農業機械在實踐應用中的液壓故障研究

吳志剛

（江陰市華士水利農機管理服務站，江蘇 江陰 214421）

農業機械在實踐應用中的液壓故障研究

吳志剛

（江陰市華士水利農機管理服務站，江蘇 江陰 214421）

文章依據農業機械基本原理，結合實踐操作應用中常見的液壓出現故障的現象，首先從液壓系統故障分析與分類整理出發，然后，探討液壓系統故障的常用診斷方法，最后提出農業機械液壓系統故障診斷專家系統的設計方案，為相關的實踐工作者提供有益參考。

農機；液壓故障；機械原理

1 液壓系統故障分析

根據相關理論分析，液壓設備不同，液壓系統回路組成不同，組成各組成部分的基本回路，故障也不同。但一些故障是各種液壓系統和液壓元件頻繁，故障特征是相同的，如漏油、液壓沖擊、氣蝕、液壓鎖等。雖然液壓系統的故障很難診斷，但液壓系統的任何故障在發生大故障前都會出現一些異常的征兆。一旦出現癥狀，就要及時查明具體原因，液壓故障可以減少甚至消除。

（1）油液泄漏。液壓油在輸送過程中，未知的因素，管道流經其范圍，到容器內的其他部件或系統被稱為泄漏。液壓油腔通過高壓腔到低壓內泄漏；從管道或容器泄漏到外界的外流系統。漏油易造成環境污染，構件利用率降低，腐蝕元件導致液壓系統運行不穩定。有效措施是：在密封的不同類型和密封裝置，使用不同；提高系統的清潔度，有效預防系統被玷污，安裝液壓站清洗蓋元件；液壓系統的改造、維修或更換液壓部件，修正零件的零件應保持清潔，修復后，所有部件應牢固緊固。

（2）液壓沖擊。液壓沖擊是在液壓傳動過程中，操作不當，部件故障或其他未知因素會導致系統壓力在短時間內直線上升，有一個很大的壓力峰值。發生液壓沖擊，最大系統壓力總是比一般的好幾倍，造成管道、設備及液壓元件的密封損壞是系統的振動和噪聲引起的，嚴重的情況會使壓力繼電器、安全閥元件失效，造成設備和人身事故。該儀器具有精度高，加工設備對外界波動大的阻力差，所以應采取有效的手段，嚴格防止液壓沖擊。通常減小液壓沖擊的措施：空載啟動液壓泵的安裝；緩沖裝置和安全閥是安裝在工作缸；高背壓閥壓力；液壓回路中安裝安全閥，該閥通過節流閥來控制滑移率，消除電磁閥為電液驅動，阻尼在空氣閥系統的排除。

（3）氣穴現象。在液壓傳動過程中，液壓油壓力大時，壓力大于外界空氣的溫度，空氣中的液壓油會以氣泡的形式“逸出”，稱為氣穴現象。當這些現象發生時，液壓系統工作響應變慢；動力部件動作緩慢；液壓泵吸油不足；或輸出油量減少。嚴重的氣蝕破壞率和老化的管道和元件的加速使用導致組件故障，氣蝕時間長，甚至導致整個液壓崩潰。汽蝕主要發生在速度和壓力高的液壓泵和液壓閥的進油閥的開度變化，主要措施有：減少氣蝕預防前孔或間隙前后壓差；加入足夠的油箱，避免液壓泵吸入空氣；適當縮短吸油管直徑增加長度，減少流量等，提高密封元件結合接頭和管道，以防止空氣侵入；經常受到的微分元空化和耐腐蝕性，嚴格控制其表面粗糙度，提高其機械強度。

（4）液壓卡緊。在液壓系統中，由于粉塵或其它顆粒滯留在閥瓣和卡位所造成的相對運動空間中，稱為機械鎖；液壓油將卡在閥芯中的流量通過徑向力、液壓夾緊。在中等條件下，運動部件的阻力會增加，從而導致運動緩慢和混亂。在嚴重的情況下，組件內的組件的相對運動可以完全卡住，使組件不能移動。通常的液壓鎖消除措施：高精度錐形閥；閥芯臺肩；表面上的毛刺清潔；打開表面壓力槽的閥芯和外圓，必須要求閥芯壓力槽同心；提高油的清潔度。

2 液壓系統常見故障診斷方法

（1）主觀診斷。主觀診斷方法實際上是憑借自己的日常經驗，通過手、眼、鼻、耳、觸覺、嗅覺、聽覺和視覺結合的液壓機械故障診斷，故障原因、故障定位是最簡單的視覺檢測方法之一。故障診斷知識的方法是豐富的，維修人員學到了很多的經驗。多年來，以全面了解其工作原理和結構的液壓故障推理功能的液壓系統元件，進行綜合分析。由于主觀診斷方法的主觀性強以及經驗的局限性，雖然方法簡單快速，但難以處理日益復雜的系統故障診斷需求。

