船舶機(jī)械液壓系統(tǒng)漏油故障處理及監(jiān)測方法研究

摘" 要：液壓系統(tǒng)因其廣泛的工藝適應(yīng)性和較強(qiáng)控制性能等優(yōu)點(diǎn)，在船舶甲板機(jī)械的操縱和控制中應(yīng)用較為廣泛，比如舵機(jī)、錨機(jī)、絞車、起貨機(jī)和艙口蓋等。但因其工作環(huán)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(fā)生故障，漏油是液壓系統(tǒng)較為常見的故障之一，且泄露位置較為隱蔽，情況復(fù)雜，是液壓系統(tǒng)故障診斷和維護(hù)保養(yǎng)的重要難點(diǎn)。從液壓系統(tǒng)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(fā)生率，建立液壓系統(tǒng)漏油故障監(jiān)測診斷系統(tǒng)，可減少因漏油造成的海洋污染，進(jìn)一步提升船舶航行的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：船舶;液壓系統(tǒng);漏油;故障監(jiān)測;診斷系統(tǒng)

中圖分類號：U672" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)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(tǒng)主要是利用流體作為介質(zhì)，通過改變壓強(qiáng)增大作用力的方式完成能量的轉(zhuǎn)變和傳送。液壓系統(tǒng)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(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以在船舶機(jī)械裝置中應(yīng)用較為廣泛。但是液壓系統(tǒng)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(huán)境，所以對液壓系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)是船舶維護(hù)工作的重要內(nèi)容。系統(tǒng)受到污染是引發(fā)故障的重要原因，所以污染和防護(hù)處理是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時優(yōu)先考慮的問題。但是船舶甲板機(jī)械的液壓設(shè)備工作環(huán)境比較惡劣，且在船舶航行過程中液壓系統(tǒng)需要始終保持高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，直接增加了液壓系統(tǒng)的故障頻率。漏油是液壓系統(tǒng)較為常見的故障，油液泄漏不僅會對海洋生態(tài)環(huán)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(tǒng)漏油的故障診斷和預(yù)防是船舶維護(hù)保養(yǎng)工作的重點(diǎn)。受到液壓系統(tǒng)工作原理和結(jié)構(gòu)的影響，工作液體都是在封閉的油路內(nèi)工作，發(fā)生故障的位置一般較為隱蔽，且原因較為復(fù)雜，故障不易察覺，這是液壓系統(tǒng)漏油故障診斷的難點(diǎn)所在。通過對漏油故障的原因進(jìn)行分析，可做好相應(yīng)的故障預(yù)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(diǎn)，提高維修工作效率。

1" 船舶機(jī)械液壓系統(tǒng)漏油原因

1.1" 液壓系統(tǒng)漏油類型

液壓系統(tǒng)漏油主要有內(nèi)漏和外漏2種形式，內(nèi)漏主要是在液壓系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)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(xiàn)象較為常見，高低壓腔的做功容積效應(yīng)降低，直接影響到液壓系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和操控的精準(zhǔn)性。外漏主要是在液壓系統(tǒng)的管道和密封部位出現(xiàn)滲漏點(diǎn)，系統(tǒng)內(nèi)部的液壓油滲漏到系統(tǒng)外表面，系統(tǒng)內(nèi)部由于油液缺失會降低工作成效，對其他設(shè)備可能產(chǎn)生侵蝕，還會造成海洋生態(tài)污染。

1.2" 設(shè)計(jì)及制造的質(zhì)量缺陷

液壓系統(tǒng)使用的元件對精度有較高的要求，在設(shè)計(jì)和制造過程中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，都可能導(dǎo)致泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。在液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不僅需要承受壓力帶來的荷載，還會因?yàn)榱悴考g的相互碰撞和擠壓而出現(xiàn)變形和磨損（如圖1（a）和圖1（b）所示）。如果在設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)存在質(zhì)量缺陷，是液壓系統(tǒng)漏油故障面臨的最大隱患，比如為了節(jié)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(fēng)險。在制造環(huán)節(jié)如果對元件的加工精度控制不嚴(yán)，在系統(tǒng)運(yùn)行時可能會出現(xiàn)摩擦阻力過大或者密封不嚴(yán)等現(xiàn)象，面臨漏油隱患。

