液压系统故障诊断技术

摘要： 介绍了液压系统中最容易出现故障的两个部分，同时结合井下现场实际情况，提出了几种简单易行的解决办法。

Abstract： Introduces two parts which are the most prone to malfunction in hydraulic system， in combination with the practical situation of underground scene， puts forward several simple solutions.

关键词： 液压系统；故障诊断；解决办法

Key words： hydraulic system；fault diagnosis；solutions

中图分类号：TG502.32 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）09-0026-02

1 液压系统的故障来源

液压系统的故障主要来自两方面，一是构成系统的元件，如液压泵、溢流阀、换向阀等；二是液压系统的工作介质（液压油），其中以液压油污染变质引起的故障发生率最高，而液压油引起的故障中约有90%是由污染颗粒造成的。

2 液压系统的故障特征

2.1 正常情况下液压系统的故障不会突然发生，因为无论是元件磨损、密封件变质、液压油污染都是渐进性的，不发展到一定程度不会造成故障。因此，对液压系统监测流量、压力、振动、温度等参数的变化，实现“状态维修”，使设备经常处于正常状态，具有十分重要的意义。

2.2 液压系统是一个封闭结构，各元件的工作状况不能直接在外界观察，也不便于测量检查，再加上影响液压系统正常工作的原因错综复杂，泵、阀、缸、管路、液压油都可能导致相同的故障现象，所以寻找故障部位的工作比较困难，但同时由于液压元件及其辅助元件都已标准化、系列化、通用化，因此一旦查出故障原因，在更换时相对容易。

3 液压系统的故障诊断参数

目前常用的有以下几种状态信息的特征参数：执行机构的工作状态、压力、流量、振动、噪声、温度、液压油污染。

①执行机构的工作状况：执行机构的速度、运动范围、承载能力等功能参数发生异常变化是设备出现故障的征兆，但是这些诊断参数灵敏度不高，往往液压系统的组成元件已经出现缺陷，设备的这些参数仍然没有出现明显的变化。②压力：压力变化是系统中泵、阀、管路、液压油等出现缺陷的征兆，而且也影响系统的负载能力，所以液压系统一般都安有压力表进行检测，除监测系统的工作压力外，对某些系统还要检测控制压力和回油压力。③流量：流量变化也是系统中泵、阀、管路、液压油等出现缺陷的征兆，而且也影响液压系统运动部分的速度大小和稳定性。但是监测流量非常困难，目前应用很少。④振动和噪声：振动和噪声是液压系统故障的征兆，特别是液压泵性能劣化的主要征兆，而且振动也会影响其他液压元件的使用寿命。⑤温度：液压系统工作时，能量损失转化为热能使系统温度升高，温度过高能量损失过大是液压系统元件和液压油质量下降的征兆。而且温度过高也对液压系统产生许多较显著的不良影响，一旦温度过高（一般在75℃以上），液压油的黏度、润滑性能参数会急剧恶化，密封件使用寿命严重下降，影响设备的正常运行。⑥液压油污染：油中的磨损颗粒、腐蚀产物、煤粉、外界水分和气体以及油中化学成分发生变化都会使液压油发生变质，这不仅是液压系统的故障征兆，也是导致液压系统产生故障的根源。油液中混入的固体微粒直接使运动件的配合面产生磨料磨损，使元件寿命缩短，泄漏增加，甚至出现动作失灵现象；混入的固体颗粒还可能将系统中阻尼孔、阀口、滤网堵塞，使系统不能正常工作。油液化学成分变化使润滑性能下降，密封件损坏。油液中混入空气会使油被乳化，或呈泡沫状使元件不稳定。油液中混入水分会降低油的黏度，导致元件磨损加剧。因此，监测油液污染程度具有十分重要的意义。

4 液压系统故障诊断方法

4.1 简易诊断 液压系统简易诊断是操作者必须经常进行的工作，通常是依靠简单的仪表和操作者的感官经验，根据执行机构的工作状况、泄漏、温度、振动、噪声和液压油质量等的变化作出正常与否的结论，利用这种方法处理故障往往不够准确，处理时间长。

4.2 精密诊断 在熟悉和了解整个系统的工作原理，清楚每个原件与辅件性能和作用的基础上，按功能将液压系统划分成几个区域。在分析故障时，首先应按故障现象的特点确定故障所在的区域，然后按一定顺序在确定的区域内进行查找，严禁盲目拆卸或任意调整，必须调整时（流量、压力、元件行程等可调整部分）一要注意每次只能调整一个变量，以免产生干扰，调整后若故障无变化，则应复位后再进行另一变量的调整；二要注意调整幅度，避免过大或过小，以免产生新的故障；三要注意调整后开动系统的时间不宜太长，以防意外。

