常见液压系统故障诊断的实用方法

　　摘要针对现今广泛应用的液压传动系统故障诊断的困难性，提出一种简便、实用的故障诊断方法。此法通过对系统参数的定量检测和逻辑分析，大大提高了系统故障诊断的科学性、快速性和准确性，降低了对维修人员的技术水平要求。大量实验表明，此法较传统的故障诊断方法效率大大提高，装拆工作量大大减少，具有较高的实用推广价值。
　　引言
　　液压传动系统由于其独特的优点，即具有广泛的工艺适应性、优良的控制性能和较低廉的成本，在各个领域中获得愈来愈广泛的应用。但由于客观上元、辅件质量不稳定和主观上使用、维护不当，且系统中各元件和工作液体都是在封闭油路内工作，不象机械设备那样直观，也不象电气设备那样可利用各种检测仪器方便地测量各种参数,液压设备中，仅靠有限几个压力表、流量计等来指示系统某些部位的工作参数，其他参数难以测量，而且一般故障根源有许多种可能，这给液压系统故障诊断带来一定困难。
　　在生产现场，由于受生产计划和技术条件的制约，要求故障诊断人员准确、简便和高效地诊断出液压设备的故障；要求维修人员利用现有的信息和现场的技术条件，尽可能减少拆装工作量，节省维修工时和费用，用最简便的技术手段，在尽可能短的时间内，准确地找出故障部位和发生故障的原因并加以修理，使系统恢复正常运行，并力求今后不再发生同样故障。
　　1、液压系统故障诊断的一般原则
　　正确分析故障是排除故障的前提，系统故障大部分并非突然发生，发生前总有预兆，当预兆发展到一定程度即产生故障。引起故障的原因是多种多样的，并无固定规律可寻。统计表明，液压系统发生的故障约90%是由于使用管理不善所致为了快速、准确、方便地诊断故障，必须充分认识液压故障的特征和规律，这是故障诊断的基础。
　　以下原则在故障诊断中值得遵循：
　　（1）首先判明液压系统的工作条件和外围环境是否正常需首先搞清是设备机械部分或电器控制部分故障，还是液压系统本身的故障，同时查清液压系统的各种条件是否符合正常运行的要求。
　　（2）区域判断根据故障现象和特征确定与该故障有关的区域，逐步缩小发生故障的范围，检测此区域内的元件情况，分析发生原因，最终找出故障的具体所在。
　　（3）掌握故障种类进行综合分析根据故障最终的现象，逐步深入找出多种直接的或间接的可能原因，为避免盲目性，必须根据系统基本原理，进行综合分析、逻辑判断，减少怀疑对象逐步逼近,最终找出故障部位。
　　（4）故障诊断是建立在运行记录及某些系统参数基础之上的。建立系统运行记录，这是预防、发现和处理故障的科学依据；建立设备运行故障分析表，它是使用经验的高度概括总结，有助于对故障现象迅速做出判断；具备一定检测手段，可对故障做出准确的定量分析。
　　（5）验证可能故障原因时，一般从最可能的故障原因或最易检验的地方开始，这样可减少装拆工作量，提高诊断速度。
　　2、故障诊断方法
　　目前查找液压系统故障的传统方法是逻辑分析逐步逼近断。此法的基本思路是综合分析、条件判断。即维修人员通过观察、听、触摸和简单的测试以及对液压系统的理解，凭经验来判断故障发生的原因。当液压系统出现故障时，故障根源有许多种可能。采用逻辑代数方法，将可能故障原因列表，然后根据先易后难原则逐一进行逻辑判断，逐项逼近，最终找出故障原因和引起故障的具体条件。
　　此法在故障诊断过程中要求维修人员具有液压系统基础知识和较强的分析能力，方可保证诊断的效率和准确性。但诊断过程较繁琐，须经过大量的检查，验证工作，而且只能是定性地分析，诊断的故障原因不够准确。为减少系统故障检测的盲目性和经验性以及拆装工作量，传统的故障诊断方法已远不能满足现代液压系统的要求。
