液压故障的特点与诊断策略

沙兆群

摘 要：如今我国的军事装备、煤炭电力、机床汽车、航天、港口船舶、冶金矿山等多个领域中都采用了液压系统，并获得了巨大的社会效益与经济效益。液压系统的工作优势与特性是其他系统所无法替代的，其具体存在形式通常是驱动系统与控制装置相结合。由于液压系统比较复杂，所以当出现故障时难以及时找到发生故障的部位并采取相应解决措施，很可能造成严重的经济损失，因此必须引起有关部门的重视。文章分析了液压故障的特点，并探讨了具体的故障诊断策略。

关键词：液压系统 故障特点 诊断策略 驱动系统

中图分类号：TH13 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（a）-0056-02

液压系统由于自身所具备的容易控制、安装灵活、反应快、结构紧凑等优点而被广泛应用于现代化的机械设备中，成为了特大设备中不可替代的一个组成部分。但是因为使用方法错误或设备性能长期不稳定等因素会导致许多故障出现于液压系统中，从而影响设备整体的正常运行。因此相关人员必须充分了解液压知识，深入认识液压系统的规律，从而能够掌握液压故障的特点，并在实际工作中及时发现、诊断与排除液压故障，保证系统正常发挥功能，使故障造成的不良影响尽可能减轻。

1 液压故障的特点

组成液压设备的装置包括电气、液压和机械等，通常情况下并不是某种单一因素引起的故障，而是多种因素共同作用的结果。所以对液压故障进行分析的前提是了解系统中的每个元件及其作用，并以故障现象为依据做出判断，逐个分析引起故障的多个因素，找到主要矛盾，从而有效排除与解决故障。液压故障的特点主要包括以下几方面。

1.1 液压故障的隐蔽性

液压系统进行动力传递时要求密闭管道内的油液具有一定压力能，从外表处无法直接观察到系统的工作状况与元件的内部结构。所以其故障并不像其他系统故障一样直观，而且检测故障并不简单，具有隐蔽性，一般在系统内部液压装置会发生失效或损坏，因为拆装不方便，以及现场检测条件的限制，无法直接观测。

1.2 液压故障的复杂性与多样性

在大多数情况下液压故障并不是由单一原因所引起的，其影响因素较多，这些因素之间也具有一定的联系，会产生相互影响，例如系统压力与要求不符，既可能是中心回转体造成的，也可能是泵造成的，又或者是溢流阀造成的，而且如果泄漏了系统执行元件也会导致系统压力不足，此时应采取措施及时将不存在的原因剔除。另外，同一个原因可能导致液压系统出现不同的故障，比如混入空气较少时会导致压力、流量波动，较多时则会导致泵无法吸油，此时可结合多个症状，判断引发原因。

1.3 液压故障的偶然性

液压系统在实际运行过程中出现的故障种类较多，一些经常出现的故障对于工作人员来说其查看与分析更加容易，而发生频率低的偶然性故障的分析与处理则具有一定难度。由于液压系统中的元件都是精密制造的，偶发性问题很容易出现在一些控制阀芯中，增大了诊断难度。

1.4 使用条件与液压故障关系密切

液压系统被广泛应用于各个领域中，分别处于不同环境中，一些工作环境的钢厂、矿山与灰尘较多，一些环境则水分较多，出现在不同环境中的液压系统故障所具有的特点也不尽相同，这种情况下应将工作环境纳入考虑因素，再分析具体故障原因。

1.5 分析液压故障具有一定难度

因为液压系统的工作介质所处的管路是封闭的，具有不可见性，且其故障具有隐蔽性，造成有关人员不能直接检查或观测，只能采取间接检查方式，以检测仪器作为辅助工具，而且对故障进行逐步排除时需要十分丰富的经验，所以排除故障的难度很大。当现场缺乏检测设备或工作人员缺少经验时，只能通过排除法逐渐诊断故障。另外液压系统逐渐复杂，如果分析能力、识图能力不强，就很难立即找到故障部位，有时必须进行实验或拆卸系统，诊断难度大。

1.6 液压故障容易排除

液压系统的常见故障主要表现为系统发热、振动与噪音、动作故障（起步迟缓、负载速度下降明显、动作方向错误、没有动作、速度与要求不符合）、压力故障（压力损失大、压力调节失灵、压力不稳定、压力不够）等。当确定故障点后，一般通过更换、清洁等方法就能将故障排除，与寻找故障相比十分容易。

