液壓故障的特點與診斷策略

沙兆群

摘 要：如今我國的軍事裝備、煤炭電力、機床汽車、航天、港口船舶、冶金礦山等多個領域中都采用了液壓系統，并獲得了巨大的社會效益與經濟效益。液壓系統的工作優勢與特性是其他系統所無法替代的，其具體存在形式通常是驅動系統與控制裝置相結合。由于液壓系統比較復雜，所以當出現故障時難以及時找到發生故障的部位并采取相應解決措施，很可能造成嚴重的經濟損失，因此必須引起有關部門的重視。文章分析了液壓故障的特點，并探討了具體的故障診斷策略。

關鍵詞：液壓系統 故障特點 診斷策略 驅動系統

中圖分類號：TH13 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（a）-0056-02

液壓系統由于自身所具備的容易控制、安裝靈活、反應快、結構緊湊等優點而被廣泛應用于現代化的機械設備中，成為了特大設備中不可替代的一個組成部分。但是因為使用方法錯誤或設備性能長期不穩定等因素會導致許多故障出現于液壓系統中，從而影響設備整體的正常運行。因此相關人員必須充分了解液壓知識，深入認識液壓系統的規律，從而能夠掌握液壓故障的特點，并在實際工作中及時發現、診斷與排除液壓故障，保證系統正常發揮功能，使故障造成的不良影響盡可能減輕。

1 液壓故障的特點

組成液壓設備的裝置包括電氣、液壓和機械等，通常情況下并不是某種單一因素引起的故障，而是多種因素共同作用的結果。所以對液壓故障進行分析的前提是了解系統中的每個元件及其作用，并以故障現象為依據做出判斷，逐個分析引起故障的多個因素，找到主要矛盾，從而有效排除與解決故障。液壓故障的特點主要包括以下幾方面。

1.1 液壓故障的隱蔽性

液壓系統進行動力傳遞時要求密閉管道內的油液具有一定壓力能，從外表處無法直接觀察到系統的工作狀況與元件的內部結構。所以其故障并不像其他系統故障一樣直觀，而且檢測故障并不簡單，具有隱蔽性，一般在系統內部液壓裝置會發生失效或損壞，因為拆裝不方便，以及現場檢測條件的限制，無法直接觀測。

1.2 液壓故障的復雜性與多樣性

在大多數情況下液壓故障并不是由單一原因所引起的，其影響因素較多，這些因素之間也具有一定的聯系，會產生相互影響，例如系統壓力與要求不符，既可能是中心回轉體造成的，也可能是泵造成的，又或者是溢流閥造成的，而且如果泄漏了系統執行元件也會導致系統壓力不足，此時應采取措施及時將不存在的原因剔除。另外，同一個原因可能導致液壓系統出現不同的故障，比如混入空氣較少時會導致壓力、流量波動，較多時則會導致泵無法吸油，此時可結合多個癥狀，判斷引發原因。

1.3 液壓故障的偶然性

液壓系統在實際運行過程中出現的故障種類較多，一些經常出現的故障對于工作人員來說其查看與分析更加容易，而發生頻率低的偶然性故障的分析與處理則具有一定難度。由于液壓系統中的元件都是精密制造的，偶發性問題很容易出現在一些控制閥芯中，增大了診斷難度。

1.4 使用條件與液壓故障關系密切

液壓系統被廣泛應用于各個領域中，分別處于不同環境中，一些工作環境的鋼廠、礦山與灰塵較多，一些環境則水分較多，出現在不同環境中的液壓系統故障所具有的特點也不盡相同，這種情況下應將工作環境納入考慮因素，再分析具體故障原因。

1.5 分析液壓故障具有一定難度

因為液壓系統的工作介質所處的管路是封閉的，具有不可見性，且其故障具有隱蔽性，造成有關人員不能直接檢查或觀測，只能采取間接檢查方式，以檢測儀器作為輔助工具，而且對故障進行逐步排除時需要十分豐富的經驗，所以排除故障的難度很大。當現場缺乏檢測設備或工作人員缺少經驗時，只能通過排除法逐漸診斷故障。另外液壓系統逐漸復雜，如果分析能力、識圖能力不強，就很難立即找到故障部位，有時必須進行實驗或拆卸系統，診斷難度大。

1.6 液壓故障容易排除

液壓系統的常見故障主要表現為系統發熱、振動與噪音、動作故障（起步遲緩、負載速度下降明顯、動作方向錯誤、沒有動作、速度與要求不符合）、壓力故障（壓力損失大、壓力調節失靈、壓力不穩定、壓力不夠）等。當確定故障點后，一般通過更換、清潔等方法就能將故障排除，與尋找故障相比十分容易。

