.4 故障的偶然性和必然性机械设备液压系统在实际运行过程中，某些故障的发机械设备液压系统故障特性和故障诊断应用技术研究师新华1,2摘要：在简述机械设备液压系统故障分类和故障特性的基础上，详细阐述了主观诊断法、模型诊断法、智能诊断法等故障诊断应用技术，还叙述了液压系统故障诊断应用技术的发展趋势，可供从事机械设备液压系统故障诊断和维修的技术和修理人员参考。关键词：机械设备；液压系统；故障诊断；应用技术；分析研究（1.邢台中伟卓特液压科技有限公司，河北邢台 054900；2.河北省工程机械液压传动装置技术创新中心，河北邢台 054900）34工程机械与维修TECHNOLOGY&MAINTENANCE技术维修生具有必然性，也有一些故障的发生具有明显的偶然性。液压系统中必然发生的故障存在着一定的客观规律。利用这一客观规律，可有效预防故障的发生。但同时也需要认识到，探明和利用这一客观规律其实并不容易。3.5 故障的可变性各种液压元件是机械设备液压系统的重要组成部分，同时各种液压元件之间又是互相作用、互相影响的。因此液压系统中发生的故障，具有较强的可变性。液压系统的维修经验表明，出现一个故障后，往往又会出现另一个故障。从以上液压系统故障特性分析来看，可知机械设备液压系统的故障现象较多，故障特性纷繁复杂。机械设备液压系统具有的这些故障特性，严重影响了液压系统的故障诊断，不利于液压系统高效、稳定运行。4 故障诊断应用技术对机械设备液压系统进行的数据调查和资料统计表明：在其液压系统故障中，80%以上的故障是因为液压油污染引起的。在液压系统故障分析和诊断中，广泛应用了铁谱分析技术对液压系统进行工况监测和磨损特性分析，取得了较好的效果。在对液压系统故障分析和诊断的过程中，在排除了与故障无关的区域和因素之后，即可将故障目标缩小到系统中的某个单元或者某个元件。液压系统故障诊断应用技术如下所述。4.1 主观诊断法机械设备液压系统中出现的某种故障，可能分析出较多的故障原因。但是通过诊断，一般只确定出 1 个主要原因。而在故障处理、修复的过程中，故障的这一主要原因则是关键因素。因此，在进行液压系统故障分析和诊断的过程中，可以主要依据技术、维修人员的实际经验，配以简单的诊断仪器，采用主观诊断法对故障部位和原因（尤其是主要原因）进行判定。但是采用主观诊断法对故障部位和原因进行判定，对于技术、维修人员综合素质的要求比较高，需要其掌握丰富、多元的液压系统故障机理知识和故障诊断经验，尤其要熟知液压系统的结构和功能、掌握液压系统的维修技能。主观诊断法流程示意图，如图 1 所示。在学者陆望龙的液压阀和液压控制系统文中，作者对故障主观诊断法进行了详细的论述，为液压系统故障诊断的技术和维修人员提供了重要参考。虽然主观诊断法具有方便、快捷和实用性较强的优点，但是也存在一些缺点。该方法的主要缺点就是在应用的过程中，只能对液压系统中的故障进行简单的定性分析，而不能进行定量分析，存在较强的局限性。因此，主观诊断法经常在液压故障诊断的初始阶段予以应用。例如液压油中存在较多杂质是一个常见故障。液压系统的许多控制阀设有阻尼孔、阀芯，一旦液压油中存在污渍或杂物，就会进入控制阀的阻尼孔、阀芯，造成其阻尼孔堵塞、阀芯与阀体之间产生非正常摩擦并产生划痕。阻尼孔堵塞会导致控制阀工作异常，阀芯和阀体的非正常摩擦产生的划痕会导致控制阀液压油渗漏、功能下降。应用主观诊断法，可以凭借维修经验对液压油是否可用进行直观、便捷的诊断，以便决定液压油是否可以继续使用。主观诊断法是液压系统故障判断在初始阶段的重要方法，因此得到长期应用。4.2 模型诊断法基于模型的故障诊断法（模型诊断法），就是运用数学语言描述系统中某些可测量的特征量。这些特征量在幅值、相位、频率等方面与故障存在着一定的联系，通过应用模型诊断法测量、分析和处理这些特征量，进而判断故障源头（即故障原因）。应用模型诊断法诊断机械设备液压系统故障，其主要目标在于了解液压系统当前的运行状况，判断被监测液压元件的状态变化趋势，诊断被监测液压系统故障的发生部位和故障的严重程度，实现对液压系统故障的早知道、早预报、早诊断，把故障消灭在萌芽之中。目前机械设备液压系统的模型诊断法已经得到了应用，实现了液压系统诊断过程的状态重构。在应用模型诊断法的基础上，采用统计检验法将液压系统故障部位从状态重构中检验出来，再进行分离、估计和决策，由此建立液压系统故障与过程参数的精确关系。然后只需关注参数变化、统计特性来实现故障的检测，这样可以大幅度提升故障检测和诊断的效率。