（2）直接檢測法。直接檢測法實際上是對液壓部件以及系統的運行效果進行檢測進而總結分析它的運行狀態。該方法對液壓系統的工作狀態異常十分敏感，原因在于直接檢測法可以通過對液壓設備的工作狀態進行在線監測，對出現的故障進行診斷以及定量分析。這種診斷方法的基本思維是，系統正常運行，各個工作元件和系統參數應該都在正常值區間變動，當發現某項或某些參數出現低于最小值時，可斷定系統將要發生或者已經發生故障。系統參數出現小的異常起初不能引起人的注意，只有當參數發生較大變動時才會發揮直接檢測法的優勢，這種方法雖然原理簡單概念直觀，但是不能做到防患于未然。

（3）參考交換法。參考交換法是基于控制變量法發展而來的，基本思想是通過將兩個相同功能回路的液壓系統接到同一個主機上進行工作測試，檢測到可疑元件，直接交換這類元件。這種方法彌補了現場缺乏檢測設備的不足。參考交換法由于涉及到要拆卸交換元件，那么對于結構復雜、安裝要求高、備用元件數量限制等因素，操作起來很不方便，但是對于容易拆裝、結構簡單小巧的元件，采用此方法不失是一種好的方式。

3 農業機械液壓系統故障診斷專家系統的設計

（1）專家系統的設計方案思路。農業機械液壓系統故障診斷專家系統是基于知識庫系統的程序，主要是通過從人類專家的知識和經驗來解決液壓，最多只有專業的人才精通系統解決各種問題出現的疑難雜癥。液壓系統的故障通常不是單方面的，總是涉及到很多因素，不同水平往往互為因果，和故障問題原因的現象層出不窮，牽一發而動全身，這給傳統的故障診斷方法帶來麻煩。在實際工程應用中，專家系統能夠及時解決一般機械操作員所遇到的問題，同時通過知識獲取的方法對新增加的知識進行存儲和重用，具有很好的實用價值。通過分析農機液壓系統的故障特征，設計相應的推理機制和知識庫，對液壓系統進行故障分析、故障診斷和預測，防患于未然。

（2）專家系統設計特點。用計算機程序采集液壓系統故障數據的專家系統，模擬液壓專家的推理過程，合理求解專家有時是非常困難的問題。一般來說，一個成熟的專家系統應該具有以下特點：①豐富的專家級液壓系統故障診斷知識。知識庫的豐富性往往決定了系統軟件的性能水平，知識庫的數據越多，程序的搜索范圍越大。總之，專家級知識直接影響到速度響應、解決問題的質量和推理規則的能力。②專家級的問題解決能力。基于知識庫的構建專家系統的推理機制和發展戰略的結構和控制，對計算機資源合理利用的目的，提高專家系統的效率，專家系統更加合理、智能、不斷超越人類專家的水平。③知識獲取能力強。專家系統在實際應用中，應該能夠繼續收集用戶上傳或知識交流，使他們的知識基礎日益豐富。④推理機制與知識庫分離。為了提高專家系統的可擴展性和可維護性，知識庫應與推理機制無關。

基于以上特點，本章開發液壓系統故障診斷專家系統具有以下五個特點：①多元化：利用各種方式的知識系統，不僅可以利用啟發式知識，但也可以使用知識的邏輯，并通過特殊的專業知識和公共知識美德以確定關聯和推理解決問題的最終實現。②及時性：利用局域網特有的通訊模式，讓用戶可以實時溝通，及時解決用戶所遇到的問題。③獨立性，對系統的各個功能的獨立性是相互獨立的，知識庫的可擴展能力；推理機制可以獨立升級；專家系統的三種檢索方法可以獨立進行操作和維護管理。④透明度：專家系統數據庫相關功能，允許用戶了解知識庫的結構和知識庫的豐富性。⑤人性化：各操作界面的專家系統不僅涉及到功能識別的提示，而且界面后臺還設有語音提示，讓用戶操作更方便的軟件，更快地解決問題。

［1］文斌.基于Petri網的液壓馬達故障診斷［J］.機械研究與應用，2013，（5）.

［2］關彤，孫福才.液壓系統故障診斷方法概述［J］.中國科技信息，2013，（17）.

［3］齊愛霞.外反饋限壓式變量葉片泵的故障分析與排除［J］.農機使用與維修，2013，（9）.

吳志剛（1972-），男，農機技術指導員，主要研究方向：農業機械應用技術。