2 诊断液压故障的策略

2.1 找到元件、故障间的联系

在加工工艺、功能、结构和原理等不同方面液压装置都具有一定的相似性，例如相似的应用环境、相似的系统数学模型以及变形元件和基型元件的相似。有关工作人员应抓住其相似性的特点，掌握相似的两个事物，对一个事物也有所认识后再对另一个事物有所认识，这样有助于在分析故障时由此及彼，及时发现可能由同一原因引起的不同故障等。虽然条件有限，但是可以采用故障模拟、仿真、类比等方式对与已知事物相类似的另一事物进行认识。以两种事物的相似性为依据，能够使认识过程明显缩短，对新事物的掌握难度也会相应降低。

2.2 大胆假设，小心验证

一些出现于生产过程中的疑难故障通常会使故障分析人员感到无从下手，根本不知道液压系统中的各个参数所处状态是否正常，而且对于可能引起症状的原因、不同原因所导致的各种外在表现都一无所知。为了应对这种情况，在分析故障时应采用试探的方式，一般要求分析人员积极假设可能引发该种故障症状的原因，并设计具有可行性、可操作性的方案验证假设能否成立。通常采用这种假设与分析验证的方式就可以突破难点，排除有可能的原因，并找到引起故障的真正原因。

进行假设时必须保持开阔的思路，这样才能将全部可能的故障点都纳入考虑因素，不会有所遗漏，情况极其复杂时可能需要考察组成系统的全部要素。在验证环节中，找到的证据一定要具有较强的说服力，得出的结论的准确的，假设不能成立或者能够成立，不能是含糊不清的结果。交替进行假设和验证步骤，首先针对症状假设可能的故障点，接着设计并完成实验，逻辑论证，或者拆卸分解系统，观测故障，从而验证假设能否成立。如果已经证实假设并不成立，分析人员就需要再次找到并假设其他可能的故障点，并与之前一样设计实验验证假设，将上述方法不断重复，最终得出发生故障的真正原因。大胆假设，小心验证的方法有效结合了严密的逻辑论证和积极的探索精神，是一种具有科学思维的检验方法，值得在诊断液压故障中进行推广应用。endprint

2.3 划分层次，逐层排除

该方法要求故障分析人员在对问题进行考察时，划分考察对象，使其分层若干个低层次的子系统，接着需要进一步划分每个子系统，直到构成系统的最基本的单元被划分出来、以此为基础对系统中的每个子系统分别进行考察，发现存在问题的子系统后，深入考察该子系统的下一个层次，将存在问题的次级子系统找到后重复以上操作，层层深入，最终找到存在问题的基本单元。该方法通过层次的划分得到不同的子系统，能够将考察范围缩小，原本的考察对象是无法直接观测的，经过划分也能够进行观测，简单化了原本复杂的问题，这种故障分析方法在现场是最常使用的。

液压系统不仅庞大，而且复杂，要直接找到具体的故障位置具有一定难度，盲目搜寻又缺乏科学性，所以正确的方法是逐步深入，找到故障点。划分液压系统层次和划分子系统是逐层深入的前提，所以必须保证划分的合理性与正确性。划分子系统时应有利于隔离各个部分，使不同部分的结构之间界限明确，性能特征等在不同部分间不能重叠，以便充分暴露不同部分自身的状况。系统结构的复杂程度关系着系统层次的划分，而且划分方法还受到系统结构功能特点的影响，特别是连接关系。通常情况下动力部件与若干执行部件会构成复杂的液压系统，主要的几个供油回路构成动力部件，而单向阀、换向阀、溢液阀和泵等则构成了每个回路。一系列的执行回路构成了执行部件，而执行器和压力、速度与方向控制阀构则成了每个回路，各个液压元件也是由不同的零件构成的。液压系统所表现出的某个故障症状所对应的原因可能有很多，分析人员应总结并分类这些原因，从而将不同的故障原因层次划分出来，并明确包含于不同层次中的子系统。可以通过故障书或因果关系图的方式完成故障原因的层次与子系统的划分。