模型诊断法对于实际操作者来说，并未在知识理论、实检修或者更换液压缸液压缸与滑动部件安装是否正常滑动部件阻力是否处于正常状态系统压力是否过低或者不稳液压缸和管道中是否存在空气液压系统执行机构爬行检查、排除系统中的空气是是否否检查、修理和调整压力阀调整、加入润滑油检查并且调整图1 主观诊断法流程示意图CM&M 2023.0135践技能水平等方面多加限制，只需进行简单操作就可以进行故障的分析和诊断。自动变速器故障诊断模型如图 2 所示。将模型诊断法应用于机械设备液压系统的故障诊断，已经取得了很好的社会效益和经济效益。但是这种故障诊断方法同样存在着一定的限制和制约。这是因为液压系统是一个复杂系统，其故障具有明显的滞后性。因此在应用模型诊断法诊断故障的过程中，难以得到比较准确的在线状态估计或参数估计，需要继续进行改进和完善。4.3 智能诊断法目前我国和国外许多国家都进入自动化和智能化时代，许多领域实现了智能化发展。将人工智能技术融入机械设备液压系统故障诊断之中，就形成了智能诊断法。与主观诊断法和模型诊断法相比较，智能诊断法的适用性更强。智能诊断法既可模拟人脑功能，又可比人脑更加有效地识别和预测诊断液压系统的故障部位。例如，液压油的使用温度一般为 3252，最高温度不得超过 60。如果液压油温度过高，就会降低液压油粘度、增加液压系统零件（摩擦副）的摩擦力，造成液压零件加剧磨损、液压油泄漏。液压油温度过高会造成密封件变软甚至变质，会导致降低密封件的密封性能。基于神经网络的智能诊断法，可针对液压油的温度变化进行实时监测，具有很好的诊断效果。将神经网络智能诊断法运用于机械设备液压系统，主要是利用其非线性动态跟踪能力进行故障诊断，并且在遇到新故障的情况下，可以不断调整权值、闽值，提升其液压系统故障诊断的准确率和效率。神经网络智能诊断法可针对液压系统中的液压阀、液压泵、液压缸等液压执行机构、液压能源系统、液压增速回路的故障进行对应的诊断，使后续的故障修复效果得到很好的保障。5 液压系统故障诊断应用技术的发展趋势近年来我国经济社会和科学技术快速发展，各个领域中应用的机械设备、作业系统的精细化水平不断提升，伴随而来的是出现的故障也越来越复杂。在这种情况下，机械设备液压系统应用的故障诊断技术也需要随之发展，这样才能满足实际工作的要求。综合各个方面的情况，机械设备液压系统故障诊断应用技术的发展趋势如下所述。5.1 多种知识的表示方法相结合在一个实际的故障诊断系统当中，往往需要将多种知识的表示方法结合起来，这样才能表达清楚故障诊断方面的知识。在这一过程中就会涉及到多种表达方式之间的信息传递、信息转换、知识组织等问题，这些问题也一直限制着液压系统故障诊断应用技术水平的提升。在这种情况下，为了提升液压系统诊断应用技术的水平，必须施行多种知识的表示方法相结合，从而对故障诊断的结构模型进行更好的描述，并且随着面向液压系统故障的程序设计技术的发展,面向液压系统故障的知识表示方法一定会在故障智能诊断系统中得到广泛的应用，这是一个必然趋势。5.2 经验知识与原理知识相结合目前智能诊断技术已经在机械设备液压系统故障诊断中得到应用，其本身就是一种经验知识与原理知识的紧密结合。在未来发展过程中，这一趋势仍将持续下去，并将加强对应的实践活动。通过经验知识与原理知识的相互作用，促使液压系统故障诊断系统更加完善，促使其诊断功能越来越强。这也是故障诊断应用技术发展过程中的一个必然趋势，需要给予高度重视，这就需要加强对人才资源的培养。6 结语伴随着我国制造业的发展，液压系统在众多机械设备上得到应用，多种机械设备已经具有高精度的机械、电控、液压、智能一体化的综合系统，其精细化、复杂性都在提升，其故障的复杂程度也在不断提升。在这种情况下，重视机械设备液压系统故障诊断的应用技术，深入分析和研究液压系统故障诊断应用技术的发展趋势，具有重要现实意义和理论意义。参考文献1 任凤娟.多传感器信息融合技术在液压系统故障诊断中的应用 J.液压气动与密封,2019,39(7):52-55.2 余昌乾.液压系统故障诊断技术应用及发展趋向分析 J.民营 科技,2018(4):43.3 李云伟.智能信息技术在复杂液压控制系统诊断中的应用探究 J.液压与气动,2012(7):80-82.4 张旭婧.多传感信息融合技术在液压系统故障诊断中的应用D.太原科技大学,2012.5 陈昌.诊断技术在散化船的 Frank Mohn 液压驱动系统的应用 J.船海工程,2010,39(5):114-117.油泵液压控制蓄压器离合器和制动器行轮齿轮组变矩器离合器电磁阀ECU节气门拉索油路切换和液压控制图2 自动变速器故障诊断模型