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2021-10-09 by Jun Tai
一、液壓系統的故障特征
1. 液壓設備不同運行階段的故障
1) 試制液壓設備調試階段的故障
液壓設備調試階戰的故障率較高。其特征是設計、制造、安裝等質量問題交叉在一起。除了機械、電氣的問題以外，液壓系統常發生的故障有:
（1）外泄漏嚴重，主要發生在接頭和有關元件的端蓋連接處。
（2）執行元件運動速度不隱定。
（3）液壓閥的閥芯卡死或運動不靈活，導致執行元件動作失靈。有時發現液壓閥的閥芯方向裝反，要特別注意二位但電控電磁閥。
（4）壓力控制元件的阻尼小孔堵塞，造成壓力不穩定。
（5）閥類元件漏裝彈簧、密封件，造成控制失靈。有時出現管路接錯而使系統動作錯亂。
（6）液壓系統設計不完善。液壓元件選擇不當，造成系統發熱、執行元件同步精度低等故障現象。
2）液壓設備運行初期的故障
液壓設備經過調試階段后。便進入正常出產運行階段。此階段故障恃征是：
管接頭因振動而松脫。
密封件質量差，或由于裝配不當而被損傷，造成泄漏。
管道或液壓元件油道內的毛刺、型砂、切屑等污物在油液的沖擊下脫落，堵塞阻尼孔或過濾器，造成壓力和速度不穩定。
由于負荷大或外界環境散熱條件差·使油液溫度過高，引起泄漏，導致壓力和速度的變化。
3）液壓設備運行中期的故障
液壓設備運行到中期，屬于正常磨損階段，故障率最低，這個階段液壓系統運行狀態最佳。但應特別注意定期更換液壓油、控制油液的污染。
4）液壓設備運行后期的故障
液壓設備運行到后期，液壓元件因工作頻率和負荷的差異，易損件先后開始正常性的超差磨損。此階段故障率較高，泄漏增加，效率降低。針對這一狀況，要對液壓元件進行全面檢驗，對已失效的液壓元件應進行修理或更換。以防止液壓設備不能運行而被迫停產。
2. 突發性故障
這類故障多發生在液壓設備運行初期和后期。故障的特征是突發性，故障發生的區域及產生原因較為明顯。如發生碰撞，元件內彈簧突然折斷，管道破裂，異物堵塞管路通道，密封件損壞等故障現象。
突發性故障往往與液壓設備安裝不當、維護不良有直接關系。有時由于操作錯誤也會發生破壞性故障。防止這類故障的主要措施是加強設備日常管理維護，嚴格執行崗位責任制，以及加強操作人員的業務培訓。
二、液壓系統的故障診斷步驟1.查找故障液壓元件的步驟
液壓系統的故障有時是系統中某個元件產生故障造成的，因此，首先需要把出了故障的元件找出來，根據圖3-1列出的步驟進行檢查，就可以找出液壓系統中產生故障的元件。
第一步：液壓傳動設備運轉不正常,例如,沒有運動,運動不穩定,運動方向不正確,運動速度不符合要求，動作順序錯亂，輸出力不穩定，泄漏嚴重，爬行等。無論是什么原因，都可以歸納為：流量、壓力和方向三大問題。
第二步：審校液壓回路圖，并檢查每個液壓元件，確認它的性能和作用，初步評定其質量狀況。
第三步：列出與故障相關的元件清單，逐個進行分析。進行這一步時，一要充分利用判斷力，二是注意絕不可遺漏對故障有重大影響的元件。
第四步：對清單中所列出的元件按以往的經驗和元件檢查的難易排列次序。必要時，列出重點檢查的元件和元件的重點檢查部位。同時安排測量儀器等。
第五步:對清單中列出的重點檢查元件進行初檢。初檢應判斷以下一些問題:元件的使用和裝配是否合適。元件的測量裝置、儀器和測試方法是否合適；元件的外部信號是否合適，對外部信號是否響應等。特別注意某些元件的故障先兆。如過高的溫度和嘆聲、振動和泄漏等。
第六步：如果初檢中未蠶出故障，要用儀器反復檢查。
第七步：識別出發生故障的元件。對不合格的元件進行修理或更換。
第八步：在重新啟動主機前，必須先認真考慮一下這次故障的原因和后果。如果故障是由于污染或油溫過高引起的，則應預料到其它元件也有出現故障的可能性，同時對隱患采取相應的措施。例如，由于污染原因引起液壓泵的故障，則在更換新泵前必須對系統進行徹底清洗和過濾。
2. 重新啟動的步驟
排除液壓系統枚障之后，不能操之過急，盲目啟動，必須遵照一定的要求和程序啟動。否則，舊的故障排除了，新的故障會相繼產生。其主要原田是缺乏周密的思考。如前所述，液壓泵由于污染而出現故障，那么，污染是怎樣引起的？其它液壓元件是否也被污染了呢？
