液壓機械系統的故障診斷技術研究

袁曉義

（重慶鋼鐵股份有限公司煉鐵廠 重慶長壽 401220）

液壓機械系統的故障診斷技術研究

袁曉義

（重慶鋼鐵股份有限公司煉鐵廠 重慶長壽 401220）

液壓機械系統是由多個裝置組合而成的，因而其發生的故障類型也是比較多的。為了保證液壓機械系統的正常和安全運行，必須加強對液壓機械系統故障診斷技術的研究。本文主要闡述了液壓機械系統故障診斷方法。

液壓；機械；系統；故障；診斷

引言

隨著工業技術的不斷發展，液壓機械系統被廣泛的應用在各行業中。但是液壓機械系統產生的故障與其他機械故障不同的是具有較大的隱蔽性和不確定性，因而對其故障進行排查和診斷是比較困難的。為了快速的進行故障診斷，必須加強對液壓機械系統的故障診斷技術的研究，保證液壓機械系統的正常運行。

1 液壓機械系統故障診斷概述

液壓系統的故障診斷是指在不拆卸液壓設備的情況下，憑觀察和儀表測試判斷液壓設備的故障所在和原因。液壓設備的故障是指液壓設備的各項技術指標偏離了它的正常狀態，如管路和某些元件損壞、漏油、發熱、致使設備的工作能力喪失，功率下降，產生振動和噪聲增大等。

在使用液壓設備時，液壓系統可能出現的故障是多種多樣的。即使是同一個故障現象，產生故障的原因也不一樣，它是許多因素綜合影響的結果。特別是新裝置的液壓設備，在試車時產生的故障現象，其原因更是多方面的。液壓系統是一個密閉的系統，各元件的工作狀態是看不見，摸不著的。因此，在進行故障診斷時，必須對引起故障的因素逐一分析，注意到其內在聯系，找出主要矛盾，這樣才能比較容易地排除故障。

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

圖1 液壓元件故障發生率圖

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

圖2 液壓系統故障發生率

當然，液壓系統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、調試和設計不當等原因引起的也較多。

液壓系統的故障診斷，過去一般憑經驗，隨著液壓測試技術的發展，國內外正研制和應用專用的測試儀和設備。如手提式測試器、液壓故障診斷器和液壓故障檢修車等。應用這些專用儀器和設備能在現場很快查出液壓元件及系統的故障，并進行排除。

近年來，在液壓系統故障診斷與狀態監測技術方面取得了較大進展。如利用振動信號、油液光譜分析、油液鐵譜分析、超聲波泄漏指示器、紅外線測試儀等來進行檢測的技術，利用微機進行分析處理信號和預報故障的技術等的應用已有不少報道。

2 液壓系統常見故障分析

液壓系統常見故障有壓力故障、動作故障及其他類故障三大類，各類故障的現象及原因各不相同，只有準確查定故障的部位和原因，才可對癥下藥，迅速排除故障。

2.1 壓力類故障

壓力是液壓系統的兩個最基本參數之一，其大小取決于負載。工作壓力正常與否在很大程度上決定了液壓系統工作性能的優劣。常見的壓力故障有系統無壓或壓力達不到要求、壓力不穩定、壓力轉換滯后、壓力調節控制失靈、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、系統氣穴、液壓泵故障、內、外泄漏嚴重、工作介質污染嚴重、工作介質粘度不合適、元件選用不當或連接錯誤等。

2.2 動作類故障

液壓系統在工作時經常出現一些不正常的運動狀態，如不能動作、爬行、速度控制調節失靈等，這些都稱之為動作故障。導致動作不正常的原因很多，必須綜合研究予以排除。常見的動作故障現象有啟動不正常、不能動作、爬行、執行機構運動速度失常、速度調節控制失靈、動作程序錯亂等。引起動作故障的常見原因有液壓缸故障、系統氣穴、換向閥故障、內、外泄漏嚴重、工作介質污染嚴重或粘度不合適、元件選用不當或連接錯誤以及機械約束等。

2.3 其他類故障

2.3.1 振動和噪聲

振動和噪聲是液壓設備常見的故障之一，而且振動和噪聲往往同時出現，給設備的工作帶來嚴重危害。引起振動和噪聲故障的原因是十分復雜的。不但設備的機械、電器、液壓系統都可以引起振動和噪聲，就是在液壓系統內部，幾乎每個環節、部位都可以引起振動和噪聲。如系統氣穴引起振動和噪聲，系統內液壓泵、液壓馬達、各種控制閥等元件本身質量不好引起振動和噪聲，控制閥失靈引起振動和噪聲。因此，分析處理這種故障是比較困難的。