　　近年来，随着液压系统向大型化、连续生产、自动控制方向发展，又出现了多种现代故障诊断方法。如铁谱技断，可从油液中分离出来的各种磨粒的数量、形状、尺寸、成分以及分布规律等情况，及时、准确地判断出系统中元件的磨损部位、形式、程度等。而且可对液压油进行定量的污染分析和评价，做到在线检测和故障预防。再如基于人工智能的专家诊断系断，它通过计算机模仿在某一领域内有经验专家解决问题的方法。将故障现象通过人机接口输入计算机，计算机根据输入的现象以及知识库中的知识，可推算出引起故障的原因，然后通过人机接口输出该原因，并提出维修方案或预防措施。这些方法给液压系统故障诊断带来广阔的前景，给液压系统故障诊断自动化奠定了基础。但这些方法大都需要昂贵的检测设备和复杂的传感控制系统和计算机处理系统，有些方法研究起来有一定困难。目前不适应于现场推广使用。下面介绍一种简单、实用的液压系统故障诊断方法。
　　2.1基于参数测量的故障诊断系统
　　一个液压系统工作是否正常，关键取决于两个主要工作参数即压力和流量是否处于正常的工作状态，以及系统温度和执行器速度等参数的正常与否。液压系统的故障现象是各种各样的，故障原因也是多种因素的综合。同一因素可能造成不同的故障现象，而同一故障又可能对应着多种不同原因。例如：油液的污染可能造成液压系统压力、流量或方向等各方面的故障，这给液压系统故障诊断带来极大困难。
　　参数测量法诊断故障的思路是这样的，任何液压系统工作正常时，系统参数都工作在设计和设定值附近，工作中如果这些参数偏离了预定值，则系统就会出现故障或有可能出现故障。即液压系统产生故障的实质就是系统工作参数的异常变化。因此当液压系统发生故障时，必然是系统中某个元件或某些元件有故障，进一步可断定回路中某一点或某几点的参数已偏离了预定值。这说明如果液压回路中某点的工作参数不正常，则系统已发生了故障或可能发生了故障，需维修人员马上进行处理。这样在参数测量的基础上，再结合逻辑分析法，即可快速、准确地找出故障所在。参数测量法不仅可以诊断系统故障，而且还能预报可能发生的故障，并且这种预报和诊断都是定量的，大大提高了诊断的速度和准确性。这种检测为直接测量，检测速度快，误差小，检测设备简单，便于在生产现场推广使用。适合于任何液压系统的检测。测量时，既不需停机，又不损坏液压系统，几乎可以对系统中任何部位进行检测，不但可诊断已有故障，而且可进行在线监测、预报潜在故障。
　　2.1.1参数测量法原理
　　只要测得液压系统回路中所需任意点处工作参数，将其与系统工作的正常值相比较，即可判断出系统工作参数是否正常，是否发生了故障以及故障的所在部位。
　　液压系统中的工作参数，如压力、流量、温度等都是非电物理量，用通用仪器采用间接测量法测量时，首先需利用物理效应将这些非电量转换成电量，然后经放大、转换和显示等处理，被测参数则可用转换后的电信号代表并显示。由此可判断液压系统是否有故障。但这种间接测量方法需各种传感器，检测装置较复杂，测量结果误差大、不直观，不便于现场推广使用。
本人通过多年的教学和生产实践，设计出一种简单、实用的液压系统故障检测回路。检测回路通常和被检测系统并联连接，此连接需在被测点设置的双球阀三通接头，它主要用于对系统进行不拆卸检测。它对液压系统所需点的各种参数进行直接的快速检测，不需任何传感器，它可同时检测系统中的压力、流量和温度三个参数，而执行器的速度和转速则可通过测量出口流量的方法计算得到。例如：只要在泵出口及执行器进、出口安装双球阀三通，则通过测量1、2、3三点的压力、流量及温度值，则可立刻诊断出故障所在的大致部位（泵源、控制传动部分或执行器部分）。增加参数检测点，则可缩小故障发生区域。
　　系统正常工作时，阀门1开启，2关闭，检测口罩上防尘罩，以防污染。检测时，只要将检测回路与检测口接通，即旋紧活接头螺纹并打开阀门2。通过调节阀门1和溢流阀7即可方便地测出压力、流量、温度、速度等参数。但要求系统配管时，将双球阀三通在需检测系统参数的部位当作接管或弯管接头来配置。
　　1,2.截止球阀3,8.软管4.压力表5.流量计
