工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)的故障診斷

陳志

（廣元廣播電視大學(xué)，四川 廣元 628017）

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度不斷加大，各類工程機(jī)械也開始越來越多的應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。液壓傳動系統(tǒng)，在裝卸機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)等各類工程機(jī)械中，均有廣泛的應(yīng)用。由于液壓系統(tǒng)是以液體作為工程介質(zhì)，來傳遞動力以及動作信號的，同時(shí)具有體積相對較小、凈質(zhì)量較小、工作穩(wěn)定、輸出力較大、傳動系統(tǒng)比較簡單、維護(hù)便利、自動化程度高等特點(diǎn)，對于提高工程機(jī)械的生產(chǎn)效率，起到了非常重要的作用。

因此，提高液壓系統(tǒng)工作的可靠性，及時(shí)消除液壓系統(tǒng)的故障，是確保工程機(jī)械穩(wěn)定工作的必要前提。從這個(gè)角度來看，本文的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 故障的特點(diǎn)

（1）較強(qiáng)的隱蔽性。在工程機(jī)械中，液壓傳動系統(tǒng)一般都是在密閉環(huán)境之中運(yùn)行，尤其是液壓傳動系統(tǒng)的工作介質(zhì)，用肉眼根本無法一眼就知道其究竟發(fā)生了什么問題。因此，故障具有較強(qiáng)的隱蔽性。

（2）多樣性。液壓系統(tǒng)故障，可能是由于各種原因?qū)е碌模ń橘|(zhì)泄露、執(zhí)行元件不正常等，可能導(dǎo)致壓力不穩(wěn)、噪聲較大等問題，同時(shí)液壓故障還可能與工程機(jī)械的其他機(jī)械或者電器故障相結(jié)合，形成綜合性的故障。

（3）復(fù)雜性。誠如上述，引發(fā)工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)故障的原因，可能是多方面的，但是表現(xiàn)可能是同樣的。比如，液壓系統(tǒng)的壓力過低，有可能是泄漏導(dǎo)致的，有可能是電泵或者閥門故障導(dǎo)致的，還有可能是油粘度不符合要求導(dǎo)致的。因此，液壓系統(tǒng)的故障具有一定的復(fù)雜性。

2 故障的診斷方法

2.1 傳統(tǒng)診斷方法

是與智能診斷方法相對而言的，即在傳統(tǒng)的系統(tǒng)維護(hù)手段之下，能夠采用的故障診斷方法。具體包括了如下數(shù)種：

（1）直觀檢查法。是指對于一些比較簡單的能夠通過眼看、手摸、耳聽以及嗅聞等方法，對液壓系統(tǒng)的故障進(jìn)行檢查，比如通過直觀檢查法，能夠判定是否存在泄漏問題。

（2）對換診斷法。是指在維修或者故障排除現(xiàn)場，缺乏相應(yīng)的精密儀器的情況下，對懷疑出現(xiàn)問題的零件，通過更換同型號的新零件，看能否排除故障，進(jìn)而診斷是否該零件或者單元出現(xiàn)了故障。

（3）儀表測量法。通過對液壓傳動系統(tǒng)的液壓油的壓力、流量以及油溫等相關(guān)參數(shù)的測量，從而尋找系統(tǒng)的故障點(diǎn)。

（4）原理推斷法。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的基本原理，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，對癥下藥，迅速予以排除。

2.2 智能診斷方法

是指運(yùn)用現(xiàn)代診斷技術(shù)以及算法，對液壓傳動系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析，從而判別故障點(diǎn)的診斷方法，具體包括如下數(shù)種：

（1）模糊邏輯診斷方法。是指通過模糊邏輯函數(shù)，對液壓傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的故障原因，以及故障現(xiàn)象之間的模糊關(guān)系，然后通過模糊邏輯函數(shù)方程的求解，來對導(dǎo)致故障的原因與狀態(tài)進(jìn)行識別。

（2）事故樹分析法。是指根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料對工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)各種故障的原因進(jìn)行分析和處理，然后對使用過程中可能出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象作為頂事件，畫出相應(yīng)的事故葉，然后利用布爾代數(shù)進(jìn)行求解，得到可能引發(fā)事故的原因。

