工程機(jī)械液壓傳動(dòng)原理、故障診斷與排除 Principle, Fault Diagnosis and Troubleshooting of Hydraulic Transmission of Construction Machinery

劉玉峰 LIU Yu-feng

摘要： 液壓系統(tǒng)是目前工程機(jī)械設(shè)備中常見的系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)可以為機(jī)械設(shè)備提供動(dòng)力，控制設(shè)備的運(yùn)行，從而降低工作人員的工作強(qiáng)度，提高工作效率。隨著我國機(jī)械化水平的不斷提高，機(jī)械液壓系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣。本文分析了機(jī)械液壓系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)及故障排除策略，以期提高設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)的可靠性，減少設(shè)備故障損失，改善機(jī)械設(shè)備的故障狀態(tài)。

Abstract： Hydraulic system is a common system in construction machinery and equipment. The hydraulic system can provide power for mechanical equipment and control the operation of the equipment， thereby reducing the work intensity of the staff and improving work efficiency. With the continuous improvement of my country's mechanization level， the application range of mechanical hydraulic systems is becoming wider and wider. This article analyzes the fault diagnosis technology and troubleshooting strategy of the mechanical hydraulic system， in order to improve the reliability of the equipment operation system， reduce the loss of equipment failure， and improve the failure state of the mechanical equipment.

關(guān)鍵詞： 工程機(jī)械;液壓系統(tǒng);故障診斷;排除策略

Key words： construction machinery;hydraulic system;fault diagnosis;troubleshooting strategy

中圖分類號(hào)：TH137.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0165-02

0? 引言

目前，我國的科學(xué)技術(shù)取得了突出的成就，液壓技術(shù)也得到了發(fā)展。液壓技術(shù)在工業(yè)中起著重要的作用。配備液壓系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備的故障診斷與維修，直接關(guān)系到工業(yè)的發(fā)展水平和運(yùn)行安全。做好這一工作，不僅可以提高機(jī)械的性能，還可以提高機(jī)械工作的效率，為我國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的動(dòng)力。

1? 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本故障特征

1.1 多樣化

通過對液壓傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)故障的深入研究，可以發(fā)現(xiàn)引起故障的因素具有多樣化的特點(diǎn)。同一故障可能有很多原因，這些原因相互交叉、相互影響，很難準(zhǔn)確判斷。例如，如果傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力達(dá)不到，液壓油可能會(huì)泄漏，液壓泵的功率可能會(huì)不足，閥門可能會(huì)堵塞，油的黏度可能會(huì)降低，這也可能來自機(jī)電方面。另一方面，在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，不同的部件具有不同的功能和結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生各種故障現(xiàn)象。

1.2 復(fù)雜性

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的失效比較復(fù)雜，會(huì)影響到整個(gè)機(jī)體。有些故障可能導(dǎo)致整個(gè)液壓系統(tǒng)甚至機(jī)器癱瘓。例如液壓執(zhí)行器功率不足，壓力不穩(wěn)定。作為維修人員，很難判斷是液壓泵的功率不足還是油、閥門或機(jī)械部件有問題，故障排除的難度可想而知。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的故障具有多樣性的特點(diǎn)，這也使得液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的故障表現(xiàn)形式多樣化，增加了液壓傳動(dòng)故障的復(fù)雜性，提高了故障診斷和故障排除的難度，并且不能在第一時(shí)間判斷液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的故障原因和故障位置，這也使得液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的故障評價(jià)更加復(fù)雜。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部各部件緊密相連，會(huì)影響到整個(gè)機(jī)體。通常，一個(gè)部件的損壞會(huì)影響到所有連接的部件。這增加了維護(hù)的難度。維修人員需要考慮各個(gè)部件的裝配方法，掌握不同部件的維修技能，完成各個(gè)部件從一次到二次的故障排除和維修。如果盲目修復(fù)，可能會(huì)適得其反。

1.3 判斷復(fù)雜

根據(jù)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，故障發(fā)生后很難快速判斷故障位置和原因。必須仔細(xì)檢查、判斷、分析和測試，找出故障原因和部位。但是一旦發(fā)現(xiàn)，后處理就非常簡單，有些可能稍微調(diào)試、清洗或更換濾芯就可以解決問題了。

1.4 隱形

首先，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的大部分故障都是發(fā)生在裝置內(nèi)部，而往往在外部沒有問題，這可能會(huì)誤導(dǎo)維修人員。其次，由于其結(jié)構(gòu)比較精細(xì)，部分零件極小，在長期高負(fù)荷運(yùn)行中即使發(fā)生老化和損壞也不易被發(fā)現(xiàn)，使其繼續(xù)留在液壓系統(tǒng)中，導(dǎo)致最終失效的發(fā)生。及時(shí)發(fā)現(xiàn)了小零件的故障，拆卸液壓傳動(dòng)系統(tǒng)也是一個(gè)繁瑣的過程，對維修人員來說也是一個(gè)麻煩和挑戰(zhàn)。一般來說，在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行中，其運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)封閉的環(huán)境。