1.3" 安裝維護(hù)不規(guī)范

液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為精密，需要嚴(yán)格按照圖紙要求安裝操作，并且做好系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)工作，安裝失誤和維護(hù)保養(yǎng)不到位是導(dǎo)致漏油的常見原因。液壓系統(tǒng)在運(yùn)行過程中液體介質(zhì)會不停流動，在壓力的作用下系統(tǒng)內(nèi)部會出現(xiàn)沖擊和振動，如果安裝時沒有嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，可能導(dǎo)致管道接頭松動而出現(xiàn)油液泄漏。動密封件和配合件相互磨損會導(dǎo)致間隙過大，從而出現(xiàn)油液泄漏。在液壓系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)工作中，沒有及時發(fā)現(xiàn)零部件磨損或者接頭松動等問題，同樣也會出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

1.4" 其他原因

液壓系統(tǒng)泄漏的原因較多，除了以上原因，還有油溫過高導(dǎo)致密封件變形，液壓油污染，檢修拆卸不規(guī)范以及人為操作不當(dāng)?shù)仍颉Ｔ诠收项A(yù)防和維護(hù)保養(yǎng)工作中，還需要根據(jù)故障表征和以往經(jīng)驗(yàn)綜合判斷，然后做出相應(yīng)的決策。

2" 機(jī)械液壓系統(tǒng)漏油的防范措施

2.1" 加強(qiáng)設(shè)計(jì)及制造質(zhì)量控制

加強(qiáng)對液壓元件在設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，可從源頭上做好液壓系統(tǒng)漏油的防范措施。無論是新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，還是老產(chǎn)品的改造，都要根據(jù)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行原理選用優(yōu)質(zhì)材料，嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)和制造時的精準(zhǔn)度。比如，對于動密封件的設(shè)計(jì)而言在保證精確性的基礎(chǔ)上，還要延長使用壽命。設(shè)計(jì)時要考慮消除活塞桿和驅(qū)動軸密封件上的側(cè)載荷，避免側(cè)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(zhì)進(jìn)入油液，可使用防塵圈、防護(hù)罩等元件保護(hù)活塞桿，同時設(shè)計(jì)過濾裝置防止灰塵在油液中累積，做好動密封件的防護(hù)設(shè)計(jì)[1]。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致配合表面出現(xiàn)間隙而受到磨損，在制造過程中嚴(yán)格控制密封件的加工精度。設(shè)計(jì)時還要考慮整個系統(tǒng)運(yùn)行時的溫度變化，避免油溫過高而引發(fā)密封件變形，選用適宜的液壓油。

2.2" 嚴(yán)格按照規(guī)范要求安裝

液壓系統(tǒng)元件在運(yùn)輸過程中，要做好防護(hù)措施，避免元件因?yàn)檎駝雍涂呐龅瘸霈F(xiàn)表面劃痕和變形，從而影響安裝質(zhì)量。在元件進(jìn)場安裝前，要做好元件的質(zhì)量檢測工作，嚴(yán)禁使用不合格產(chǎn)品。嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行安裝，在安裝閥組或者管路時，要嚴(yán)格控制初始密封性能，避免密封件由于安裝不規(guī)范而被擠出溝槽或者被磨損。控制好連接螺釘?shù)念A(yù)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(shù)量和椎管螺紋接頭。做好接頭安裝質(zhì)量控制，防止結(jié)合面和密封面出現(xiàn)滲漏點(diǎn)[2]。

2.3" 做好船舶液壓系統(tǒng)維護(hù)工作

由于船舶液壓系統(tǒng)較為復(fù)雜，元件精密性高，發(fā)生故障的位置比較隱蔽，所以要做好維護(hù)保養(yǎng)工作，預(yù)防故障的發(fā)生，提高設(shè)備的使用壽命。首先，要做好液壓系統(tǒng)的清潔維護(hù)工作。為了防止液壓油受到污染，要加強(qiáng)對油桶、漏斗、抹布等基礎(chǔ)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(huán)境的清潔度，避免灰塵、金屬等雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部。其次，做好時效性維護(hù)工作。液壓系統(tǒng)在不同階段的故障表現(xiàn)有一定的差異性，可根據(jù)不同的故障期采取相應(yīng)的維護(hù)措施，表1為船舶液壓系統(tǒng)在不同階段的故障特征、故障原因和維護(hù)方法。最后，實(shí)行預(yù)防性檢修。為了減少液壓系統(tǒng)泄漏故障，要提前做好預(yù)防性檢修工作，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，避免安全事故的發(fā)生。可采用視情維修和狀態(tài)監(jiān)測維修的方式，根據(jù)元件的使用環(huán)境，結(jié)合以往的運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立信息化維修系統(tǒng)，在合理的時間節(jié)點(diǎn)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(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響[3]。

