液压机械系统的故障诊断技术研究

袁晓义

（重庆钢铁股份有限公司炼铁厂 重庆长寿 401220）

液压机械系统的故障诊断技术研究

袁晓义

（重庆钢铁股份有限公司炼铁厂 重庆长寿 401220）

液压机械系统是由多个装置组合而成的，因而其发生的故障类型也是比较多的。为了保证液压机械系统的正常和安全运行，必须加强对液压机械系统故障诊断技术的研究。本文主要阐述了液压机械系统故障诊断方法。

液压；机械；系统；故障；诊断

引言

随着工业技术的不断发展，液压机械系统被广泛的应用在各行业中。但是液压机械系统产生的故障与其他机械故障不同的是具有较大的隐蔽性和不确定性，因而对其故障进行排查和诊断是比较困难的。为了快速的进行故障诊断，必须加强对液压机械系统的故障诊断技术的研究，保证液压机械系统的正常运行。

1 液压机械系统故障诊断概述

液压系统的故障诊断是指在不拆卸液压设备的情况下，凭观察和仪表测试判断液压设备的故障所在和原因。液压设备的故障是指液压设备的各项技术指标偏离了它的正常状态，如管路和某些元件损坏、漏油、发热、致使设备的工作能力丧失，功率下降，产生振动和噪声增大等。

在使用液压设备时，液压系统可能出现的故障是多种多样的。即使是同一个故障现象，产生故障的原因也不一样，它是许多因素综合影响的结果。特别是新装置的液压设备，在试车时产生的故障现象，其原因更是多方面的。液压系统是一个密闭的系统，各元件的工作状态是看不见，摸不着的。因此，在进行故障诊断时，必须对引起故障的因素逐一分析，注意到其内在联系，找出主要矛盾，这样才能比较容易地排除故障。

液压系统的故障主要是由构成回路的液压元件本身产生的动作不良、系统回路的相互干涉使某元件单体异常动作而产生的。图1所示为液压元件的故障发生率情况，其中油泵的故障率为最大，所以要引起足够重视。

图1 液压元件故障发生率图

液压系统还由于液压油的选用不当和管理不善而造成的故障也非常多。在液压系统的故障中至少有75%是由液压油的污染造成的，而液压油的故障中约有90%是杂质造成的，图2所示为液压系统的故障发生率情况。所以合理地选择、使用、维护、保管液压油是关系到液压设备工作的可靠性、耐久性和工作性能好坏的重要问题，也是减少液压设备出现故障的有力措施。

图2 液压系统故障发生率

当然，液压系统的故障除由元件本身和工作油液的污染引起的以外，还因安装、调试和设计不当等原因引起的也较多。

液压系统的故障诊断，过去一般凭经验，随着液压测试技术的发展，国内外正研制和应用专用的测试仪和设备。如手提式测试器、液压故障诊断器和液压故障检修车等。应用这些专用仪器和设备能在现场很快查出液压元件及系统的故障，并进行排除。

近年来，在液压系统故障诊断与状态监测技术方面取得了较大进展。如利用振动信号、油液光谱分析、油液铁谱分析、超声波泄漏指示器、红外线测试仪等来进行检测的技术，利用微机进行分析处理信号和预报故障的技术等的应用已有不少报道。

2 液压系统常见故障分析

液压系统常见故障有压力故障、动作故障及其他类故障三大类，各类故障的现象及原因各不相同，只有准确查定故障的部位和原因，才可对症下药，迅速排除故障。

2.1 压力类故障

压力是液压系统的两个最基本参数之一，其大小取决于负载。工作压力正常与否在很大程度上决定了液压系统工作性能的优劣。常见的压力故障有系统无压或压力达不到要求、压力不稳定、压力转换滞后、压力调节控制失灵、压力冲击等等。引起压力故障的常见原因有溢流阀（或卸荷阀）故障、系统气穴、液压泵故障、内、外泄漏严重、工作介质污染严重、工作介质粘度不合适、元件选用不当或连接错误等。

2.2 动作类故障

液压系统在工作时经常出现一些不正常的运动状态，如不能动作、爬行、速度控制调节失灵等，这些都称之为动作故障。导致动作不正常的原因很多，必须综合研究予以排除。常见的动作故障现象有启动不正常、不能动作、爬行、执行机构运动速度失常、速度调节控制失灵、动作程序错乱等。引起动作故障的常见原因有液压缸故障、系统气穴、换向阀故障、内、外泄漏严重、工作介质污染严重或粘度不合适、元件选用不当或连接错误以及机械约束等。

2.3 其他类故障

2.3.1 振动和噪声

振动和噪声是液压设备常见的故障之一，而且振动和噪声往往同时出现，给设备的工作带来严重危害。引起振动和噪声故障的原因是十分复杂的。不但设备的机械、电器、液压系统都可以引起振动和噪声，就是在液压系统内部，几乎每个环节、部位都可以引起振动和噪声。如系统气穴引起振动和噪声，系统内液压泵、液压马达、各种控制阀等元件本身质量不好引起振动和噪声，控制阀失灵引起振动和噪声。因此，分析处理这种故障是比较困难的。

