基于工程機械液壓系統運行中的故障診斷技術研究

董彬

（南京交通職業技術學院，南京 211188）

工程機械液壓系統是一種關鍵的動力傳動系統，在各類工程機械中廣泛應用。但是由于工程機械的工作環境過于復雜，而且經常處于長時間運行狀態，液壓系統常出現各種故障問題，如壓力不穩定、泄漏、油溫過高等，不僅對機械設備的正常運行造成影響，還可能導致設備出現嚴重損壞，給企業帶來巨大的經濟損失。因此，及時準確地診斷液壓系統故障并采取相應的修復措施，對于提高工程機械的可靠性具有重要意義。從目前的液壓系統故障診斷情況來看，由于液壓系統具有較強的多變性，傳統故障診斷方法很難滿足實際應用的需求。例如：常見故障診斷方法主要依靠人工經驗判斷，但是這種方法存在主觀性強、效率低、易出錯等問題；基于試驗臺的故障診斷方法雖然可以模擬現場工況，但是其成本較高且不適用于所有類型的故障。為了解決以上問題，研究人員開始關注基于現場數據的故障診斷技術。該技術通過在工程機械液壓系統中安裝傳感器，實時采集液壓系統的運行數據，并通過信號處理方法提取有關液壓系統狀態和故障特征的信息[1]。

1 工程機械液壓系統的基本原理和結構

液壓系統是工程機械中常見的傳動系統，具有傳遞力矩大、調節靈活、反應迅速等優點。其基本原理是利用液體在封閉的管路中傳遞力，實現工程機械的運動和控制，被廣泛應用于各類工程機械。液壓系統工作原理如圖1 所示。圖1 中：MP1 表示主泵；SP1 表示輔助泵；A1～A4 表示可切換蓄能器；V1～V6、V9～V10 表示操作控制閥；V7、V8、V11 表示比例泄壓閥；F1、F2 表示過濾器；C1 表示冷卻器；PS1～PS6 表示壓力傳感器；TS1～TS5 表示溫度傳感器；FS1 表示流量傳感器；VS1 表示振動傳感器；ESP1 表示電功率傳感器；CE 表示冷卻效率傳感器；CP 表示冷卻功率傳感器；SE 表示效率因子傳感器；MCS 表示微粒污染傳感器。

圖1 液壓系統工作原理

液壓泵吸入液壓油，并通過排油閥將液壓油送入液壓缸。當液壓油進入執行元件時，液壓缸活塞轉子會受到液壓油推動，從而產生對應的運動。同時，通過控制閥的開啟和關閉控制液壓系統的流量和壓力分配，從而實現工程機械的運動控制。因此，在液壓系統結構設計過程中要考慮多個因素，如工作壓力、流量需求和運動速度等要素，選擇合適的液壓元件，確保其能夠承受系統所需的壓力和流量，并具備良好的密封性能。此外，要合理布置管路和安裝位置，使液壓系統工作具有較高的穩定性[2]。

目前，液壓系統主要由液壓泵、執行元件、控制閥和油箱等構件組成。其中：液壓泵負責將機械能轉化為液壓能，提供液壓系統所需的壓力和流量；執行元件包括液壓缸和液壓馬達，負責將液壓能轉化為機械能，實現工程機械的運動；控制閥根據工程機械需要，控制液壓系統流量和壓力分配，科學調節運動方向、速度、力量等數據；油箱則負責儲存液壓油，保持液壓系統的工作溫度和油液清潔。

2 工程機械液壓系統的故障診斷技術

工程機械液壓系統是工程機械中的重要組成部分，其正常運行對于機械設備的性能和壽命具有至關重要的影響。然而，液壓系統在長期使用過程中不可避免會出現各種故障，因此對于故障診斷技術的研究和應用顯得尤為重要。

2.1 現場常規診斷技術

通過觀察液壓系統的工作狀態，能夠獲得大量有關故障的信息。例如，當液壓系統存在泄漏時，通過觀察是否有液壓油滴落，判斷泄漏位置和嚴重程度。通過觀察液壓元件的工作狀態，如是否有異常噪聲、振動、溫度升高等現象，初步判斷故障的類型和位置，為后期檢測提供主要指導。同時，通過使用適當的檢測工具進一步驗證觀察到的現象，并獲取更加準確的故障信息。常用的檢測方法包括壓力檢測、流量檢測和溫度檢測等。通過使用壓力表可以檢測液壓系統各液壓元件的壓力是否正常，確認故障的具體原因，從而判斷是否存在堵塞、泄漏等問題，為后續分析提供充分的數據資源。在分析過程中，要結合液壓系統的工作原理和構造特點，綜合考慮各種可能的故障原因，并排除其他可能性。當發現液壓系統出現異常噪聲時，通過分析準確找出故障原因，并采取適當的措施進行修復[3-4]。

2.2 對換診斷技術

對換診斷技術是一種通過更換液壓系統中的不同元件，準確判斷故障位置的方法。在進行對換診斷前，要觀察液壓系統的故障現象，主要包括液壓系統的工作狀態、異常聲音、泄漏情況等。通過準確描述故障現象，有效指導后續的故障診斷工作。對換診斷技術的具體操作步驟如下。先選取一個可能存在故障的元件，然后將其更換成正常元件，重新啟動液壓系統，觀察是否出現相同的故障現象。如果故障現象仍然存在，那么可以排除被更換的元件，繼續對換其他元件；如果故障現象消失，則確定被更換的元件存在故障。在完成對換操作后，要仔細分析結果，比較對換前后的故障現象，觀察更換元件是否存在明顯損壞情況等。通過分析進一步縮小故障位置的范圍，指導后續的維修工作。在使用該技術時，只用仔細觀察故障現象，正確選擇元件，并仔細分析對換結果，才能更好地應用對換診斷技術解決液壓系統故障[5]。