2 診斷液壓故障的策略

2.1 找到元件、故障間的聯系

在加工工藝、功能、結構和原理等不同方面液壓裝置都具有一定的相似性，例如相似的應用環境、相似的系統數學模型以及變形元件和基型元件的相似。有關工作人員應抓住其相似性的特點，掌握相似的兩個事物，對一個事物也有所認識后再對另一個事物有所認識，這樣有助于在分析故障時由此及彼，及時發現可能由同一原因引起的不同故障等。雖然條件有限，但是可以采用故障模擬、仿真、類比等方式對與已知事物相類似的另一事物進行認識。以兩種事物的相似性為依據，能夠使認識過程明顯縮短，對新事物的掌握難度也會相應降低。

2.2 大膽假設，小心驗證

一些出現于生產過程中的疑難故障通常會使故障分析人員感到無從下手，根本不知道液壓系統中的各個參數所處狀態是否正常，而且對于可能引起癥狀的原因、不同原因所導致的各種外在表現都一無所知。為了應對這種情況，在分析故障時應采用試探的方式，一般要求分析人員積極假設可能引發該種故障癥狀的原因，并設計具有可行性、可操作性的方案驗證假設能否成立。通常采用這種假設與分析驗證的方式就可以突破難點，排除有可能的原因，并找到引起故障的真正原因。

進行假設時必須保持開闊的思路，這樣才能將全部可能的故障點都納入考慮因素，不會有所遺漏，情況極其復雜時可能需要考察組成系統的全部要素。在驗證環節中，找到的證據一定要具有較強的說服力，得出的結論的準確的，假設不能成立或者能夠成立，不能是含糊不清的結果。交替進行假設和驗證步驟，首先針對癥狀假設可能的故障點，接著設計并完成實驗，邏輯論證，或者拆卸分解系統，觀測故障，從而驗證假設能否成立。如果已經證實假設并不成立，分析人員就需要再次找到并假設其他可能的故障點，并與之前一樣設計實驗驗證假設，將上述方法不斷重復，最終得出發生故障的真正原因。大膽假設，小心驗證的方法有效結合了嚴密的邏輯論證和積極的探索精神，是一種具有科學思維的檢驗方法，值得在診斷液壓故障中進行推廣應用。endprint

2.3 劃分層次，逐層排除

該方法要求故障分析人員在對問題進行考察時，劃分考察對象，使其分層若干個低層次的子系統，接著需要進一步劃分每個子系統，直到構成系統的最基本的單元被劃分出來、以此為基礎對系統中的每個子系統分別進行考察，發現存在問題的子系統后，深入考察該子系統的下一個層次，將存在問題的次級子系統找到后重復以上操作，層層深入，最終找到存在問題的基本單元。該方法通過層次的劃分得到不同的子系統，能夠將考察范圍縮小，原本的考察對象是無法直接觀測的，經過劃分也能夠進行觀測，簡單化了原本復雜的問題，這種故障分析方法在現場是最常使用的。

液壓系統不僅龐大，而且復雜，要直接找到具體的故障位置具有一定難度，盲目搜尋又缺乏科學性，所以正確的方法是逐步深入，找到故障點。劃分液壓系統層次和劃分子系統是逐層深入的前提，所以必須保證劃分的合理性與正確性。劃分子系統時應有利于隔離各個部分，使不同部分的結構之間界限明確，性能特征等在不同部分間不能重疊，以便充分暴露不同部分自身的狀況。系統結構的復雜程度關系著系統層次的劃分，而且劃分方法還受到系統結構功能特點的影響，特別是連接關系。通常情況下動力部件與若干執行部件會構成復雜的液壓系統，主要的幾個供油回路構成動力部件，而單向閥、換向閥、溢液閥和泵等則構成了每個回路。一系列的執行回路構成了執行部件，而執行器和壓力、速度與方向控制閥構則成了每個回路，各個液壓元件也是由不同的零件構成的。液壓系統所表現出的某個故障癥狀所對應的原因可能有很多，分析人員應總結并分類這些原因，從而將不同的故障原因層次劃分出來，并明確包含于不同層次中的子系統?？梢酝ㄟ^故障書或因果關系圖的方式完成故障原因的層次與子系統的劃分。