1.5 綜合

對液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的故障進(jìn)行探討和分析，發(fā)現(xiàn)故障具有綜合特征。以系統(tǒng)噪聲過大、壓力不穩(wěn)定為例，可能在介質(zhì)泄漏時(shí)同時(shí)發(fā)生相關(guān)的機(jī)械和電氣故障，導(dǎo)致綜合故障。

2? 工程機(jī)械液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷模式

2.1 常規(guī)診斷

根據(jù)工程機(jī)械術(shù)語檢定標(biāo)準(zhǔn)體系的各種條件，檢驗(yàn)員需要根據(jù)實(shí)際情況，憑直覺對機(jī)械的運(yùn)行情況進(jìn)行檢定。高效的診斷方法可以幫助檢驗(yàn)員在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)采取治療措施。

2.2 智能診斷

智能診斷的重點(diǎn)是利用現(xiàn)代診斷形式和技術(shù)對液壓系統(tǒng)的故障進(jìn)行深入分析，為高效的故障診斷提供依據(jù)。最常見的有2種模式：①模糊邏輯診斷模式。利用模糊邏輯函數(shù)，通過模糊連接分析液壓系統(tǒng)故障的原因和表現(xiàn)。通過對模糊邏輯函數(shù)的運(yùn)算，識(shí)別出故障的原因和現(xiàn)狀。②故障樹分析形式。通過對可能造成產(chǎn)品故障的硬件、軟件、環(huán)境、人為因素進(jìn)行分析，畫出故障樹，從而確定故障產(chǎn)生原因的各種可能組合方式和（或）其發(fā)生概率。

3? 工程機(jī)械液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障原因分析

3.1 設(shè)計(jì)的原因

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障的數(shù)量與產(chǎn)品設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。在設(shè)計(jì)中，通過優(yōu)化產(chǎn)品形狀或增加一些保護(hù)部件，可以有效保護(hù)重要部件的磨損或腐蝕，減少設(shè)備維護(hù)次數(shù)。設(shè)計(jì)師不僅要有豐富的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備，還要參與設(shè)備的維護(hù)，聽取維修技術(shù)人員的意見。

3.2 維修原因

一般來說，機(jī)械工程裝配調(diào)試后，可以提高機(jī)械工程各領(lǐng)域的性能。然而，由于液壓元件的更新和變化，機(jī)械工程的維修和維護(hù)可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)新的故障。因此，在維修機(jī)械設(shè)備時(shí)，技術(shù)人員必須嚴(yán)格遵守其部件的質(zhì)量控制。

3.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)自身原因

液壓傳動(dòng)系在電壓穩(wěn)定時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)功率不足，無法承受外部負(fù)載的現(xiàn)象。這樣系統(tǒng)會(huì)逐漸降低運(yùn)行速度和旋轉(zhuǎn)功率，大大降低了工作效率。出現(xiàn)這種情況的主要原因可能出現(xiàn)泄漏問題，或者相關(guān)離心泵出現(xiàn)異常，導(dǎo)致無法儲(chǔ)存足夠的動(dòng)力進(jìn)行傳輸和運(yùn)行。

4? 工程液壓傳動(dòng)系統(tǒng)常見故障及排除

4.1 系統(tǒng)工作裝置故障

當(dāng)系統(tǒng)工作裝置出現(xiàn)故障時(shí)，可能是因?yàn)椋旱谝唬到y(tǒng)有嚴(yán)重的泄漏。這可能是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)部件損壞，不能正常工作，所以需要及時(shí)更換。其次，系統(tǒng)本身的散熱性能較差。這可能是儲(chǔ)油太少的問題造成的，需要及時(shí)檢查補(bǔ)充。另外，一些外部因素也可能影響系統(tǒng)的散熱，如散熱面積不足、環(huán)境溫度過高等。在日常操作中，有必要及時(shí)檢查和清理散熱器進(jìn)風(fēng)口處的雜質(zhì)。

4.2 系統(tǒng)流程不足

在液壓系統(tǒng)運(yùn)行中，液壓泵本身流量不足可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)流量不足的問題。但由于工作介質(zhì)為液壓油，傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)密封松動(dòng)、泄漏等問題，影響工作效率。因此，在出現(xiàn)故障時(shí)，需要準(zhǔn)確診斷問題的原因，有針對性地尋找解決方案，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定、正常運(yùn)行。