　　6.温度计7.溢流阀9.过滤器
　　2.1.2参数测量方法
　　第1步：测压力，首先将检测回路的软管接头与双球阀三通螺纹接口旋紧接通。打开球阀2，关死溢流阀7，切断回油通道，这时从压力表4上可直接读出所测点的压力值（为系统的实际工作压力）。
　　第2步：测流量和温度——慢慢松开溢流阀7手柄，再关闭球阀1。重新调整溢流阀7，使压力表4读数为所测压力值，此时流量计5读数即为所测点的实际流量值。同时温度计6上可显示出油液温度值。
　　第3步：测转速（速度）——不论泵、马达或缸其转速或速度仅取决于两个因素，即流量和它本身的几何尺寸（排量或面积），所以只要测出马达或缸的输出流量（对泵为输入流量），除以其排量或面积即得到转速或速度值。
　　2.2参数测量法实例
　　此系统在调试中出现以下现象：泵能工作，但供给合模缸和注射缸的高压泵压力上不去（压力调至8.0Mpa左右，再无法调高），泵有轻微的异常机械噪声，水冷系统工作，油温、油位均正常，有回油。
　　从回路分析故障有以下可能原因：
　　（1）溢流阀故障。可能原因：调整不正确，弹簧屈服，阻尼孔堵塞，滑阀卡住。
　　（2）电液换向阀或电液比例阀故障。可能原因：复位弹簧折断，控制压力不够，滑阀卡住，比例阀控制部分故障。
　　（3）液压泵故障。可能原因：泵转速过低，叶片泵定子异常磨损，密封件损坏，泵吸入口进入大量空气，过滤器严重堵塞。
故障诊断方法：
　　（1）应用传统的逻辑分析逐步逼近法。需对以上所有可能原因逐一进行分析判断和检验，最终找出故障原因和引起故障的具体元件。此法诊断过程繁琐，须进行大量的装拆、验证工作，效率低，工期长，并且只能是定性分析，诊断不够准确。
　　（2）应用基于参数测量的故障诊断系统。只需在系统配管时，在泵的出口a、换向阀前b及缸的入口c三点设置双球阀三通，则利用故障诊断检测回路，在几秒钟内即可将系统故障限制在某区域内并根据所测参数值诊断出故障所在。检测过程如下：
　　（a）将故障诊断回路与检测口a接通，打开球阀2并旋松溢流阀7，再关死球阀1，这时调节溢流阀7即可从压力表4上观察泵的工作压力变化情况，看其是否能超过8.0Mpa并上升至所需高压值。若不能则说明是泵本身故障，若能说明不是泵故障，则应继续检测。
　　（b）若泵无故障，则利用故障诊断回路检测b点压力变化情况。若b点工作压力能超过8.0Mpa并上升至所需高压值，则说明系统主溢流阀工作正常，需继续检测。
　　若溢流阀无故障，则通过检测c点压力变化情况即可判断出是否换向阀或比例阀故障。
　　通过检测最终故障原因是叶片泵内漏严重所引起。拆卸泵后方知，叶片泵定子由于滑润不良造成异常磨损，引起内漏增大，使系统压力提不高，进一步发现是由于水冷系统的水漏入油中造成油乳化而失去润滑作用引起的。
　　3结论
　　参数测量法是一种实用、新型的液压系统故障诊断方法，它与逻辑分析法相结合，大大提高了故障诊断的快速性和准确性。首先这种测量是定量的，这就避免了个人诊断的盲目性和经验性，诊断结果符合实际。其次故障诊断速度快，经过几秒到几十秒即可测得系统的准确参数，再经维修人员简单的分析判断即得到诊断结果。再者此法较传统故障诊断法降低系统装拆工作量一半以上。
　　此故障诊断检测回路具有以下功能：
　　（1）能直接测量并直观显示液流流量、压力和温度，并能间接测量泵、马达转速。
　　（2）可以利用溢流阀对系统中被测部分进行模拟加载，调压方便、准确；为保证所测流量准确性，可从温度表直接观察测试温差（应小于±3℃）。
　　（3）适应于任何液压系统，且某些系统参数可实现不停车检测。
　　（4）结构轻便简单，工作可靠，成本低廉，操作简便。
　　这种检测回路将加载装置和简单的检测仪器结合在一起，可做成便携式检测仪，测量快速、方便、准确，适于在现场推广使用。它为检测、预报和故障诊断自动化打下基础。