船舶機械液壓系統漏油故障處理及監測方法研究

摘" 要：液壓系統因其廣泛的工藝適應性和較強控制性能等優點，在船舶甲板機械的操縱和控制中應用較為廣泛，比如舵機、錨機、絞車、起貨機和艙口蓋等。但因其工作環境比較惡劣，容易受到溫度變化、鹽分侵蝕、灰塵侵入等因素的影響而發生故障，漏油是液壓系統較為常見的故障之一，且泄露位置較為隱蔽，情況復雜，是液壓系統故障診斷和維護保養的重要難點。從液壓系統漏油故障的原因入手，有針對性地提出漏油故障的處理措施，為了降低故障發生率，建立液壓系統漏油故障監測診斷系統，可減少因漏油造成的海洋污染，進一步提升船舶航行的安全性和可靠性。

關鍵詞：船舶;液壓系統;漏油;故障監測;診斷系統

中圖分類號：U672" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）09-0135-04

Abstract： Thanks to its extensive technological adaptability and strong control performance， hydraulic system is widely used in the handling and control of ship deck machinery， such as steering gear， windlass， winch， cargo winch and hatch cover. However， due to its poor working environment， it is easy to be affected by temperature change， salt erosion， dust invasion and other factors. Oil leakage is one of the more common faults of hydraulic system， and the leakage location is more hidden and the situation is complicated. It is an important difficulty in fault diagnosis and maintenance of hydraulic system. Starting with the causes of the oil leakage fault of the hydraulic system， this paper puts forward the treatment measures of the oil leakage fault. In order to reduce the failure rate， the oil leakage fault monitoring and diagnosis system of the hydraulic system is established， which can reduce the marine pollution caused by the oil spill and further improve the safety and reliability of ship navigation.

Keywords： ship; hydraulic system; oil leakage; fault monitoring; diagnosis system

液壓系統主要是利用流體作為介質，通過改變壓強增大作用力的方式完成能量的轉變和傳送。液壓系統具有體積小、重量輕、操縱簡便、自動化程度高、使用壽命長及適應性強等優點，所以在船舶機械裝置中應用較為廣泛。但是液壓系統較為精密，對元件的制造精度有較高的要求，需要較為清潔的工作環境，所以對液壓系統的維護和保養是船舶維護工作的重要內容。系統受到污染是引發故障的重要原因，所以污染和防護處理是液壓系統設計時優先考慮的問題。但是船舶甲板機械的液壓設備工作環境比較惡劣，且在船舶航行過程中液壓系統需要始終保持高負荷的運行狀態，直接增加了液壓系統的故障頻率。漏油是液壓系統較為常見的故障，油液泄漏不僅會對海洋生態環境造成污染，同時還會影響到船舶航行的安全性，所以對液壓系統漏油的故障診斷和預防是船舶維護保養工作的重點。受到液壓系統工作原理和結構的影響，工作液體都是在封閉的油路內工作，發生故障的位置一般較為隱蔽，且原因較為復雜，故障不易察覺，這是液壓系統漏油故障診斷的難點所在。通過對漏油故障的原因進行分析，可做好相應的故障預防措施，同時建立起漏油故障診斷模型，利用診斷平臺可快速定位故障點，提高維修工作效率。

1" 船舶機械液壓系統漏油原因

1.1" 液壓系統漏油類型

液壓系統漏油主要有內漏和外漏2種形式，內漏主要是在液壓系統架構內部不同零部件間的泄漏，比如液壓油從高壓腔流向低壓腔。這種現象較為常見，高低壓腔的做功容積效應降低，直接影響到液壓系統運行的穩定性和操控的精準性。外漏主要是在液壓系統的管道和密封部位出現滲漏點，系統內部的液壓油滲漏到系統外表面，系統內部由于油液缺失會降低工作成效，對其他設備可能產生侵蝕，還會造成海洋生態污染。

1.2" 設計及制造的質量缺陷

液壓系統使用的元件對精度有較高的要求，在設計和制造過程中任何一個環節出現失誤，都可能導致泄漏現象的發生。在液壓系統運行過程中，不僅需要承受壓力帶來的荷載，還會因為零部件間的相互碰撞和擠壓而出現變形和磨損（如圖1（a）和圖1（b）所示）。如果在設計和制造環節存在質量缺陷，是液壓系統漏油故障面臨的最大隱患，比如為了節約成本，使用紫銅墊來代替密封圈，密封效果會大打折扣，直接增加漏油風險。在制造環節如果對元件的加工精度控制不嚴，在系統運行時可能會出現摩擦阻力過大或者密封不嚴等現象，面臨漏油隱患。

