工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障分析與維護方案研究

劉青苑

（上海城建隧道裝備有限公司，上海 200137）

工程機械液壓傳動系統(tǒng)的可靠性與安全性關(guān)系到工程推進進程。尤其與機械、電氣、燃氣等傳動方式相比，工程機械液壓傳動系統(tǒng)具有誤差率小、壽命長等明顯優(yōu)勢[1]，但同時也存在較大局限性。具體而言，由于以液壓油為工作介質(zhì)，工程機械液壓傳動系統(tǒng)勢必產(chǎn)生表面泄漏現(xiàn)象。特別在連續(xù)工作環(huán)境下，工程機械液壓系統(tǒng)作業(yè)負荷變化幅度較大，會在一定程度上減緩整體工程進度。因此，為滿足動力要求及經(jīng)濟性要求，工程機械液壓系統(tǒng)就要及時調(diào)整自身的功率[2]。同時，工程機械液壓傳動系統(tǒng)在工作過程中會應(yīng)作業(yè)要求而隨時調(diào)整輸出較大功率，也會應(yīng)管理人員的需求進行精細化工作。綜合來說，工程機械液壓傳動系統(tǒng)的動力性、經(jīng)濟性和調(diào)速性就要具備良好的條件。尤其在不同場景下，工程機械液壓傳動系統(tǒng)中的液壓油黏度會發(fā)生較大的變動，一定程度上會影響液壓系統(tǒng)的性能。若液壓傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會對整個工程產(chǎn)生較大的負面效應(yīng)[3]。鑒于此，有必要檢測工程機械液壓傳動系統(tǒng)的故障，由此判斷并做出維護方案，使得整個項目能夠有序推進。

1 現(xiàn)實環(huán)境中工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障表現(xiàn)

1.1 高溫故障

工程機械液壓傳動系統(tǒng)的高溫會給系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來較大負面影響，不僅會造成液壓油質(zhì)量惡化，也會降低零部件匹配度，降低工作精度[4]。究其原因，工程機械液壓系統(tǒng)經(jīng)過長期工作之后，未能通過專業(yè)人員進行定期維護與保養(yǎng)。這使得制冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對工程機械液壓系統(tǒng)帶來不可修復(fù)的損傷。因而，相關(guān)操作人員或管理人員在使用或管理工程機械過程中，應(yīng)著重關(guān)注此類細節(jié)問題，并在適當(dāng)時期進行維護。

1.2 液壓油泄漏故障

理論而言，操作人員在對工程機械液壓傳動系統(tǒng)進行各項作業(yè)時，應(yīng)確保這類裝置為關(guān)閉狀態(tài)。若工程機械液壓傳動系統(tǒng)未處于關(guān)閉狀態(tài)而產(chǎn)生失效現(xiàn)象，就會導(dǎo)致出現(xiàn)液壓油大量滲漏現(xiàn)象[5]。隨后，空氣就會進入液壓系統(tǒng)內(nèi)部，引起大量局部發(fā)熱現(xiàn)象，進而對液力驅(qū)動產(chǎn)生極大負面效應(yīng)。同時，工程設(shè)備中的液壓傳動系統(tǒng)主要憑借液壓油實現(xiàn)驅(qū)動工作。若發(fā)生液壓油泄漏故障，就會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)較大程度的問題，使得設(shè)備運轉(zhuǎn)不暢，對工程進度產(chǎn)生阻滯作用。究其原因，由于工作環(huán)境惡劣，其他雜質(zhì)會侵入活塞、管道等工作系統(tǒng)，會對工程機械液壓系統(tǒng)產(chǎn)生負向效應(yīng)。設(shè)計人員需要將這類問題納入工作中，為相關(guān)檢修人員提供理論參照，從而為推進工程項目奠定基礎(chǔ)。