2.3 儀表測量技術

在診斷液壓系統故障時，要使用各種儀器測量液壓系統的各項參數，如壓力表、流量計、溫度計等儀器。在選擇儀表設備時，要考慮測量范圍、精度、穩定性等因素，并根據具體的故障類型確定所需的儀器種類。在使用儀表設備時，要注意正確操作，只有遵循操作規程，才能保證測量結果的準確性[6]。由于液壓系統是一個復雜的動力系統，各部件之間相互關聯，只有深入了解液壓系統的工作原理和參數規范，才能正確分析測量結果。在診斷故障時，要根據液壓系統的工作原理和參數規范比較測量結果，找出異常參數，并判斷其對液壓系統正常工作的影響，以準確確定故障的位置和原因。此外，在液壓系統故障診斷過程中，不能僅依靠儀器設備的測量結果，還要結合實際情況進行綜合判斷。例如，通過觀察液壓系統工作狀態、聽取操作人員描述、檢查液壓油質量等獲取更多關于故障的信息。在綜合判斷時，要綜合考慮所有可用的信息，并根據經驗進行合理推斷，從而確定故障的具體原因[7]。液壓系統參數，如表1 所示。

表1 液壓系統參數

2.4 鐵譜分析和智能技術的結合

鐵譜分析是一種常用的故障診斷技術，通過實驗室化驗分析液壓系統中鐵元素的質量分數和形態，判斷系統是否存在磨損、腐蝕等故障。傳統鐵譜分析方法主要依賴人工經驗，存在較強的局限性。而結合智能技術，如機器學習和人工智能，可以提高故障診斷的準確性。利用機器學習算法，通過分析大量故障數據建立故障診斷模型，可以實現對液壓系統故障的準確預測和及時修復。智能技術能夠結合傳感器網絡和云計算等技術，實時監測和遠程診斷液壓系統，提高故障診斷的實時性。具體而言，通過智能化的鐵譜分析儀器，自動檢測鐵元素的質量分數和形態，消除人工分析的主觀性。同時，利用機器學習算法對鐵譜數據進行訓練，建立故障診斷模型，自動識別液壓系統故障。此外，結合傳感器網絡和云計算等技術，可以實現對液壓系統的遠程監測和故障診斷，及時發現和解決問題。

3 防止工程機械液壓系統故障的措施

3.1 防止內燃機故障

工程機械液壓系統是工程機械中至關重要的部分，負責驅動和控制各種設備的運轉。然而，在使用過程中，長時間的運轉和高強度的工作，液壓油會受到污染和氧化，導致其性能下降，從而影響液壓系統的正常工作。因此，工作人員應定期檢查液壓油的質量，并及時更換舊油，選擇合適的液壓油，確保其符合機械的要求，從而提高液壓系統的工作效率。同時，內燃機是液壓系統的動力源，其穩定運行對于液壓系統的正常工作至關重要。在使用過程中，應該密切關注內燃機的運行狀態，及時發現并解決問題。例如，如果工作人員發現內燃機冒黑煙、噪聲過大、無法啟動等異常情況，需要及時檢查和維修內燃機，以防止故障進一步擴大。定期對液壓系統進行清洗、緊固螺栓、更換密封件等維護工作，可以有效減少內燃機故障的發生。此外，應注意液壓系統的工作溫度，避免過高或過低的溫度對內燃機造成損害。同時，做好液壓系統的防塵、防水和防震措施，可以有效延長內燃機的使用壽命，并減少維修頻次。

3.2 防止水混入

在使用過程中，液壓系統可能會遇到水混入的問題，對系統帶來嚴重的影響。為了保持液壓系統的正常運行，需要采取相關措施來防止水混入。首先，定期檢查和維護密封件。液壓系統中的密封件起著關鍵作用，它們能夠確保液壓油不會泄漏，并且防止水分進入系統。如果發現密封件破損或老化，應立即更換，并應注意密封件的正確安裝，以確保其有效工作。其次，加強液壓系統的維護和保養。液壓油中的水分會導致液壓系統腐蝕和氧化，從而降低系統的工作效率，定期更換液壓油是防止水混入的關鍵措施。定期檢查液壓油的水分質量分數，并根據需要更換新的液壓油。此外，應注意保持液壓系統的清潔，避免灰塵和污物進入系統，以防止水分混入。最后，加強對操作人員的培訓和管理。操作人員是液壓系統維護的關鍵環節，應該具備一定的液壓系統知識和操作技能，能夠正確使用和維護液壓系統。因此，應培訓操作人員正確的操作和維護方法，教育他們如何預防水混入液壓系統，有效降低水混入的風險。

4 結語

工程機械液壓系統是工程機械中重要的動力傳遞和控制裝置，其穩定運行對于工程機械的工作效率具有重要意義。然而，在實際工作中，液壓系統往往會出現各種故障，給工程機械的正常運行帶來困擾。為了及時準確地診斷液壓系統的故障原因，提高故障處理效率，對工程機械液壓系統的現場故障診斷技術進行深入研究。