1.3" 安裝維護不規范

液壓系統結構設計較為精密，需要嚴格按照圖紙要求安裝操作，并且做好系統維護保養工作，安裝失誤和維護保養不到位是導致漏油的常見原因。液壓系統在運行過程中液體介質會不停流動，在壓力的作用下系統內部會出現沖擊和振動，如果安裝時沒有嚴格按照規范標準執行，可能導致管道接頭松動而出現油液泄漏。動密封件和配合件相互磨損會導致間隙過大，從而出現油液泄漏。在液壓系統維護保養工作中，沒有及時發現零部件磨損或者接頭松動等問題，同樣也會出現漏油現象。

1.4" 其他原因

液壓系統泄漏的原因較多，除了以上原因，還有油溫過高導致密封件變形，液壓油污染，檢修拆卸不規范以及人為操作不當等原因。在故障預防和維護保養工作中，還需要根據故障表征和以往經驗綜合判斷，然后做出相應的決策。

2" 機械液壓系統漏油的防范措施

2.1" 加強設計及制造質量控制

加強對液壓元件在設計和制造環節的質量控制，可從源頭上做好液壓系統漏油的防范措施。無論是新產品的設計，還是老產品的改造，都要根據液壓系統的運行原理選用優質材料，嚴格控制設計和制造時的精準度。比如，對于動密封件的設計而言在保證精確性的基礎上，還要延長使用壽命。設計時要考慮消除活塞桿和驅動軸密封件上的側載荷，避免側面受力不均而增加動密封件的磨損。為了防止磨料、粉塵等雜質進入油液，可使用防塵圈、防護罩等元件保護活塞桿，同時設計過濾裝置防止灰塵在油液中累積，做好動密封件的防護設計[1]。設計靜密封件時要控制好密封槽的尺寸和公差，確保靜密封件在受到擠壓變形后能夠很好地填塞配合表面的凹陷，避免由于設計缺陷導致配合表面出現間隙而受到磨損，在制造過程中嚴格控制密封件的加工精度。設計時還要考慮整個系統運行時的溫度變化，避免油溫過高而引發密封件變形，選用適宜的液壓油。

2.2" 嚴格按照規范要求安裝

液壓系統元件在運輸過程中，要做好防護措施，避免元件因為振動和磕碰等出現表面劃痕和變形，從而影響安裝質量。在元件進場安裝前，要做好元件的質量檢測工作，嚴禁使用不合格產品。嚴格按照規范要求進行安裝，在安裝閥組或者管路時，要嚴格控制初始密封性能，避免密封件由于安裝不規范而被擠出溝槽或者被磨損。控制好連接螺釘的預緊力，防止表面分離。為了減少管路接頭在工作過程中的振動和沖擊，可在適宜位置安裝減震支架或者使用低沖擊閥來吸收振動和沖擊，盡量減少管路接頭數量和椎管螺紋接頭。做好接頭安裝質量控制，防止結合面和密封面出現滲漏點[2]。

2.3" 做好船舶液壓系統維護工作

由于船舶液壓系統較為復雜，元件精密性高，發生故障的位置比較隱蔽，所以要做好維護保養工作，預防故障的發生，提高設備的使用壽命。首先，要做好液壓系統的清潔維護工作。為了防止液壓油受到污染，要加強對油桶、漏斗、抹布等基礎性器具的整潔度管理。在加油和拆卸安裝元件時，要保證周圍環境的清潔度，避免灰塵、金屬等雜質進入系統內部。其次，做好時效性維護工作。液壓系統在不同階段的故障表現有一定的差異性，可根據不同的故障期采取相應的維護措施，表1為船舶液壓系統在不同階段的故障特征、故障原因和維護方法。最后，實行預防性檢修。為了減少液壓系統泄漏故障，要提前做好預防性檢修工作，及時發現故障隱患，避免安全事故的發生。可采用視情維修和狀態監測維修的方式，根據元件的使用環境，結合以往的運行數據，建立信息化維修系統，在合理的時間節點有針對性地開展維修工作，避免維修不足和維修過剩而對液壓系統的運行產生不良影響[3]。

