农业机械在实践应用中的液压故障研究

吴志刚

（江阴市华士水利农机管理服务站，江苏 江阴 214421）

农业机械在实践应用中的液压故障研究

吴志刚

（江阴市华士水利农机管理服务站，江苏 江阴 214421）

文章依据农业机械基本原理，结合实践操作应用中常见的液压出现故障的现象，首先从液压系统故障分析与分类整理出发，然后，探讨液压系统故障的常用诊断方法，最后提出农业机械液压系统故障诊断专家系统的设计方案，为相关的实践工作者提供有益参考。

农机；液压故障；机械原理

1 液压系统故障分析

根据相关理论分析，液压设备不同，液压系统回路组成不同，组成各组成部分的基本回路，故障也不同。但一些故障是各种液压系统和液压元件频繁，故障特征是相同的，如漏油、液压冲击、气蚀、液压锁等。虽然液压系统的故障很难诊断，但液压系统的任何故障在发生大故障前都会出现一些异常的征兆。一旦出现症状，就要及时查明具体原因，液压故障可以减少甚至消除。

（1）油液泄漏。液压油在输送过程中，未知的因素，管道流经其范围，到容器内的其他部件或系统被称为泄漏。液压油腔通过高压腔到低压内泄漏；从管道或容器泄漏到外界的外流系统。漏油易造成环境污染，构件利用率降低，腐蚀元件导致液压系统运行不稳定。有效措施是：在密封的不同类型和密封装置，使用不同；提高系统的清洁度，有效预防系统被玷污，安装液压站清洗盖元件；液压系统的改造、维修或更换液压部件，修正零件的零件应保持清洁，修复后，所有部件应牢固紧固。

（2）液压冲击。液压冲击是在液压传动过程中，操作不当，部件故障或其他未知因素会导致系统压力在短时间内直线上升，有一个很大的压力峰值。发生液压冲击，最大系统压力总是比一般的好几倍，造成管道、设备及液压元件的密封损坏是系统的振动和噪声引起的，严重的情况会使压力继电器、安全阀元件失效，造成设备和人身事故。该仪器具有精度高，加工设备对外界波动大的阻力差，所以应采取有效的手段，严格防止液压冲击。通常减小液压冲击的措施：空载启动液压泵的安装；缓冲装置和安全阀是安装在工作缸；高背压阀压力；液压回路中安装安全阀，该阀通过节流阀来控制滑移率，消除电磁阀为电液驱动，阻尼在空气阀系统的排除。

（3）气穴现象。在液压传动过程中，液压油压力大时，压力大于外界空气的温度，空气中的液压油会以气泡的形式“逸出”，称为气穴现象。当这些现象发生时，液压系统工作响应变慢；动力部件动作缓慢；液压泵吸油不足；或输出油量减少。严重的气蚀破坏率和老化的管道和元件的加速使用导致组件故障，气蚀时间长，甚至导致整个液压崩溃。汽蚀主要发生在速度和压力高的液压泵和液压阀的进油阀的开度变化，主要措施有：减少气蚀预防前孔或间隙前后压差；加入足够的油箱，避免液压泵吸入空气；适当缩短吸油管直径增加长度，减少流量等，提高密封元件结合接头和管道，以防止空气侵入；经常受到的微分元空化和耐腐蚀性，严格控制其表面粗糙度，提高其机械强度。

（4）液压卡紧。在液压系统中，由于粉尘或其它颗粒滞留在阀瓣和卡位所造成的相对运动空间中，称为机械锁；液压油将卡在阀芯中的流量通过径向力、液压夹紧。在中等条件下，运动部件的阻力会增加，从而导致运动缓慢和混乱。在严重的情况下，组件内的组件的相对运动可以完全卡住，使组件不能移动。通常的液压锁消除措施：高精度锥形阀；阀芯台肩；表面上的毛刺清洁；打开表面压力槽的阀芯和外圆，必须要求阀芯压力槽同心；提高油的清洁度。

2 液压系统常见故障诊断方法

（1）主观诊断。主观诊断方法实际上是凭借自己的日常经验，通过手、眼、鼻、耳、触觉、嗅觉、听觉和视觉结合的液压机械故障诊断，故障原因、故障定位是最简单的视觉检测方法之一。故障诊断知识的方法是丰富的，维修人员学到了很多的经验。多年来，以全面了解其工作原理和结构的液压故障推理功能的液压系统元件，进行综合分析。由于主观诊断方法的主观性强以及经验的局限性，虽然方法简单快速，但难以处理日益复杂的系统故障诊断需求。