圖2-2為重新啟動的程序框圖。
三、液壓系統的故障診斷方法
1 直觀檢查法
直觀檢查法又稱初步診斷法，是液壓系統故障診斷的一種最為簡易且方便易行的方法。這種方法通過“看、聽、摸、聞、閱、問”六字口訣進行。直觀檢查法即可在液壓設備工作狀態下進行，又可在其不工作狀態下進行·
1）看。觀察液壓系統工作的實際情況。一看速度，指執行元件運動速度有無變化和異常現象；二看壓力，指液壓系統中各壓力監測點的壓力大小以及變化情況：三看油液是否清潔、變質，表面是否有泡沫，液位是否在規定的范圍內，液壓油的粘度是否合適；四看泄漏，指各連接部位是否有滲漏現象；五看振動，指液壓執行元件在工作時有無跳動現象；六看產品，根據液壓設備及工出來的產品質量，判斷執行機構的工作狀態、液壓系統的工作壓力和流量穩定性等。
2）聽。用聽覺判斷液壓系統工作是否正常:一聽噪聲，聽液壓泵和液壓系統工作時的噪聲是否過大及噪聲的特征，溢流閥、順序閥等壓力控制元件是否有尖叫聲；二聽沖擊聲，指工作臺液壓缸換向時沖擊聲是否過大，活塞是否有撞擊缸底的聲音，換向閥換向時是否有撞擊端蓋的現象：三聽氣蝕和困油的異常聲，檢查液壓泵是否吸迸空氣，及有否嚴重困油現象：四聽敲打聲，指液壓泵運轉時是否有因損壞引起的敲打聲。
3）摸。用手觸摸允許摸的運動部件以了解其工作狀態:一摸溫升，用手摸液壓泵、油箱和閥類元件外殼表面，若接觸兩秒鐘感到燙手，就應檢查溫升過高的原因；二摸振動，用手摸運動部件和管路的振動情況，若有高頻振動應檢查產生的原因；三摸爬行，當工作臺在輕載低速運動時，用手摸有無爬行現象；四摸松緊程度，用手觸摸擋鐵、微動開關和緊固螺釘等的松緊程度。
4）聞。用嗅覺器官辨別油液是否發臭變質，橡膠件是否因過熱發出特殊氣味等。
5) 閱。查閱有關故障分析和修理記錄、日檢和定檢卡及交接班記錄和維修保養情況記錄。
6）問。訪問設備操作者，了解設備平時運行狀況:一問液壓系統工作是否正常，液壓泵有無異常現象；二問液壓油更換時間，濾網是否清潔；三問發生事故前壓力或速度調節閥是否調節過，有哪些不正常現象；四問發生事故前是否更換過密封件或液壓件；五問發生事故前后液壓系統出現過哪些不正常現象；六問過去經常出現過哪些故障，是怎樣排除的。
由于每個人的感覺、判斷能力和實踐經驗的差異，判斷結果肯定會有差異，但是經過反復實踐，故障原因是特定的，終究會被確認并予以排除。應當指出的是：這種方法對于有實踐經驗的工程技術人員來講，顯得更加有效。
2對比替換法
這種方法常用于在缺乏測試儀器的場合檢查液壓系統故障，并且經常結合替換法進行。對比替換方法有兩種情況：一種情況是用兩臺型號、性能參數相同的機械進行對比試驗，從中查找故障。試驗過程中可對機械的可疑元件用新件或完好機械的元件進行代換，再開機試驗，如性能變好，則故障所在即知。否則，可繼續用同樣的方法或其他方法檢查其余部件；另一種情況是對于具有相同功能回路的液壓系統，這樣的系統，采用對比替換法更為方便，而且，現在許多系統的連接采用高壓軟管連接，為替換法的實施捉供了更為方便的條件。遇到可疑元件時，要更換另一回路的完好元件時，不需拆卸元件，只要更換相應的軟管接頭即可。例如在檢查三工位母線機（主要完成定位、折彎、沖孔動作）的液壓系統故障時，有一回路工作無壓力，懷疑液壓泵有問題。結果對調了兩個液壓泵軟管的接頭，一次就消除了故障存在的可能性。對比替換方法在調試兩臺以上相同的液壓站時非常有效。
3 邏輯分析法
采用邏輯分析法分析液壓系統的故障時，可分為兩種情況。對較為簡單的液壓系統，可以根據故障現象，按照動力元件、控制元件、執行元件的順序在液玉系統原理圖的基礎上，結合前面的幾種方法，正向推理分析故障原因。例如玻璃涂膠設備出現涂不出膠的故障，直觀來看就是液壓缸的輸出力（即壓力）不足。根據液壓系統原理圖來分析，造成壓力下降的可能原因有：吸油過濾器堵塞、液壓泵內泄漏嚴重、溢流閥壓力調節過低或者溢流閥阻尼孔堵塞、液壓缸內泄漏嚴重、管路連接件泄漏、回油壓力過高等等。考慮到這些因素后，在根據已有的檢查結果，排除其它因素，逐漸縮小范圍。直到解決問題為止。
4 儀器專項檢測法
有些重要的液壓設備必須進行定量專項檢測，即檢測故障發生的根源型參數，為故障判斷提供可靠依據
1）壓力。檢測液壓系統各部位的壓力值，分析其是否在允許范圍內。