1.3 系統(tǒng)堵塞故障

堵塞是工程機械液壓系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象，主要指零配件在液壓系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中，會因彼此壓力而產(chǎn)生位移現(xiàn)象，由此堵塞內(nèi)部結(jié)構(gòu)并引起一定的故障[6]。這種情況下，若機器長時間出現(xiàn)偏差，就會導(dǎo)致正常系統(tǒng)工作無法順利開展。或者說，若內(nèi)部零部件存在一定雜質(zhì)或未能清洗干凈，工程機械液壓系統(tǒng)會產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。具體來講，若工程機械液壓傳動系統(tǒng)長時間處于運轉(zhuǎn)模式而未能夠及時被檢修或維護，一定程度上會提高系統(tǒng)內(nèi)部溫度[7]，從而產(chǎn)生較大程度故障。此情況下，工程機械液壓系統(tǒng)溫度若達到上限，易使系統(tǒng)內(nèi)部各類元件產(chǎn)生形變等損壞現(xiàn)象，也會導(dǎo)致油液發(fā)生變質(zhì)，不利于推進工程進度。并且，在實際運行過程中，工程機械液壓傳動系統(tǒng)如出現(xiàn)無力承擔(dān)相應(yīng)外界荷載的現(xiàn)象，就會降低整體系統(tǒng)運轉(zhuǎn)速度，甚至?xí)耆Ｖ惯\轉(zhuǎn)。

2 工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障特征與原因

由于系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，工程機械液壓傳動系統(tǒng)在運作過程中通常會面臨一定故障。其中，液壓泵、控制閥、變矩器等零部件是工程液壓傳動系統(tǒng)的重要部分，也會發(fā)生一定故障[8]。這些組成因受外部或內(nèi)部多重因素影響，可能會出現(xiàn)液壓離合器接合不良、行走無力等狀況，進而降低其他系統(tǒng)運行效率[9]。這樣一來，工程機械液壓傳動器無法正常運行，導(dǎo)致整體工作項目推進緩慢。經(jīng)過梳理，筆者認為工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障特征與原因主要表現(xiàn)為如下方面。

1）隱蔽性。由于在封閉環(huán)境中工作，工程機械設(shè)備在出現(xiàn)問題時很難被人們關(guān)注，這使得系統(tǒng)出現(xiàn)隱藏故障。實際上，工程機械液壓系統(tǒng)中的壓力測點預(yù)留與否是事關(guān)壓力檢測工作順利與否的關(guān)鍵，相關(guān)人員在工程機械液壓系統(tǒng)管路設(shè)置時需要預(yù)留壓力測點，使得相關(guān)人員可從明顯位置進行觀測，方便維修。就目前情況而言，多數(shù)人員使用專門儀器才可以判斷壓力是否正常。但是測出壓力讀數(shù)并不能夠判斷出其壓力異常與否，這導(dǎo)致許多故障并不能為管理人員所掌控。

2）多樣性。當(dāng)前，工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障可能由多重原因造成。其中，機器構(gòu)造、泄漏都會使得壓力不穩(wěn)定，也會產(chǎn)生噪聲過大問題。特別是工程機械液壓系統(tǒng)速度異常，是傳動器系統(tǒng)故障多樣性的重要表現(xiàn)。在這一過程中，相關(guān)人員需要逐一調(diào)節(jié)工程機械節(jié)流閥、調(diào)速閥以及變量泵變量機構(gòu)。相關(guān)人員只有充分了解系統(tǒng)多樣性，才能測試執(zhí)行元件速度，為進行下一步維護方案的制定提供參考。

3）復(fù)雜性。一般來講，工程液壓系統(tǒng)故障可能是由多個因素造成，而非單一因素導(dǎo)致的。其中，工程機械液壓系統(tǒng)低壓會導(dǎo)致液壓油泄漏，也會造成電動水泵與閥門失效[10]。詳細而言，內(nèi)因（因素）和外因（誘因）是工程液壓傳動系統(tǒng)故障的重要原因。其中，內(nèi)部原因主要指內(nèi)部結(jié)構(gòu)、狀態(tài)對液壓故障產(chǎn)生抑制或促進作用；外部因素主要是由熱量、摩擦、磨損等外部破壞因素，對液壓元件和液壓系統(tǒng)液壓擾動造成沖擊、破壞作用，一定程度上不利于推進工作進程。以動作異常為例，在判斷工程機械液壓傳動系統(tǒng)是否正常時，就要通過復(fù)雜性診斷過程進行分析，才能更好地判斷動作是否異常。

3 工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障診斷方法

3.1 簡易故障診斷法

簡單故障診斷法是目前應(yīng)用較為普遍、診斷效果較好的方案。從內(nèi)涵來看，維修人員根據(jù)個人經(jīng)驗并憑借日常所使用的簡單工具，以詢問、觀察、傾聽、觸摸等方式，評估液壓系統(tǒng)故障，在了解系統(tǒng)工作條件的基礎(chǔ)上，更詳細地分析故障原因。然而，這一方法要求較高，要求設(shè)備操作員需要具備如下操作技能：一是液壓系統(tǒng)是否正常工作，或者說液壓泵是否異常；二是液壓油純度時間是否有效；三是故障前是否調(diào)整液壓元件，故障前后液壓系統(tǒng)出現(xiàn)何種異常現(xiàn)象。在了解如上設(shè)備運行狀況之后，設(shè)備管理人員還需進一步了解此系統(tǒng)出現(xiàn)了哪些故障現(xiàn)象。