一般的液压系统如图1所示可划分为以下几个部分：①油箱部分。包括油箱、油位计、过滤器、冷却器等，这里为系统提供所需要的工作介质，对泵和所有元件的性能及使用寿命都有很大影响。②动力部分。包括液压泵、溢流阀及卸载回路等部分，这是液压系统的心脏，为系统提供所需的能量（一定压力和流量的液压油），从而推动整个液压系统的正常工作。③整个系统的控制部分。包括系统压力、流量控制元件、压力开关等控制整个油路的所有装置。④执行机构控制部分。包括油缸、液压马达等执行机构和他们的专用压力阀、流量控制阀、换向操作阀和安全阀等。控制部分的数量随执行机构的数量而改变，图中2个执行机构相互独立，所以控制部分也是2个。控制部分的复杂程度与执行机构的工作特性相适应，最简单的控制部分只由一个换向阀组成。

例如图1所示系统，当系统故障仅限于某执行机构时，则故障源必在该执行机构的控制部分；若所有执行机构都有相同的故障，则故障源可能在整个控制系统的控制部分，也可能在动力部分或油箱部分，诊断时就应在这三部分按一定顺序查找。当故障缩小到回路的一个部分或一个元件时，有时需要检测元件性能才能确定出故障程度、部位和原因，在此，可以将压力表、流量计、温度计和控制油压的加载阀等检测元件组合在一起，形成一种专门用来测试液压回路的仪器（以下简称测试器）。该测试器的进油口接在被测元件之后，出油口接油箱，对系统中的组件进行分隔测试，逐步判断故障。

现以一个简单的液压系统来具体说明测试器的使用。

图2中液压系统的故障表现形式为负载加大时，液压油缸动作缓慢或不动作。通过故障表现可以判定为某处元件泄漏量大，导致推动活塞的流量不足。为了查出故障部位，需要使用测试器检查液压泵、溢流阀、换向阀、液压缸的泄漏量。①液压泵测试。按图3所示在A处将液压泵与系统断开接入测试器，空载启动电机以额定转速旋转，油液全部经测试器流回油箱，调节测试器的加载阀，使系统压力由空载逐渐上升到系统的额定工作压力（不能超过额定工作压力，因为此时未接溢流阀），如果流量计显示值减少到不能允许的程度，说明液压泵有故障。在检测时还应注意压力表的指针是否存在跳动现象，若有跳动说明液压泵吸油侧液面太低，此时应检查油箱是否油位不够，或过滤器堵塞，吸油管密封不严出现了气穴现象。②溢流阀测试。按图4所示在B处断开后接入测试器，启动电机，先逐渐调节测试器的加载阀，压力表显示的数值为该液压系统溢流阀的调定值时，在溢流阀打开之前，如果测试器流量计显示的数值变化大，就说明故障在溢流阀，此时应进一步检查溢流阀阀芯及阀座有无过度磨损伤痕。③换向控制阀测试。按图5所示在C处断开接入测试器。启动电机逐渐调节测试器加载阀，在溢流阀打开之前，若流量基本保持不变，则换向阀良好，若变化大则说明换向阀处泄漏大，需更换。

5 液压系统的油液监测

由于因液压油出现污染而导致液压系统出现故障的频率也很高，因此对液压油油质进行监控同样具有很重要的意义。目前对液压系统油液进行维护主要是更换新油，当系统运行一段时间后，通过肉眼观察油箱油液比较脏的情况下，将原有油液全部倒出，再彻底清洗油箱和各处阀后倒入新的油液，这种方法工作量大，而且非常滞后，无法实现对油液的实时监控。

为了能够较准确的掌握油液的污染程度，有两种方法可以实施。

5.1 油液取样观察法

5.1.1 斑痕试验法。在一片洁净的过滤纸上（井下也可用干净的普通白纸代替）滴1～3滴使用中的液压油，如中心部浓，周围清澈，并且分界线清晰，则说明油污染度大，油液中大微粒多；如中心部扩展很宽，分界线不清晰，也说明油污染度大，但是油液中小微粒多；如没有中心部分只有扩散部分则说明油液的污染度很小，可以继续使用。

5.1.2 外观检查法。定期将油箱中的油液取样后带到井上，交机电科油液化验室，在玻璃容器中检查油的透明度、污染微粒、气味变化，以此判别油的污染程度，详见表1。由于人眼的能见度下限为40μm，如能用肉眼观察出油液中存有杂质，则说明该油液已经很脏了，必须更换。

5.2 电磁吸附法 在液压系统的某些特定部位，可以在其管路上接入永久性的“T”形三通接头，一端采用磁性旋塞做堵头，定时拆下旋塞可以通过检查上面的吸附微粒来判断油液的污染程度。

以上简单介绍了液压系统中最容易出现故障的两个部分，同时结合井下现场实际情况，提出了几种简单易行的解决办法，望能对缩短我矿液压设备的故障处理时间和降低液压设备故障率有所帮助。

参考文献：

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