2.4 聚零為整，綜合分析

當故障發生于系統之中時，會有多方面的故障原因，它們利用各種途徑傳播給外界。經歷多個環節的故障信息可能反映在與故障點遠離的某處。因為液壓故障存在交錯和重疊的因果關系，在判斷時若只從一方面分析則很難得到確切結論。綜合多個方面考察系統信息，能使問題的不確定性大大縮小，使故障點分析更加具體。故障特征參量會因為隨機性因素而發生漂移，綜合分析能夠使其影響故障診斷結果的程度盡量減輕。通過多種方式和多種參量分析并判斷故障，并綜合分析得到的結論，在現場分析液壓故障時是必須遵守的重要原則，它將信息理論與系統理論有機結合，并有效應用于液壓故障診斷過程中。

分析人員在診斷液壓故障時，不僅需要觀測系統出現的主要癥狀，還引發對其他方面的情況進行考察，查看是否存在異常狀況，并綜合分析各種癥狀，建立一個信息群，其中包含了所有故障信息。這個群中的每一條信息都是一個問題的說明，當不斷增加信息量之后，就可以具體描述和刻畫問題，從而顯露出相應的答案。由于液壓故障的復雜性，有時候也可能存在兩個甚至幾個表現癥狀，僅從外部考察它們之間好像不存在任何聯系，其實雖然他們表現出的形式不同，本質上卻屬于同一個故障。面對這種情況，故障分析人員應對癥狀的本質原因進行分別探索，將每個癥狀可能的原因都列出來，不同癥狀的原因中發生重疊的內容一般最有可能是導致故障的原因。如果液壓故障機理過于復雜，為了保證得到的結論準確、可靠，一般要采用多種技術手段和方式反復考察同一問題，并有機綜合得到的各個結論，從而得到最終結論。故障分析人員在診斷液壓故障的過程中，可能會發現一些部件或設備與黑箱類似，此時應及時搜尋相關信息，豐富信息量，逐漸白化黑箱。

2.5 把握關鍵，有機聯系

最近幾年，液壓設備的發展逐漸出現復雜化趨勢，同時存在氣、液、電、機系統，如果液壓回路中采用了二通插裝閥，通常會有許多元件，從開始發信至完成需要經歷的協同工作大約會達十個以上，非常復雜。電磁鐵動作表、氣動系統圖、液壓原理圖和各類電氣圖等現有設備的計數資料通常比較零散。發生故障時想要理清線索就需要利用圖紙，然而圖紙數量過多，且有許多內容與故障無關，并不方便查閱。所以必須把握關鍵部分，忽略其他內容，之后再由此延伸，找出故障原因，這種策略應用的是邏輯分析方法。不能只對系統的物理關系加以注意，應以正常狀態下系統的物理關系為基礎，對最終完成系統中的動作需要的前提條件進行著重考察，以此為依據判斷是否存在故障。某個液壓設備功能從動作信號開始發出至執行器最后完成動作的過程中的每個環節都屬于邏輯鏈，另外還包括工作過程中各環節的狀態，產生于各環節的輸出量，輸入能量和信息需要的條件等。對于某個環節來說，通常只有全部的輸入量都存在時才會產生輸出量。

雖然邏輯鏈圖是抽取自設備原圖，但是它也細化了原圖紙中關系到功能鏈的內容。可以用不同的邏輯鏈圖對不同功能進行表示。其具體操作方法是從有關圖紙中找到與某個功能有關的各器件或元件，以信息流和能量流前后傳遞的關系為依據將其重新組合（采用邏輯方框圖的方式），將工作過程中各環節的輸出量和輸入量間的邏輯關系注明，并依據邏輯鏈圖進行延伸，找到具體的故障原因。在發生異常時為了可以盡快發現存在于系統中的問題，應盡早將關鍵動作的邏輯鏈編好，并盡可能詳細地測試和記錄各環節的正常參量，以此為依據分析故障原因。經過具體實踐發現，以現場的實際情況為依據，進一步充實、細化、變換、改造設備原有的機械、液壓和電氣圖紙資料有助于診斷故障。

3 結語

液壓系統目前在許多重要領域的應用中都處于各系統、設備的重要核心地位，隨著科學技術的發展，液壓系統的精度提高、功率增大、速度加快，雖然這些優勢有利于企業經濟效益的提高，但是也在無形之中增大了故障發生率。而且液壓故障通常具有分散性、隨機性、復雜性、隱蔽性、多樣性等特點，診斷故障時具有一定難度。有關人員必須有效分析出各故障間的聯系，科學選擇診斷技術，結合多種方法，從而對故障進行有效診斷和排除。

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