2.3.2 油温过高

液压系统是以液体为工作介质实现能量的转换和传递，液压油是主要的工作介质。为了保证设备的正常工作和液压系统工作的品质，设备工作时工作介质的温度应保持在一定范围之内。一般的液压系统，液压油的温度不应超过60℃。但在实际工作中，由于油液流动时粘性摩擦产生的压力损失，由于泄漏产生的容积损失和压力损失，由于相对运动件摩擦产生的机械损失，这些能量损失都将转化为热能，使液压系统温度升高。所以如果散热效果不好，工作油液的温度就会超出要求的范围，形成油温过高的故障。油温升高，是系统内能量损失所产生热量引起的。设备的机械装置、液压系统、工作负荷，都可以引起油温的升高。

2.3.3 泄漏故障

泄漏是油液在压力作用下，经由非工作通道，流向压力较低区域的过程，所以引起泄漏故障的主要因素是：油液粘度过低；系统压力过高；局部部位的不合理结构；密封不良等。

2.3.4 液压系统污染

液压系统的污染主要是工作介质的污染，工作介质在系统工作时起到传递能量的作用，保持其良好的使用性能，对保证液压系统正常工作是非常重要的。实际上，由于系统设计、制造和使用维护方面的问题，工作介质经常会受到污染而使其性能恶化，进而对系统工作产生影响，液压系统所发生的故障中很多是因工作介质污染所致。

3 液压机械系统故障诊断技术

要实现预知维修，必须采用状态监测技术。即用各种传感器、有关仪器仪表及计算机组成测试系统，通过有关参数的显示、对比随时了解系统的运行状态、系统及元件的技术状态，判别故障部位，实现自动报警及自动停机等。但是，采用这种精密诊断及状态监测技术费用较高，一般的液压系统目前尚不宜采用。目前适用于一般液压系统故障诊断的方法主要有“四觉”诊断法、液压系统图分析检测法和用液压系统测试仪诊断法。

3.1 “四觉”诊断法

利用操作、维护人员的触觉、视觉、听觉和嗅觉来判断液压系统的故障，这是目前现场取得液压故障信息的简单方法。触觉诊断是用手来摸液压泵等元件的外壳是否烫手，摸执行元件运动时及管路的振动情况。视觉诊断是通过观察看各测点压力表、真空表、油温计的数值是否正常；看回转机构能否回转或回转是否缓慢无力、回转停止时是否有滑移现象；看行走机构能否行走或行走是否无力，是否向一侧跑偏；看执行油缸是否推力不足；看油箱油位是否正常，油液表面是否有泡沫、是否污染；看是否有外泄漏等。听觉诊断是听液压泵和液压马达的噪声是否过大，溢流阀是否有尖叫声，换向时的冲击声是否过大；听是否有气蚀产生的异常声；听泵是否有内部零件损坏而引起的敲击声。嗅觉诊断可判别油液变质及液压泵烧结等故障。上述诊断方法还会由于每个人的感觉不同、判断能力的差异而得出不同的诊断结果，而且只是定性分析。若要确定真正的故障原因，还得要拆下有关元件，上试验台进行测试。

3.2 仪表测量检查法

测试仪主要用于液压系统的故障诊断，可在一个检测点同时读出压力、流量。能测试系统中动力元件、控制元件和执行元件的性能与工况，可迅速查找出故障部位。测试仪主要由压力表、安全阀、卸荷阀、模拟加载的负荷阀和流量计组成的。其测试原理是将测试仪串接在回路中，断开原来的主油路，使压力油经过测试仪回到油箱，通过逐渐加载读出测试点的压力和流量，然后与额定流量进行比较，来确定被测部位的性能。在一般的现场检测中，由于液压系统的故障往往表现为压力不足，容易察觉；而流量的检测则比较困难，流量的大小只可通过执行元件动作的快慢作出粗略的判断。

3.3 原理推理法

液压系统基本上都是利用不同的液压元件，按照液压系统回路组合匹配而成的。当出现故障现象时可据此进行分析推理，初步判断出故障的部位和原因，予以排除。对于现场液压系统的故障，可根据液压系统的工作原理，按照动力元件→控制元件→执行元件的顺序在系统图上正向推理分析故障原因。根据系统工作原理，要掌握一些规律或常识：①分析故障过程是渐变还是突变，如果是渐变，一般是由于磨损导致原始尺寸与配合的改变而丧失原始功能；如果是突变，往往是零部件突然损坏所致，如弹簧折断、密封件损坏、运动件卡死或污物堵塞等。②要分清是易损件还是非易损件，或是处于高频重载下的运动件，或者为易发生故障的液压元件。而处于低频、轻载或基本相对静止的元件，则不易发生故障。

4 结语

液压系统在运行过程中若出现故障，将会导致整台设备无法正常工作，甚至使整条生产线停产。因此，必须重视液压系统故障的分析与排除。液压设备是由机械、液压、电气、仪表等装置有机地组合而成的统一体，系统的故障分析也是由各方面因素综合影响的一个复杂问题。所以，在分析液压故障之前必须先弄清楚整个液压系统的传动原理、结构特点，然后根据故障现象进行分析、判断，逐步深入，最后准确地确定故障部位和原因并采取有效的对策。

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TH137

A

1004-7344（2016）20-0260-02

2016-6-8

袁晓义（1965-），男，高级工程师，本科，主要从事冶金设备管理工作。