2) 流量。檢測液壓系統各位置的油液流量值是否在正常值范圍內。
3) 溫升。檢測液壓泵、執行機構、油箱的溫度值，分析是否在正常范圍內。
4) 噪聲。檢測異常噪聲值，并進行分析，找出噪聲源。
應該注意的是：對于有故障嫌疑的液壓件要在試驗臺架上按出廠試驗標準進行檢測，元件檢測要先易后難，不能輕易把重要元件從系統中拆下，甚至盲目解體檢查。
5) 在線檢測。很多液壓設備本身配有重要參數的檢測儀表，或系統中預留了測量接口，不用拆下元件就能觀察或從接口檢測出元件的性能參數，為初步診斷提供定量依據。如在液壓系統的有關部位和各執行機構中裝設壓力、流量、位置、速度、液位、溫度、過濾阻塞報警等各種監測傳感器，某個部位發生異常時，監測儀器均可及時測出技術參數狀況，并可在控制屏幕上自動顯示，以便于分析研究、調整參數、診斷故障并予以排除。
5 模糊邏輯診斷方法
故障診斷問題的模糊性質為模糊邏輯在故障診斷中的應用提供了前提。模確診斷方法利用模糊邏揖來描述故障原因與故障現象之間的模糊關系，通過隸屬函數和模糊關系方程解決故障原因與狀態識別問題。
模糊邏輯在故障領域中的應用稱為模糊聚類診斷法。它是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的計算機診斷方法，其最大特征是，它能將操作者或專家的診斷經驗和知識表示成語言變量描述的診斷規則，然后用這些規則對系統進行診斷。因此，模糊邏輯診斷方法適用于數學模型未知的、復雜的非線性系統的診斷。從信息的觀點來看，模糊診斷是一類規則型的專家系統。
6 智能診斷方法
對于復雜的故障類型，由于其機理復雜而難于診斷，需要一些經驗性知識和診斷策略。專家系統在診斷領域的應用可以解決復雜故障的診斷問題。
液壓設備故障診斷專家系統由知識庫和推理機組成。知識庫中存放各種故障現象、引起故障的原因及原因和現象間的關系，這些都來自有經驗的維修人員和領域專家，它集中了多個專家的知識，收集了大量的資料，扣除了個人解抉問題時的主觀偏見，使診斷結果更接近實際。
一旦液壓系統發生故障，通過人機接口將故障現象輸入計算機，由計算機根據輸入的故障現象及知識庫中的知識，按推理機中存放的推理方法推算出故障原因并報告給用戶，還可提出維修或預防措施。
目前，故障診斷專家系統存在的問題是缺乏有效的診斷知識表達方法及不確定性推理方法，診斷知識獲取因難。
近年來發展起來的神經網絡方法，其知識的獲取與表達采用雙向聯想記憶模型，能夠存儲作為變元概念的客體之間的因果關系，處理不精確的、矛盾的、甚至錯誤的數據，從而提高了專家系統的智能水平和實時處理能力，是診斷專家系統的發展方向。
7 基于灰色理論的故障診斷方法
研究灰色系統的有關建模、控模、預測、決策、優化等問題的理論稱為灰色理論。通常可以將信息系統分為白色系統、灰色系統和黑色系統。白色系統指系統參數完全已知，黑色系統指系統參數完全未知，灰色系統指部分參數已知而部分參數未知的系統。灰色系統理論就是通過已知參數來預測未知參數，利用“少數據”建模從而解決整個系統的未知參數。
實踐證明，液壓系統發生故障的原因式多方面的、復雜的，既有簡單故障，也有多個部位或部件同時發生故障的情況。由于故障檢測手段的不完善性、信號獲取裝置的不穩定性及信息處理方法的近似性，或者缺少有效的觀測工具，造成信息不完全，對故障的判斷預測，帶有估計、猜想、假設和臆測等主觀想象成分，導致人們對液壓系統故障機理的認識帶有片面性。
另一方面，由于液壓系統是“機-電-液”系統的復雜組合，在生產過程中產生的故障往往呈現出一定的動態性，也給液壓設備的故障判別帶來一定的困難。因此，液壓設備、液壓系統在運行過程中發生故障與否是確定的，但人們對故障的認識和判別受技術水平的限制，不同的人對故障信息掌握的充分程度不同，會得出不同的診斷結果。由此看出液壓系統故障由于信息的不完全帶有一定的灰色性。灰色理論用于液壓設備故障診斷就是利用存在的已知信息去推知含有故障模式的不可知信息的特性、狀態和發展趨勢，其實質也是一個灰色系統的白化問題。
液壓設備故障診斷的實質是故障模式識別，采用灰色系統理論中的灰色關聯分析方法，通過設備故障模式與某參考模式之間的接近程度，進行狀態識別與故障診斷。這種方法的特點是：建模簡單、所需數據少。特別適用于生產現場的快速診斷。