基于工程机械液压系统运行中的故障诊断技术研究

董彬

（南京交通职业技术学院，南京 211188）

工程机械液压系统是一种关键的动力传动系统，在各类工程机械中广泛应用。但是由于工程机械的工作环境过于复杂，而且经常处于长时间运行状态，液压系统常出现各种故障问题，如压力不稳定、泄漏、油温过高等，不仅对机械设备的正常运行造成影响，还可能导致设备出现严重损坏，给企业带来巨大的经济损失。因此，及时准确地诊断液压系统故障并采取相应的修复措施，对于提高工程机械的可靠性具有重要意义。从目前的液压系统故障诊断情况来看，由于液压系统具有较强的多变性，传统故障诊断方法很难满足实际应用的需求。例如：常见故障诊断方法主要依靠人工经验判断，但是这种方法存在主观性强、效率低、易出错等问题；基于试验台的故障诊断方法虽然可以模拟现场工况，但是其成本较高且不适用于所有类型的故障。为了解决以上问题，研究人员开始关注基于现场数据的故障诊断技术。该技术通过在工程机械液压系统中安装传感器，实时采集液压系统的运行数据，并通过信号处理方法提取有关液压系统状态和故障特征的信息[1]。

1 工程机械液压系统的基本原理和结构

液压系统是工程机械中常见的传动系统，具有传递力矩大、调节灵活、反应迅速等优点。其基本原理是利用液体在封闭的管路中传递力，实现工程机械的运动和控制，被广泛应用于各类工程机械。液压系统工作原理如图1 所示。图1 中：MP1 表示主泵；SP1 表示辅助泵；A1～A4 表示可切换蓄能器；V1～V6、V9～V10 表示操作控制阀；V7、V8、V11 表示比例泄压阀；F1、F2 表示过滤器；C1 表示冷却器；PS1～PS6 表示压力传感器；TS1～TS5 表示温度传感器；FS1 表示流量传感器；VS1 表示振动传感器；ESP1 表示电功率传感器；CE 表示冷却效率传感器；CP 表示冷却功率传感器；SE 表示效率因子传感器；MCS 表示微粒污染传感器。

图1 液压系统工作原理

液压泵吸入液压油，并通过排油阀将液压油送入液压缸。当液压油进入执行元件时，液压缸活塞转子会受到液压油推动，从而产生对应的运动。同时，通过控制阀的开启和关闭控制液压系统的流量和压力分配，从而实现工程机械的运动控制。因此，在液压系统结构设计过程中要考虑多个因素，如工作压力、流量需求和运动速度等要素，选择合适的液压元件，确保其能够承受系统所需的压力和流量，并具备良好的密封性能。此外，要合理布置管路和安装位置，使液压系统工作具有较高的稳定性[2]。

目前，液压系统主要由液压泵、执行元件、控制阀和油箱等构件组成。其中：液压泵负责将机械能转化为液压能，提供液压系统所需的压力和流量；执行元件包括液压缸和液压马达，负责将液压能转化为机械能，实现工程机械的运动；控制阀根据工程机械需要，控制液压系统流量和压力分配，科学调节运动方向、速度、力量等数据；油箱则负责储存液压油，保持液压系统的工作温度和油液清洁。

2 工程机械液压系统的故障诊断技术

工程机械液压系统是工程机械中的重要组成部分，其正常运行对于机械设备的性能和寿命具有至关重要的影响。然而，液压系统在长期使用过程中不可避免会出现各种故障，因此对于故障诊断技术的研究和应用显得尤为重要。

2.1 现场常规诊断技术

通过观察液压系统的工作状态，能够获得大量有关故障的信息。例如，当液压系统存在泄漏时，通过观察是否有液压油滴落，判断泄漏位置和严重程度。通过观察液压元件的工作状态，如是否有异常噪声、振动、温度升高等现象，初步判断故障的类型和位置，为后期检测提供主要指导。同时，通过使用适当的检测工具进一步验证观察到的现象，并获取更加准确的故障信息。常用的检测方法包括压力检测、流量检测和温度检测等。通过使用压力表可以检测液压系统各液压元件的压力是否正常，确认故障的具体原因，从而判断是否存在堵塞、泄漏等问题，为后续分析提供充分的数据资源。在分析过程中，要结合液压系统的工作原理和构造特点，综合考虑各种可能的故障原因，并排除其他可能性。当发现液压系统出现异常噪声时，通过分析准确找出故障原因，并采取适当的措施进行修复[3-4]。

2.2 对换诊断技术

对换诊断技术是一种通过更换液压系统中的不同元件，准确判断故障位置的方法。在进行对换诊断前，要观察液压系统的故障现象，主要包括液压系统的工作状态、异常声音、泄漏情况等。通过准确描述故障现象，有效指导后续的故障诊断工作。对换诊断技术的具体操作步骤如下。先选取一个可能存在故障的元件，然后将其更换成正常元件，重新启动液压系统，观察是否出现相同的故障现象。如果故障现象仍然存在，那么可以排除被更换的元件，继续对换其他元件；如果故障现象消失，则确定被更换的元件存在故障。在完成对换操作后，要仔细分析结果，比较对换前后的故障现象，观察更换元件是否存在明显损坏情况等。通过分析进一步缩小故障位置的范围，指导后续的维修工作。在使用该技术时，只用仔细观察故障现象，正确选择元件，并仔细分析对换结果，才能更好地应用对换诊断技术解决液压系统故障[5]。