（3）灰色關(guān)聯(lián)度診斷法。灰色系統(tǒng)理論是研究如何利用系統(tǒng)的已知信息，去認(rèn)識這個(gè)含有不可知信息系統(tǒng)的特性、狀態(tài)和發(fā)展趨勢的一門新理論。該法通過對灰色因素間的關(guān)聯(lián)程度的分析，研究系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)與“故障”及“正常”這兩種參考狀態(tài)特征間的相關(guān)性，從而確診系統(tǒng)的運(yùn)行工況。

（4）信息系統(tǒng)診斷法。首先將關(guān)于工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)故障的相關(guān)專家知識庫作為基本的數(shù)據(jù)，建立起信息診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，然后當(dāng)液壓傳動系統(tǒng)發(fā)生故障之時(shí)，將故障現(xiàn)象輸入到系統(tǒng)之中，由計(jì)算機(jī)根據(jù)專家數(shù)據(jù)庫的知識，推理出故障原因。

3 故障診斷步驟

工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)故障的診斷步驟如圖1所示。

圖1 工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)故障診斷步驟示意圖

如圖1所示，在對工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷時(shí)，需要遵循如下步驟：

（1）對工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常進(jìn)行觀察，不管何種問題，最終都可以歸結(jié)為液壓系統(tǒng)的流量、壓力以及方向這3個(gè)方面的問題，觀察也主要是從這3個(gè)方面開展的；

（2）對液壓圖進(jìn)行審校，對每個(gè)液壓元件進(jìn)行檢查，確認(rèn)其作用的發(fā)揮并對其品質(zhì)狀況進(jìn)行評定；

（3）對于故障有關(guān)的元件進(jìn)行列舉，依次進(jìn)行排查分析；

（4）對清單之中的重點(diǎn)元件進(jìn)行初次檢查，然后判斷該元件的使用以及裝配是否符合系統(tǒng)的要求，對于元件的測量是否科學(xué)合理，以及元件的外部信號是否合適。在這個(gè)過程中，尤其要注意溫度、噪聲過高或者振動和泄漏的問題；

（5）如果在初檢之中沒有發(fā)現(xiàn)故障，則需要用相關(guān)儀器進(jìn)行復(fù)檢；

（6）對發(fā)生故障的元件進(jìn)行識別，然后對其進(jìn)行修理或者更換；

（7）重啟之前，對故障發(fā)生的前因后果進(jìn)行再次考慮，如果考慮之后，認(rèn)為相應(yīng)的處理措施還無法完全消除故障，則要繼續(xù)檢查，并且采取相應(yīng)的解決措施。

4 故障診斷實(shí)例分析

4.1 WA250裝載機(jī)故障診斷

一臺正在施工的WA250裝載機(jī)，突然出現(xiàn)鏟斗舉升無力，同時(shí)機(jī)身有較大的震動，噪聲異常增大。

發(fā)現(xiàn)問題之后，首先對其系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常進(jìn)行觀察，用手觸摸油箱，感覺油溫比較高，在對油質(zhì)進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，油液的顏色明顯變深，拆開液壓系統(tǒng)的濾油器，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象。

初步考慮是由于工作介質(zhì)油長時(shí)間未進(jìn)行更換，而且濾油器沒有及時(shí)進(jìn)行清理造成的故障。對濾油器進(jìn)行清洗之后，該裝載機(jī)工作運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

這就提示我們，平時(shí)的保養(yǎng)，對于液壓傳動系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的。

4.2 東方紅-60推土鏟故障診斷

一臺正在執(zhí)行推土作業(yè)的東方紅-60推土鏟，突然無法升起鏟斗。發(fā)生故障之后，首先對其系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)油溫正常、油泵出油量不小，但是液壓系統(tǒng)的油缸高壓油管內(nèi)的油卻非常少。因此，初步診斷故障可能出現(xiàn)在介質(zhì)分配器上。

啟動發(fā)動機(jī)之后，發(fā)現(xiàn)分配器有異響，這提示我們，問題可能出現(xiàn)在分配器的回油閥以及安全閥處。

將分配器卸下拆開檢查后發(fā)現(xiàn)，在回油閥處有一根長達(dá)6 mm的草屑。由于草屑的存在，導(dǎo)致了回油閥無法密封，進(jìn)而使得高壓油管內(nèi)油量過少。在將回油閥進(jìn)行清洗之后，該推土鏟恢復(fù)正常工作。