3" 創建船舶機械液壓系統漏油監測系統

為了更好地防范船舶機械液壓系統漏油故障，可創建漏油監測系統，對液壓系統的運行狀態進行監測，一旦出現漏油征兆，及時采取處理措施，避免漏油故障的發生。隨著液壓技術的發展，液壓系統不斷優化和完善，目前的液壓系統大部分采用非線性系統，特征較為復雜。在計算機技術的支持下，可準確高效地對液壓系統的線性及非線性進行系統仿真，可有效應用于液壓系統漏油監測。下面以船舶風翼回轉液壓系統中換向閥為例，簡要說明液壓系統漏油監測系統的創建過程。

3.1" 液壓系統漏油故障監測系統創建思路

風翼回轉系統主要是控制安裝于船舶甲板上的風翼，是甲板機械的一種。要創建液壓系統漏油監測系統，首先需要對監測對象的工作原理、故障位置、表現形式和故障原因進行分析，然后根據液壓系統的性能需求和工作原理，進行實驗臺設計，再利用相應的軟件建立仿真模型，利用實驗數據對仿真模型進行驗證，最后設計出泄漏故障診斷方法（此處省略對換向閥工作原理、故障特點和實驗臺設計的闡述）。液壓系統在正常工作狀態下如果發生故障，振動、壓力、流量等狀態信息都會發生異常變化，基于液壓系統工作環境特點，主要利用安裝在液壓系統上的流量傳感器和壓力傳感器來采集流量和壓力信號，以此作為漏油故障的特征信號，然后提取出準確有效的故障特征，作為監測系統的故障診斷依據[4]。

3.2" 換向閥泄漏故障仿真

在液壓系統設計階段即可利用計算機和數學建模技術進行仿真建模，利用仿真模型實時分析系統運行狀態的特點，可模擬出系統存在的故障，對系統設計中存在的缺陷進行優化[5]。換向閥泄漏主要是閥芯和閥體間的配合間隙改變導致泄漏，下面主要以0.01、0.02、0.03、0.05、0.1 mm作為配合間隙參數進行仿真，根據仿真數據獲取的圖像如圖2和圖3所示。

3.3" 換向閥故障特征提取

液壓系統在不同的工作狀態下，流量和壓力信號會發生相應的變化，不同的信號變化也會對應不同的故障狀態，基于這種對應關系，利用小波分析理論來提取換向閥泄漏故障特征[6]，根據采集的換向閥在不同間隙下流量信號數據求得的小波包能量熵見表2，為換向閥泄漏故障診斷方法的建立提供依據。

3.4" 換向閥泄漏故障診斷方法的建立

根據信號小波包故障特征的提取方法，可計算出換向閥在不同間隙下的特征量，再利用泄漏量公式和相應的模型可計算出換向閥不同間隙下的泄漏量。將換向閥流量信號和壓力信號的小波熵構造不同故障的隸屬函數，根據最小模糊度原則計算各泄漏模式模糊集和待識別信號模糊集，再利用相應編程即可建立泄漏模式識別，對液壓系統的漏油故障進行監測和診斷。

4" 結束語

液壓系統的維護保養是保證船舶安全高效運行的重要工作，對于液壓系統較為常見的漏油故障，要做好故障原因分析和預防維護工作，減少油液泄漏對海洋生態環境的污染，提高液壓系統運行效率。根據故障特點和船舶航行狀況，合理制定維護保養方案，采用科學的維護方式，提高維護保養效率。利用先進的信息技術和設備構建液壓系統漏油故障診斷系統，通過對油液的實時監控，不僅能夠診斷油液泄漏的故障點，而且能夠提前發出故障預警，降低因為漏油故障造成的經濟損失和安全隱患，提升船舶液壓系統的運行效率。

參考文獻：

[1] 李喜旺，閆志強，李彪.船舶液壓甲板機械故障及維護措施研究[J].船舶物資與市場，2022，30（8）：84-86.

[2] 楊勝濱，崔立忠.船舶液壓系統常見故障及維護對策研究[J].船舶物資與市場，2023，31（6）80-82.

[3] 劉江濤.船舶機械液壓系統中的漏油檢測及因素排除過程[J].船舶物資與市場，2021，29（8）：27-28.

[4] 顧乃祥.液壓樁腿控制系統實現船舶液壓泵站的狀態監測與安全監控[J].技術與市場，2019，26（2）：205-206.

[5] 林馳，陳軍，王波，等.淺析工程船舶動力機械狀態監測與故障診斷現狀及發展[J].中國設備工程，2021（22）：175-177.

[6] 侯遠欣，范久臣.神經網絡PID控制的液壓驅動主動升沉補償預測控制研究[J].機床與液壓，2020，48（16）：145-148，200.

第一作者簡介：邢高舉（1987-），男，工程師。研究方向為機電一體化、設備保障。