2.3 仪表测量技术

在诊断液压系统故障时，要使用各种仪器测量液压系统的各项参数，如压力表、流量计、温度计等仪器。在选择仪表设备时，要考虑测量范围、精度、稳定性等因素，并根据具体的故障类型确定所需的仪器种类。在使用仪表设备时，要注意正确操作，只有遵循操作规程，才能保证测量结果的准确性[6]。由于液压系统是一个复杂的动力系统，各部件之间相互关联，只有深入了解液压系统的工作原理和参数规范，才能正确分析测量结果。在诊断故障时，要根据液压系统的工作原理和参数规范比较测量结果，找出异常参数，并判断其对液压系统正常工作的影响，以准确确定故障的位置和原因。此外，在液压系统故障诊断过程中，不能仅依靠仪器设备的测量结果，还要结合实际情况进行综合判断。例如，通过观察液压系统工作状态、听取操作人员描述、检查液压油质量等获取更多关于故障的信息。在综合判断时，要综合考虑所有可用的信息，并根据经验进行合理推断，从而确定故障的具体原因[7]。液压系统参数，如表1 所示。

表1 液压系统参数

2.4 铁谱分析和智能技术的结合

铁谱分析是一种常用的故障诊断技术，通过实验室化验分析液压系统中铁元素的质量分数和形态，判断系统是否存在磨损、腐蚀等故障。传统铁谱分析方法主要依赖人工经验，存在较强的局限性。而结合智能技术，如机器学习和人工智能，可以提高故障诊断的准确性。利用机器学习算法，通过分析大量故障数据建立故障诊断模型，可以实现对液压系统故障的准确预测和及时修复。智能技术能够结合传感器网络和云计算等技术，实时监测和远程诊断液压系统，提高故障诊断的实时性。具体而言，通过智能化的铁谱分析仪器，自动检测铁元素的质量分数和形态，消除人工分析的主观性。同时，利用机器学习算法对铁谱数据进行训练，建立故障诊断模型，自动识别液压系统故障。此外，结合传感器网络和云计算等技术，可以实现对液压系统的远程监测和故障诊断，及时发现和解决问题。

3 防止工程机械液压系统故障的措施

3.1 防止内燃机故障

工程机械液压系统是工程机械中至关重要的部分，负责驱动和控制各种设备的运转。然而，在使用过程中，长时间的运转和高强度的工作，液压油会受到污染和氧化，导致其性能下降，从而影响液压系统的正常工作。因此，工作人员应定期检查液压油的质量，并及时更换旧油，选择合适的液压油，确保其符合机械的要求，从而提高液压系统的工作效率。同时，内燃机是液压系统的动力源，其稳定运行对于液压系统的正常工作至关重要。在使用过程中，应该密切关注内燃机的运行状态，及时发现并解决问题。例如，如果工作人员发现内燃机冒黑烟、噪声过大、无法启动等异常情况，需要及时检查和维修内燃机，以防止故障进一步扩大。定期对液压系统进行清洗、紧固螺栓、更换密封件等维护工作，可以有效减少内燃机故障的发生。此外，应注意液压系统的工作温度，避免过高或过低的温度对内燃机造成损害。同时，做好液压系统的防尘、防水和防震措施，可以有效延长内燃机的使用寿命，并减少维修频次。

3.2 防止水混入

在使用过程中，液压系统可能会遇到水混入的问题，对系统带来严重的影响。为了保持液压系统的正常运行，需要采取相关措施来防止水混入。首先，定期检查和维护密封件。液压系统中的密封件起着关键作用，它们能够确保液压油不会泄漏，并且防止水分进入系统。如果发现密封件破损或老化，应立即更换，并应注意密封件的正确安装，以确保其有效工作。其次，加强液压系统的维护和保养。液压油中的水分会导致液压系统腐蚀和氧化，从而降低系统的工作效率，定期更换液压油是防止水混入的关键措施。定期检查液压油的水分质量分数，并根据需要更换新的液压油。此外，应注意保持液压系统的清洁，避免灰尘和污物进入系统，以防止水分混入。最后，加强对操作人员的培训和管理。操作人员是液压系统维护的关键环节，应该具备一定的液压系统知识和操作技能，能够正确使用和维护液压系统。因此，应培训操作人员正确的操作和维护方法，教育他们如何预防水混入液压系统，有效降低水混入的风险。

4 结语

工程机械液压系统是工程机械中重要的动力传递和控制装置，其稳定运行对于工程机械的工作效率具有重要意义。然而，在实际工作中，液压系统往往会出现各种故障，给工程机械的正常运行带来困扰。为了及时准确地诊断液压系统的故障原因，提高故障处理效率，对工程机械液压系统的现场故障诊断技术进行深入研究。