這提示我們，在工作環(huán)境較差的前提下，要注意加強(qiáng)對液壓傳動系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)。

4.3 PC200挖掘機(jī)故障診斷

一臺正在進(jìn)行挖掘作業(yè)的PC200挖掘機(jī)，突然出現(xiàn)行走時(shí)自動跑偏、糾正無效的問題。發(fā)現(xiàn)問題之后，找出了PC200挖掘機(jī)的說明書，對其液壓性能進(jìn)行檢測。首先將其左右的履帶部分分別支起，對其兩邊的履帶運(yùn)轉(zhuǎn)5圈的時(shí)間進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)左邊履帶僅耗時(shí)41 s，而右邊履帶則耗時(shí)55 s，超出了標(biāo)準(zhǔn)值38～42 s。

由于PC200挖掘機(jī)的行走系統(tǒng)，也是由液壓傳動系統(tǒng)負(fù)責(zé)，但是該挖掘機(jī)的大臂、抓斗以及回轉(zhuǎn)動作均正常，因此判斷故障應(yīng)該是出在右邊的液壓馬達(dá)。

通過對兩邊的液壓馬達(dá)的流量監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，右邊液壓馬達(dá)的流量值偏低。然后將中心回轉(zhuǎn)接頭拆開發(fā)現(xiàn)，右邊的液壓馬達(dá)的高壓進(jìn)油管同低壓回油管之間，原有的隔離密封圈已經(jīng)完全失效，導(dǎo)致高壓進(jìn)油不停地向低壓回油泄漏，造成了右邊的液壓馬達(dá)供油量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于左邊的液壓馬達(dá)供油量。

由此導(dǎo)致了上文檢測出現(xiàn)的結(jié)果，使得右邊履帶的行走速度小于左邊履帶的行走速度，進(jìn)而出現(xiàn)行走時(shí)跑偏的問題。

4.4 進(jìn)口混凝土輸送泵故障診斷

一臺進(jìn)口的混凝土輸送泵，投入使用3年時(shí)間，攪拌器液壓系統(tǒng)齒輪泵，連續(xù)4次發(fā)生齒輪軸斷裂故障。

出現(xiàn)問題之后，對其液壓傳動系統(tǒng)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)該混凝土攪拌器液壓系統(tǒng)由齒輪泵輸出的高壓油，一路經(jīng)換向閥，驅(qū)動攪拌器的液壓馬達(dá)，帶動攪拌器工作；另一路經(jīng)換向閥及減壓閥驅(qū)動水泵馬達(dá)。兩路回油均通過低壓馬達(dá)帶動風(fēng)扇，再流回油箱。

齒輪泵的額定工作壓力是21 MPa，系統(tǒng)壓力由溢流閥調(diào)定，調(diào)定壓力為19 MPa。

根據(jù)故障現(xiàn)象和液壓系統(tǒng)工作原理初步分析：可能是該系統(tǒng)工作壓力過高所致。同時(shí)結(jié)合損壞齒輪軸斷紋進(jìn)一步分析出故障原因是：齒輪泵進(jìn)、出口壓力之差所產(chǎn)生的不平衡徑向力，高于齒輪軸彎曲強(qiáng)度，過高的交變應(yīng)力，使高速運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪軸彎曲疲勞折斷。

調(diào)節(jié)齒輪泵進(jìn)、出口壓力并且更換相應(yīng)零件之后，使用5個(gè)月未發(fā)生齒輪斷裂故障。

5 結(jié)束語

液壓傳動系統(tǒng)故障本身具有隱蔽性、多樣性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，這使得工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)故障的診斷難度加大。但是，只要按照一定的步驟，遵循一定的邏輯順序，對工程機(jī)械的液壓傳動系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的檢查，就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致故障的原因，并且及時(shí)的進(jìn)行解決，確保工程機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行。

同時(shí)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)故障的診斷措施，也在日益更新，我們有理由相信，隨著技術(shù)的更新，工程機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)故障的診斷，也將越來越便捷。

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