2.3.2 油溫過高

液壓系統是以液體為工作介質實現能量的轉換和傳遞，液壓油是主要的工作介質。為了保證設備的正常工作和液壓系統工作的品質，設備工作時工作介質的溫度應保持在一定范圍之內。一般的液壓系統，液壓油的溫度不應超過60℃。但在實際工作中，由于油液流動時粘性摩擦產生的壓力損失，由于泄漏產生的容積損失和壓力損失，由于相對運動件摩擦產生的機械損失，這些能量損失都將轉化為熱能，使液壓系統溫度升高。所以如果散熱效果不好，工作油液的溫度就會超出要求的范圍，形成油溫過高的故障。油溫升高，是系統內能量損失所產生熱量引起的。設備的機械裝置、液壓系統、工作負荷，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，經由非工作通道，流向壓力較低區域的過程，所以引起泄漏故障的主要因素是：油液粘度過低；系統壓力過高；局部部位的不合理結構；密封不良等。

2.3.4 液壓系統污染

液壓系統的污染主要是工作介質的污染，工作介質在系統工作時起到傳遞能量的作用，保持其良好的使用性能，對保證液壓系統正常工作是非常重要的。實際上，由于系統設計、制造和使用維護方面的問題，工作介質經常會受到污染而使其性能惡化，進而對系統工作產生影響，液壓系統所發生的故障中很多是因工作介質污染所致。

3 液壓機械系統故障診斷技術

要實現預知維修，必須采用狀態監測技術。即用各種傳感器、有關儀器儀表及計算機組成測試系統，通過有關參數的顯示、對比隨時了解系統的運行狀態、系統及元件的技術狀態，判別故障部位，實現自動報警及自動停機等。但是，采用這種精密診斷及狀態監測技術費用較高，一般的液壓系統目前尚不宜采用。目前適用于一般液壓系統故障診斷的方法主要有“四覺”診斷法、液壓系統圖分析檢測法和用液壓系統測試儀診斷法。

3.1 “四覺”診斷法

利用操作、維護人員的觸覺、視覺、聽覺和嗅覺來判斷液壓系統的故障，這是目前現場取得液壓故障信息的簡單方法。觸覺診斷是用手來摸液壓泵等元件的外殼是否燙手，摸執行元件運動時及管路的振動情況。視覺診斷是通過觀察看各測點壓力表、真空表、油溫計的數值是否正常；看回轉機構能否回轉或回轉是否緩慢無力、回轉停止時是否有滑移現象；看行走機構能否行走或行走是否無力，是否向一側跑偏；看執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的噪聲是否過大，溢流閥是否有尖叫聲，換向時的沖擊聲是否過大；聽是否有氣蝕產生的異常聲；聽泵是否有內部零件損壞而引起的敲擊聲。嗅覺診斷可判別油液變質及液壓泵燒結等故障。上述診斷方法還會由于每個人的感覺不同、判斷能力的差異而得出不同的診斷結果，而且只是定性分析。若要確定真正的故障原因，還得要拆下有關元件，上試驗臺進行測試。

3.2 儀表測量檢查法

測試儀主要用于液壓系統的故障診斷，可在一個檢測點同時讀出壓力、流量。能測試系統中動力元件、控制元件和執行元件的性能與工況，可迅速查找出故障部位。測試儀主要由壓力表、安全閥、卸荷閥、模擬加載的負荷閥和流量計組成的。其測試原理是將測試儀串接在回路中，斷開原來的主油路，使壓力油經過測試儀回到油箱，通過逐漸加載讀出測試點的壓力和流量，然后與額定流量進行比較，來確定被測部位的性能。在一般的現場檢測中，由于液壓系統的故障往往表現為壓力不足，容易察覺；而流量的檢測則比較困難，流量的大小只可通過執行元件動作的快慢作出粗略的判斷。

3.3 原理推理法

液壓系統基本上都是利用不同的液壓元件，按照液壓系統回路組合匹配而成的。當出現故障現象時可據此進行分析推理，初步判斷出故障的部位和原因，予以排除。對于現場液壓系統的故障，可根據液壓系統的工作原理，按照動力元件→控制元件→執行元件的順序在系統圖上正向推理分析故障原因。根據系統工作原理，要掌握一些規律或常識：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、運動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動件，或者為易發生故障的液壓元件。而處于低頻、輕載或基本相對靜止的元件，則不易發生故障。

4 結語

液壓系統在運行過程中若出現故障，將會導致整臺設備無法正常工作，甚至使整條生產線停產。因此，必須重視液壓系統故障的分析與排除。液壓設備是由機械、液壓、電氣、儀表等裝置有機地組合而成的統一體，系統的故障分析也是由各方面因素綜合影響的一個復雜問題。所以，在分析液壓故障之前必須先弄清楚整個液壓系統的傳動原理、結構特點，然后根據故障現象進行分析、判斷，逐步深入，最后準確地確定故障部位和原因并采取有效的對策。

[1]汝少明，嚴共鳴，趙德春，楊安元.液壓系統故障原位診斷[A].第十屆全國設備監測與診斷技術學術會議論文集[C].2000（05）：19～21.

[2]陳志.工程機械液壓傳動系統的故障診斷[J].裝備制造技術，2012（06）：44～45.

[3]高英杰.軋機AGC液壓系統故障診斷技術的研究[D].燕山大學，2000（08）：56～57.

TH137

A

1004-7344（2016）20-0260-02

2016-6-8

袁曉義（1965-），男，高級工程師，本科，主要從事冶金設備管理工作。