4.3 液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象

爬行現(xiàn)象是液壓缸在運(yùn)動(dòng)時(shí)的跳躍運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種故障在液壓系統(tǒng)中比較常見。液壓缸內(nèi)氣體的混合是造成爬行現(xiàn)象的主要原因。

5? 工程機(jī)械液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障排除

5.1 觀察排除法

觀察和排除方法適用于有經(jīng)驗(yàn)的維修人員，對工程機(jī)械液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)了如指掌。通過五感（視覺、嗅覺、聽覺、味覺、觸覺）、個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和簡單的工具，可以觀察和診斷液壓系統(tǒng)的故障，進(jìn)行小規(guī)模的操作，然后結(jié)合平時(shí)的維修經(jīng)驗(yàn)找到一些簡單的故障，識(shí)別出故障的位置和原因。觀察消除方法時(shí)，應(yīng)注意：首先考慮外部因素對液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的影響，然后從系統(tǒng)內(nèi)部部件中找出問題所在。在觀察和故障排除時(shí)，一定不能只考慮液壓系統(tǒng)，而要結(jié)合機(jī)械、電氣、液壓等方面進(jìn)行綜合故障排除。在故障處理過程中，要區(qū)分長期故障和突發(fā)性故障，分析和排除長期故障的原因，發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行相應(yīng)處理。觀察排除法適用于有經(jīng)驗(yàn)的維修人員。

5.2 儀器檢測方法

儀器檢測方法是以目視觀測法為基礎(chǔ)的。對于可疑的異常部件，采用現(xiàn)代儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)按照由易到難的順序進(jìn)行檢測，找出故障的原因和位置，進(jìn)行故障排除。這些方法包括儀器檢測、油分析檢測和計(jì)算機(jī)檢測。在實(shí)際故障診斷中，既要采用傳統(tǒng)的觀測消除法，又要借助現(xiàn)代精密儀器進(jìn)行儀器檢測。這兩種方法是不能相互替代和結(jié)合的。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷中，可選用壓力表、流量計(jì)等儀表，檢查液壓傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的壓力值、流量、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)值，比較技術(shù)文件的標(biāo)準(zhǔn)范圍，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的位置和原因。具體包括以下檢測儀器：①壓力表。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行中，壓力值是一個(gè)重要的參數(shù)。一旦液壓傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，壓力值就會(huì)降低。通過壓力表檢測液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力值，判斷液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是否故障。②流量計(jì)。流量是衡量液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是否處于良好狀態(tài)的重要參數(shù)。通過流量計(jì)，可以測量液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的容積效率、部件進(jìn)出口流量和液壓回路，及時(shí)發(fā)現(xiàn)流量異常，有利于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷和故障排除。③轉(zhuǎn)速表。維修人員可以選擇轉(zhuǎn)速表來觀察執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和速度值，這是反映液壓傳動(dòng)系統(tǒng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)。

5.3 邏輯推理方法

一些機(jī)械液壓系統(tǒng)比較復(fù)雜，很難診斷。因此，可以通過邏輯分析來檢驗(yàn)。采用這種方法，一定要做好以下兩方面的工作：一是從主機(jī)上找原因，觀察液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否工作正常;其次，從系統(tǒng)本身的性能出發(fā)，對系統(tǒng)故障的原因進(jìn)行邏輯推理。邏輯推理方法主要取決于維修人員的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)。通過自身對液壓傳動(dòng)的技術(shù)知識(shí)和基本技能，邏輯推理方法可以邏輯推斷出液壓系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓元件等故障問題，由于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障的故障癥狀一般為壓力異常、動(dòng)作異常或速度異常，維修人員應(yīng)仔細(xì)觀察和閱讀液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，判斷液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障的根本原因，并對輔助方法進(jìn)行細(xì)致的故障排除，從而最終確定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的故障問題，有利于故障排除和解決。

5.4 參數(shù)測量方法

該方法主要通過測量液壓系統(tǒng)回路中的參數(shù)進(jìn)行診斷。通過將獲得的數(shù)據(jù)與機(jī)器正常工作時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以判斷機(jī)器是否有故障。

6? 小結(jié)

工程機(jī)械在施工和生產(chǎn)中起著非常重要的作用。要及時(shí)診斷和排除工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的故障，保證工程機(jī)械的正常運(yùn)行，保證工程質(zhì)量。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)故障具有多樣化的特點(diǎn)，故障診斷技術(shù)比較豐富。在未來的發(fā)展中，應(yīng)重視信息集成與信息融合技術(shù)的研究，將數(shù)據(jù)采集、混合智能故障診斷技術(shù)和遠(yuǎn)程協(xié)同診斷技術(shù)相結(jié)合，更加準(zhǔn)確、快速地診斷液壓系統(tǒng)故障。

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