3.2 工具判斷法

為提高工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障診斷效果，人們開始研究更深層次的診斷工具，即借助專業(yè)工具進行分析和評估。具體來說，專業(yè)檢測儀器既能夠評價系統(tǒng)故障或故障本質(zhì)，亦能夠檢測系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的位置，為維護人員提供精準維修方案。也就是說，專業(yè)檢測工具通過實時檢測液力、液溫、液面等內(nèi)容，并按實際需要將其安置到最優(yōu)位置，可探測液體進出情況，從而明晰系統(tǒng)是否存在故障。

3.3 元件對換法

元件對換法主要面向單向閥、平衡閥以及溢流閥此類容易操作的元件。原因在于，此類元件體積相對較小，且容易拆卸，故在展開多種檢驗方法之前，人們大多通過此類方法進行研究。在檢驗之前，需先檢測元件是否正常，待確定之后再調(diào)換元件。此時，通過工程液壓系統(tǒng)工作狀況進行檢驗，由此找到比較合適的元件。元件互換方法也是診斷工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障的重要方案。就內(nèi)涵而言，其在于將可能存在故障的部件替換為正常部件，然后逐步排查故障出現(xiàn)在哪里，從而發(fā)現(xiàn)并消除部件之間的缺陷，找出具體原因。

3.4 智能診斷

智能診斷是當(dāng)下對工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障診斷的重要補充方法，一般劃分為如下幾方面。一是模糊邏輯診斷。此方法主要是相關(guān)人員利用模糊連接方式，找出系統(tǒng)故障的原因和具體表現(xiàn)形式，據(jù)此探討故障原因與對應(yīng)優(yōu)化方案。二是信息系統(tǒng)診斷。現(xiàn)實而言，工程機械液壓系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)信息庫的建立，可為相關(guān)維修人員提供必要的數(shù)據(jù)支撐。若系統(tǒng)重復(fù)發(fā)生故障，維修人員即可找到問題癥結(jié)所在并據(jù)此提出維修方案。三是事故樹分析與診斷。此方法主要是維修人員通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析液壓傳動系統(tǒng)誤差，在此基礎(chǔ)上將故障發(fā)生主要因素作為第一事件，由此描述故障，以布爾代數(shù)法得出解決方案。

4 工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障維修

4.1 液壓泵

作為向液壓傳動系統(tǒng)傳遞動力的關(guān)鍵構(gòu)件，液壓泵結(jié)構(gòu)部分一般分為兩個方面，即油泵和電機。從各種施工實踐情況來說，液壓泵的故障通常表現(xiàn)為液體的泄漏。這一故障的出現(xiàn)，容易降低泵體流量和壓力，難以契合工程機械液壓系統(tǒng)正常工作的需要。因此，相關(guān)工作人員需要及時清理齒輪，并及時更新、更換易磨損件。特別是對于針式泵故障的診斷，維修人員需要及時維修更換模式的定子，或者轉(zhuǎn)子、刀片。

4.2 液壓缸

液壓缸負責(zé)向系統(tǒng)提供壓力，是工程機械液壓傳動系統(tǒng)中的核心要件。若液壓缸部件出現(xiàn)損壞并出現(xiàn)下述現(xiàn)象，就要進行檢修。第一種現(xiàn)象是空氣進入液壓缸內(nèi)，這需要相關(guān)人員進行排氣處理。第二種現(xiàn)象是異物和水分進入液壓缸內(nèi)，并由此導(dǎo)致局部拉傷和燒結(jié)。此時，維護人員應(yīng)盡快修磨一下缸筒內(nèi)壁，并判斷異物混入具體原因。第三種現(xiàn)象是液壓缸安裝不良，使得中心線偏離導(dǎo)向套的導(dǎo)軌。

4.3 液壓馬達

液壓泵故障概率一般要高于液壓馬達。所以在日常使用過程中，維護人員只需要對液壓馬達進行簡單維護，并采取各種措施減少發(fā)動機故障，降低液壓馬達故障率，即可降低檢測概率。實際上，維修人員在日常維護與檢修過程中，需要注意如下問題：一是確保添加的液壓油的純度符合要求；二是更換機油時避免液體滲入發(fā)動機和空氣進入液壓油。