（2）直接检测法。直接检测法实际上是对液压部件以及系统的运行效果进行检测进而总结分析它的运行状态。该方法对液压系统的工作状态异常十分敏感，原因在于直接检测法可以通过对液压设备的工作状态进行在线监测，对出现的故障进行诊断以及定量分析。这种诊断方法的基本思维是，系统正常运行，各个工作元件和系统参数应该都在正常值区间变动，当发现某项或某些参数出现低于最小值时，可断定系统将要发生或者已经发生故障。系统参数出现小的异常起初不能引起人的注意，只有当参数发生较大变动时才会发挥直接检测法的优势，这种方法虽然原理简单概念直观，但是不能做到防患于未然。

（3）参考交换法。参考交换法是基于控制变量法发展而来的，基本思想是通过将两个相同功能回路的液压系统接到同一个主机上进行工作测试，检测到可疑元件，直接交换这类元件。这种方法弥补了现场缺乏检测设备的不足。参考交换法由于涉及到要拆卸交换元件，那么对于结构复杂、安装要求高、备用元件数量限制等因素，操作起来很不方便，但是对于容易拆装、结构简单小巧的元件，采用此方法不失是一种好的方式。

3 农业机械液压系统故障诊断专家系统的设计

（1）专家系统的设计方案思路。农业机械液压系统故障诊断专家系统是基于知识库系统的程序，主要是通过从人类专家的知识和经验来解决液压，最多只有专业的人才精通系统解决各种问题出现的疑难杂症。液压系统的故障通常不是单方面的，总是涉及到很多因素，不同水平往往互为因果，和故障问题原因的现象层出不穷，牵一发而动全身，这给传统的故障诊断方法带来麻烦。在实际工程应用中，专家系统能够及时解决一般机械操作员所遇到的问题，同时通过知识获取的方法对新增加的知识进行存储和重用，具有很好的实用价值。通过分析农机液压系统的故障特征，设计相应的推理机制和知识库，对液压系统进行故障分析、故障诊断和预测，防患于未然。

（2）专家系统设计特点。用计算机程序采集液压系统故障数据的专家系统，模拟液压专家的推理过程，合理求解专家有时是非常困难的问题。一般来说，一个成熟的专家系统应该具有以下特点：①丰富的专家级液压系统故障诊断知识。知识库的丰富性往往决定了系统软件的性能水平，知识库的数据越多，程序的搜索范围越大。总之，专家级知识直接影响到速度响应、解决问题的质量和推理规则的能力。②专家级的问题解决能力。基于知识库的构建专家系统的推理机制和发展战略的结构和控制，对计算机资源合理利用的目的，提高专家系统的效率，专家系统更加合理、智能、不断超越人类专家的水平。③知识获取能力强。专家系统在实际应用中，应该能够继续收集用户上传或知识交流，使他们的知识基础日益丰富。④推理机制与知识库分离。为了提高专家系统的可扩展性和可维护性，知识库应与推理机制无关。

基于以上特点，本章开发液压系统故障诊断专家系统具有以下五个特点：①多元化：利用各种方式的知识系统，不仅可以利用启发式知识，但也可以使用知识的逻辑，并通过特殊的专业知识和公共知识美德以确定关联和推理解决问题的最终实现。②及时性：利用局域网特有的通讯模式，让用户可以实时沟通，及时解决用户所遇到的问题。③独立性，对系统的各个功能的独立性是相互独立的，知识库的可扩展能力；推理机制可以独立升级；专家系统的三种检索方法可以独立进行操作和维护管理。④透明度：专家系统数据库相关功能，允许用户了解知识库的结构和知识库的丰富性。⑤人性化：各操作界面的专家系统不仅涉及到功能识别的提示，而且界面后台还设有语音提示，让用户操作更方便的软件，更快地解决问题。

［1］文斌.基于Petri网的液压马达故障诊断［J］.机械研究与应用，2013，（5）.

［2］关彤，孙福才.液压系统故障诊断方法概述［J］.中国科技信息，2013，（17）.

［3］齐爱霞.外反馈限压式变量叶片泵的故障分析与排除［J］.农机使用与维修，2013，（9）.

吴志刚（1972-），男，农机技术指导员，主要研究方向：农业机械应用技术。