3" 創(chuàng)建船舶機(jī)械液壓系統(tǒng)漏油監(jiān)測系統(tǒng)

為了更好地防范船舶機(jī)械液壓系統(tǒng)漏油故障，可創(chuàng)建漏油監(jiān)測系統(tǒng)，對液壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，一旦出現(xiàn)漏油征兆，及時采取處理措施，避免漏油故障的發(fā)生。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)不斷優(yōu)化和完善，目前的液壓系統(tǒng)大部分采用非線性系統(tǒng)，特征較為復(fù)雜。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，可準(zhǔn)確高效地對液壓系統(tǒng)的線性及非線性進(jìn)行系統(tǒng)仿真，可有效應(yīng)用于液壓系統(tǒng)漏油監(jiān)測。下面以船舶風(fēng)翼回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)中換向閥為例，簡要說明液壓系統(tǒng)漏油監(jiān)測系統(tǒng)的創(chuàng)建過程。

3.1" 液壓系統(tǒng)漏油故障監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)建思路

風(fēng)翼回轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要是控制安裝于船舶甲板上的風(fēng)翼，是甲板機(jī)械的一種。要創(chuàng)建液壓系統(tǒng)漏油監(jiān)測系統(tǒng)，首先需要對監(jiān)測對象的工作原理、故障位置、表現(xiàn)形式和故障原因進(jìn)行分析，然后根據(jù)液壓系統(tǒng)的性能需求和工作原理，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計(jì)，再利用相應(yīng)的軟件建立仿真模型，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證，最后設(shè)計(jì)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(diǎn)和實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計(jì)的闡述）。液壓系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下如果發(fā)生故障，振動、壓力、流量等狀態(tài)信息都會發(fā)生異常變化，基于液壓系統(tǒng)工作環(huán)境特點(diǎn)，主要利用安裝在液壓系統(tǒng)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(zhǔn)確有效的故障特征，作為監(jiān)測系統(tǒng)的故障診斷依據(jù)[4]。

3.2" 換向閥泄漏故障仿真

在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段即可利用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)建模技術(shù)進(jìn)行仿真建模，利用仿真模型實(shí)時分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的特點(diǎn)，可模擬出系統(tǒng)存在的故障，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的缺陷進(jìn)行優(yōu)化[5]。換向閥泄漏主要是閥芯和閥體間的配合間隙改變導(dǎo)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(shù)進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)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(tǒng)在不同的工作狀態(tài)下，流量和壓力信號會發(fā)生相應(yīng)的變化，不同的信號變化也會對應(yīng)不同的故障狀態(tài)，基于這種對應(yīng)關(guān)系，利用小波分析理論來提取換向閥泄漏故障特征[6]，根據(jù)采集的換向閥在不同間隙下流量信號數(shù)據(jù)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(jù)。

3.4" 換向閥泄漏故障診斷方法的建立

根據(jù)信號小波包故障特征的提取方法，可計(jì)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(yīng)的模型可計(jì)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(gòu)造不同故障的隸屬函數(shù)，根據(jù)最小模糊度原則計(jì)算各泄漏模式模糊集和待識別信號模糊集，再利用相應(yīng)編程即可建立泄漏模式識別，對液壓系統(tǒng)的漏油故障進(jìn)行監(jiān)測和診斷。

4" 結(jié)束語

液壓系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)是保證船舶安全高效運(yùn)行的重要工作，對于液壓系統(tǒng)較為常見的漏油故障，要做好故障原因分析和預(yù)防維護(hù)工作，減少油液泄漏對海洋生態(tài)環(huán)境的污染，提高液壓系統(tǒng)運(yùn)行效率。根據(jù)故障特點(diǎn)和船舶航行狀況，合理制定維護(hù)保養(yǎng)方案，采用科學(xué)的維護(hù)方式，提高維護(hù)保養(yǎng)效率。利用先進(jìn)的信息技術(shù)和設(shè)備構(gòu)建液壓系統(tǒng)漏油故障診斷系統(tǒng)，通過對油液的實(shí)時監(jiān)控，不僅能夠診斷油液泄漏的故障點(diǎn)，而且能夠提前發(fā)出故障預(yù)警，降低因?yàn)槁┯凸收显斐傻慕?jīng)濟(jì)損失和安全隱患，提升船舶液壓系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

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第一作者簡介：邢高舉（1987-），男，工程師。研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化、設(shè)備保障。