4.4 控制閥

液壓控制閥作為工程液壓系統(tǒng)中關(guān)鍵的控制元件，主要用于控制液壓系統(tǒng)中流體流量、流動方向與壓力，使其滿足工程液壓系統(tǒng)中各個元件不同動作要求。具體來講，控制液壓系統(tǒng)中流體壓力的閥門包括多種類型，包括溢流閥、順序閥、減壓閥等；流量控制閥是控制流體流量的總稱。另外，特殊液壓閥是在普通液壓閥的基礎(chǔ)上為進一步滿足某些特殊使用要求發(fā)展而成的，其中包括多路換向閥、電液伺服閥、插裝閥、疊加閥、電液比例閥和電液數(shù)字閥等。一定意義上，在多種配套設(shè)備檢修過程中，控制閥門的調(diào)整要求較為嚴格。這種情況下，控制閥的密封件有破損，在修理時，不能用力拉，以免影響閥芯的密封性。

5 工程機械液壓傳動系統(tǒng)故障的維護方案

5.1 提升液壓系統(tǒng)的清潔度

提升液壓油清潔度，一定程度上是維持設(shè)備健康的重要方案。現(xiàn)實而言，高質(zhì)量的液壓油對降低機器故障頻次、延長工程機械壽命、減少維護成本有著極為重要的作用，液壓油的質(zhì)量很大程度上決定整臺機械工作質(zhì)量。定期過濾凈化精密液壓元件的雜質(zhì)，可提升液壓油的清潔度，減少設(shè)備磨損，提高油品有效使用率。若工程機械液壓傳動系統(tǒng)混入雜質(zhì)或金屬粉，會大幅度磨損干擾液壓元件，嚴重時可能導(dǎo)致意外，不利于推進工程進度。這種情況下，為提高工程機械液壓傳動系統(tǒng)穩(wěn)定性，維護人員要通過各種方法消除油污和雜質(zhì)。同時，考慮到工程機械液壓傳動系統(tǒng)的部件較為復(fù)雜，維修人員要利用清洗液清洗每一個部件。此外，維修人員還應(yīng)清理機器孔洞和接縫中的灰塵，避免灰塵大量積累。最后，操作人員在使用機器之前，要清理周邊環(huán)境，避免一部分外部環(huán)境雜質(zhì)落入系統(tǒng)中。

5.2 防止液壓油混入空氣

鑒于空氣能夠被高度壓縮，少量空氣進入系統(tǒng)會對工程機械液壓傳動系統(tǒng)產(chǎn)生較大負面效應(yīng)。因而，維護人員需要做好保護措施，避免空氣進入工程機械液壓傳動系統(tǒng)。在具體執(zhí)行過程中，維修人員應(yīng)加快檢查吸油管表面是否有裂縫、接頭是否牢固、密封是否良好；在將液壓油裝入回油管前，要確定油泵進口的油濾器已經(jīng)松開，以減小油液的吸油阻力。

5.3 維持液壓油溫度

目前來說，55 ℃～60 ℃是液壓油最佳溫度區(qū)間。當(dāng)超過這一區(qū)間之后，工程機械液壓傳動系統(tǒng)需配備高溫自動預(yù)警裝置。當(dāng)溫度高于65 ℃時，系統(tǒng)會立即啟動高溫自動報警裝置，由此檢驗水冷卻器，避免系統(tǒng)始終處于高溫狀態(tài)。也只有當(dāng)液 壓油的冷卻器工作處于正常狀態(tài)時，工程機械液壓傳動系統(tǒng)才可以高效工作。

6 結(jié)語

綜上所述，工程機械液壓傳動系統(tǒng)是推進工程項目過程中的重要工具，一旦發(fā)生故障將會減緩工程進度。只有對液壓系統(tǒng)進行穩(wěn)定性維護，確保工程機械液壓傳動系統(tǒng)正常工作，才能更好地推進項目進展。從實際情況來看，工程機械液壓系統(tǒng)面臨高溫故障、液壓油泄漏故障、堵塞系統(tǒng)故障等問題，一定程度上會使得液壓傳動系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題。因此，維護人員有必要對系統(tǒng)進行檢測與維護，從而采取相關(guān)措施，維持液壓油的清潔，對系統(tǒng)工作環(huán)境進行檢修，確保工程設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。