工程機械液壓系統可靠性分析

王劍

摘要：與傳統機械傳動以及電氣傳動不同，液壓傳動系統在實際應用上具有更高的效果，現在已經被廣泛的應用到工程機械中。就工程機械液壓系統應用現狀來看，最主要的問題就是故障的診斷，為提高其運行可靠性，必須要采取合理的措施來確定故障發生原因，并采取措施進行優化。本文結合工程機械系統可靠性特點，對其可靠性進行了簡要分析，并提出了相應的優化措施。

關鍵詞：工程機械；液壓系統；可靠性

中圖分類號：TH6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0000-00

液壓技術在工程機械中已經得到廣泛的應用，但是在應用中除了會有更高的效率外，還會存在一些問題。最主要的就是故障診斷難度大，降低系統運行可靠性，進而會對工程機械運行效果產生不良影響。想要確保工程機械可以在特定條件下長期有效運行，減少故障出現的概率，就必須要做好對系統可靠性的研究，采取措施來提高系統運行綜合效果。

1工程機械液壓系統故障分析

工程機械液壓系統在應用過程中，一旦出現故障在診斷方面會存在較大難度，這樣以提高系統運行效果為目的，就需要從設計、生產、調試以及運行等環節進行研究，提高系統運行的可靠性，降低故障發生概率。通過提高液壓系統可靠性，便可以避免后期故障發生后的診斷與處理，減少工作量與管理難度。工程機械液壓系統常見故障按照發生方式不同主要可以分為四類，即先天性故障、后天性故障、突發故障以及漸發故障。其中先天性故障即因為液壓系統存在設計缺陷與結構缺陷；后天性故障即系統使用方式不對，或者實際不滿足運行條件；突發故障則大多是因為元件損壞造成；漸發故障是因為構件服務壽命到期，而漸漸出現故障[1]。從系統可靠性角度分析，對系統進行優化，來克服系統設計階段存在的問題，然后通過規范操作，便可以確保工程機械液壓系統的正常運行。

2工程機械液壓系統可靠性分析

對于大多數工程機械液壓系統來說，其均為可維修系統，因此在對其進行可靠性設計時，用從廣義可靠性角度分析，即設計內容包括機械系統整個壽命期，包括可靠性與維修性。有效度為衡量廣義可靠性的尺度，即在規定條件內使用時，某時刻t具有或維持其功能的概率，記為A（t）或者A，為時間函數。其中，又可以分為瞬時有效度、穩態有效度與平均有效度，一般提高液壓系統可靠性，主要目的就是產品長時間使用有效度，則可用公式表達：A=tb/tb+tt，其中tb表示平均無故障工作時間，tt表示平均修理時間[2]。

對于工程機械液壓系統運行狀態來看，產品可靠度R（t）與維修度M（t）滿足指數分布要求，可以用公式表示：tb=1/λ，tt=1/μ，其中λ表示故障率，μ表示修復率。因此，可以確定有效度表達公式為：A=μ/μ+λ。想要提高產品有效度，必須要降低其故障率，并提高維修率，即需要對工程機械液壓系統可靠性與維修度進行研究分析。

3工程機械液壓系統可靠性設計分析

3.1方案設計

主要以系統功能作為研究基礎，在方案擬定階段來充分發揮主觀能動作用，對各項因素進行綜合分析，降低系統設計的難度。即減少系統設計所用元件數量，降低系統設計難度，并滿足基礎功能設計需求。第一，保證設計理論的先進性。應選擇比較先進的設計理念，如應用應力-強度分布干涉理論，來確定零件相關參數，達到延緩疲勞失效的目的。第二，提高零件設計合理性。確保系統所用零件的合理性，包括材質選擇的準確性，如摩擦副選擇用高強韌耐磨材料，或者是過濾器選擇用過濾性能良好的材料，均可以提高系統設計可靠性。同時也需要確保液壓元件性能的標準性，確保其具有較高的可靠性。第三，提高系統密封與自動凈化能力。液壓系統運行故障大多是由于介質污染，因此在設計時需要提高其抗污染性能，選擇用密封性能良好的元件，配置先進的介質過濾技術，并安裝油水分離裝置等[3]。