2.4 聚零为整，综合分析

当故障发生于系统之中时，会有多方面的故障原因，它们利用各种途径传播给外界。经历多个环节的故障信息可能反映在与故障点远离的某处。因为液压故障存在交错和重叠的因果关系，在判断时若只从一方面分析则很难得到确切结论。综合多个方面考察系统信息，能使问题的不确定性大大缩小，使故障点分析更加具体。故障特征参量会因为随机性因素而发生漂移，综合分析能够使其影响故障诊断结果的程度尽量减轻。通过多种方式和多种参量分析并判断故障，并综合分析得到的结论，在现场分析液压故障时是必须遵守的重要原则，它将信息理论与系统理论有机结合，并有效应用于液压故障诊断过程中。

分析人员在诊断液压故障时，不仅需要观测系统出现的主要症状，还引发对其他方面的情况进行考察，查看是否存在异常状况，并综合分析各种症状，建立一个信息群，其中包含了所有故障信息。这个群中的每一条信息都是一个问题的说明，当不断增加信息量之后，就可以具体描述和刻画问题，从而显露出相应的答案。由于液压故障的复杂性，有时候也可能存在两个甚至几个表现症状，仅从外部考察它们之间好像不存在任何联系，其实虽然他们表现出的形式不同，本质上却属于同一个故障。面对这种情况，故障分析人员应对症状的本质原因进行分别探索，将每个症状可能的原因都列出来，不同症状的原因中发生重叠的内容一般最有可能是导致故障的原因。如果液压故障机理过于复杂，为了保证得到的结论准确、可靠，一般要采用多种技术手段和方式反复考察同一问题，并有机综合得到的各个结论，从而得到最终结论。故障分析人员在诊断液压故障的过程中，可能会发现一些部件或设备与黑箱类似，此时应及时搜寻相关信息，丰富信息量，逐渐白化黑箱。

2.5 把握关键，有机联系

最近几年，液压设备的发展逐渐出现复杂化趋势，同时存在气、液、电、机系统，如果液压回路中采用了二通插装阀，通常会有许多元件，从开始发信至完成需要经历的协同工作大约会达十个以上，非常复杂。电磁铁动作表、气动系统图、液压原理图和各类电气图等现有设备的计数资料通常比较零散。发生故障时想要理清线索就需要利用图纸，然而图纸数量过多，且有许多内容与故障无关，并不方便查阅。所以必须把握关键部分，忽略其他内容，之后再由此延伸，找出故障原因，这种策略应用的是逻辑分析方法。不能只对系统的物理关系加以注意，应以正常状态下系统的物理关系为基础，对最终完成系统中的动作需要的前提条件进行着重考察，以此为依据判断是否存在故障。某个液压设备功能从动作信号开始发出至执行器最后完成动作的过程中的每个环节都属于逻辑链，另外还包括工作过程中各环节的状态，产生于各环节的输出量，输入能量和信息需要的条件等。对于某个环节来说，通常只有全部的输入量都存在时才会产生输出量。

虽然逻辑链图是抽取自设备原图，但是它也细化了原图纸中关系到功能链的内容。可以用不同的逻辑链图对不同功能进行表示。其具体操作方法是从有关图纸中找到与某个功能有关的各器件或元件，以信息流和能量流前后传递的关系为依据将其重新组合（采用逻辑方框图的方式），将工作过程中各环节的输出量和输入量间的逻辑关系注明，并依据逻辑链图进行延伸，找到具体的故障原因。在发生异常时为了可以尽快发现存在于系统中的问题，应尽早将关键动作的逻辑链编好，并尽可能详细地测试和记录各环节的正常参量，以此为依据分析故障原因。经过具体实践发现，以现场的实际情况为依据，进一步充实、细化、变换、改造设备原有的机械、液压和电气图纸资料有助于诊断故障。

3 结语

液压系统目前在许多重要领域的应用中都处于各系统、设备的重要核心地位，随着科学技术的发展，液压系统的精度提高、功率增大、速度加快，虽然这些优势有利于企业经济效益的提高，但是也在无形之中增大了故障发生率。而且液压故障通常具有分散性、随机性、复杂性、隐蔽性、多样性等特点，诊断故障时具有一定难度。有关人员必须有效分析出各故障间的联系，科学选择诊断技术，结合多种方法，从而对故障进行有效诊断和排除。

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