3.2參數設計

第一，容差設計。利用合理選擇工作點方法，將元器件輸出性能波動控制在允許范圍內，通過對常見誤差因素自身波動的控制，來提高系統運行可靠性。第二，降額設計。即有目的的來降低部分元器件的使用規范，將其調整到額定工況以下條件狀態下運行，達到降低失效概率的目的，來提高系統運行可靠性。第三，熱設計。在系統運行過程中溫升也是導致液壓系統失效的主要原因，因此需要做好溫度參數的設計，避免出現異常溫升的情況。

3.3結構設計

3.3.1簡易化

為降低系統結構的復雜程度，在設計前可以確定一個機械液壓系統可靠性框圖，其為n個子系統與部件組成的串聯結構，第i個子系統與部件可靠性記為Cei，系統可靠性則可以表示為：

串聯系統可靠性為各個子系統可靠性的乘積，則系統結構復雜程度越低，其包含的串聯環節越少，系統也就具有更高的可靠性。假設一個機械液壓系統可靠性框圖為n個子系統與部件組成的并聯結構，則第i個子系統與部件可靠性可以記為Cei，系統可靠性則可以表示為：

并聯子系統不斷增加，必定會降低各子系統對系統可靠性的貢獻程度，因此在設計時可以選擇用2～3個并聯來提高系統可靠性。

3.3.2抗干擾設計

將系統工作狀態與環境干擾作為研究對象，總結以上經驗，來采取有效的防備措施設計，設計方向為負載效應、環境防護等，并考慮關聯效應與耦合效應影響內干擾等因素[4]。通過設計來盡量避免各類干擾因素的出現，并將其控制在允許范圍內。

3.3.3人機工程設計

液壓系統故障很大一部分原因是因為操作失誤，而人為差錯出現的原因之一就是設計不合理，因此設計時需要提高人機工程的合理性。即對人生理與心理特點進行分析，對液壓系統人機界面設計進行優化，包括信息顯示器、作業空間、控制器等，來提高系統操作的便利性與有效性，盡量避免因為人為誤差而出現系統故障的問題。

4工程機械液壓系統使用與維修可靠性分析

4.1系統污染控制

液壓油污染對系統可靠性具有很大影響，大部分系統故障是由液壓油污染誘發，因此在使用與維修階段，需要重點做好對液壓系統清潔度的控制，將管理措施落實到生產、配置、適用與維修等不同階段。系統裝配前需要對管路、郵箱、接頭以及液壓元件等進行全面清潔，尤其是液壓集成閥塊，需要徹底清除掉其內部油道表面存有的尖角與毛刺。裝配完成后則應對整個系統進行沖洗，對系統內殘留的污染物進行全面清除。另外，還應安裝過濾裝置，在對系統加油時，需要進行過濾處理。

4.2維修階段控制

工程機械液壓系統維修階段的優化，主要目的就是降低系統故障后，診斷與處理難度。因此應盡量選擇用互換性好的標準化零部件，提高系統拆裝的便利性，降低各部件拆裝的難度，并且裝配配對要易于識別。同時，對于易出現故障的部位，周圍應預留出足夠的檢測空間與維修空間，在維修某零部件時，盡量不要對周圍部件造成影響。另外，提高系統故障可檢測性，在設計階段根據故障模式與影響分析，確定故障樹圖，便于后期故障的查找與診斷，提高故障處理的效率，降低故障影響范圍。

5結語

工程機械液壓系統一旦發生故障，診斷與處理會存在較大的難度，進而會對系統運行綜合效率產生影響。因此為提高系統可靠性，需要結合液壓系統特點，確定設計優化要點，從不同環節出發，采取合理的措施進行優化，減少系統故障的發生。

參考文獻：

[1] 郭雄華，韓慧仙，曹顯利.工程機械液壓系統可靠性分析[J].制造業自動化，2010，05：225-227.

[2] 張天霄.液壓元件的可靠性設計和可靠性靈敏度分析[D].吉林大學，2014.

[3] 楊福云.懸臂式掘進機液壓系統可靠性分析[D].太原理工大學，2014.

[4] 吳國山.工程機械液壓系統可靠性的設計與分析[J].科技致富向導，2013，21：303+314.