船舶液压系统故障诊断的研究

船舶液压系统故障诊断的研究

摘要：本文在学习和研究国内外现今液压系统故障诊断的多种方法后，比较各种方法的优缺点，提出了用温度与泄油量结合的方法诊断液压马达故障，且通过实践证明是切实可行的。

关键词：液压系统；故障诊断；温度；泄油量

Abstract: based on the study and research of domestic and foreign current of the fault diagnosis of the hydraulic system of kinds of methods, compare the advantages and disadvantages of each method, this paper presents a temperature and the amount of oil discharge with the method of fault diagnosis of hydraulic pressure motor, and it is proved to be feasible.

Keywords: hydraulic system; Fault diagnosis; Temperature; Leaking oil

1 概述

1.1液压传动及船舶液压系统的主要组成及功用

液压传动是根据液体静压力传递原理，以液体的压力能进行能量与信息传递。

船舶液压传动系统是由4个主要部分组成，即： 1、动力元件——液压泵，其功用是将泵的机械能转换为液压油的压力能（液压能）。

2、执行元件——液压缸或液压马达，其功用是将液压能转换成机械能以带动工作部件运动。

3、控制元件——如各种方向、流量和压力控制阀，其功用是控制液压系统中的液压油的流动方向、流量大小和压力高低，以满足工作部件对运动方向、速度和力（扭矩）的要求。

4、 辅助元件——如油箱、滤油器、蓄能器、压力表、热交换器、和管接头等。

1.2故障的定义

在故障诊断学中，设备的状态是指设备的工况，通常设备的基本状态有故障状态、异常状态和正常状态三种，可见故障只是设备的一种状态。

我们把故障定义为：一台装置（或设备），其功能指标低于正常时的最低极限值。这样的故障范畴可包括如下内容：

1、引起系统立即丧失功能的破坏性故障；

2、与降低设备性能相关联的性能上的故障；

3、即使设备当时正在生产规定的产品，而当操作者误操作或蓄意使设备脱离运转所造成的状况（即所谓的操作事故或人为破坏）。

故障往往是出于某种缺陷不断扩大经由异常然后再进一步发展而形成的。

通常所说设备或零件正常是指它没有任何缺陷，或者虽有缺陷但也在允许的限度之内。异常是缺陷已有一定程度的扩展使设备状态信号发生变化，设备性能劣化但仍能维持工作，故障则出于设备性能指标严重降低，已无法维持正常工作。

设备的故障（亦称病症）由多种不同的故障对应着状态信号中的一系列特征信息（通常又称为症状）。这是设备或故障能被认识和诊断的客观基础。

2 船舶液压系统故障诊断的现状及进展

液压系统在工程船舶及工程机械设备上的应用越来越广泛，它们对船舶的安全运行及营运经济性都产生了极大的积极影响。然而，液压系统也具有一些众所周知的缺点，它运行可靠性较低，维护工作量大；由于系统中各元件和工作液体都在封闭的油路内工作，不象机械设备那样直观，所以在出现故障后不易查找原因；液压设备不象电器设备那样，用万用表、示波器、测试笔等仪器就可方便地测量出各种参数，在液压设备中，只靠有限的几个压力表和流量计等来指示系统的工作参数，而其他各种参数的测量很不方便，甚至难以测量，这样对液压系统的故障诊断带来很大的不便。其中，液压系统（尤其是大型液压系统）的信号监测和故障定位比较困难，这也一直困扰着液压设备的维护和使用人员。造成这个问题的主要原因是液压系统的复杂性。这种复杂性表现在系统的多单元、多层次、多信息模式及系统的密闭性、元件的复杂性、工作介质的可压缩性。这些构成特点使得液压系统在结构、功能、行为间形成了复杂的关联、耦合关系。上述特性给故障诊断带来很大困难。

2.1液压系统常见故障

综合起来，液压系统常见的故障有以下几种：系统没有压力或压力不足；工作部件运动时爬行；系统有噪声和振动；工作机构的运动速度不够；系统漏泄严重；非正常发热；动作不能实现；气穴与气蚀；液压卡紧等。引起这些故障的主要原因是：油的粘度不合适；油温过高；油不干净或变质；空气进入系统；密封

失效；零件磨损严重或损坏；制造安装精度差；油路设计不合理；泵、阀等元件的流量脉动、压力冲击；管路中流量与压力的波动；供油量不稳定、液压泵等元件的配合间隙处的内外泄漏等。

2.2液压系统故障诊断方法

查找液压系统故障的传统方法是：有经验的维修技术人员凭感官和经验，通过看、问、听、触、测等判断故障的原因。看，就是看系统中故障的现象，各元件的型号、工作方式、磨损情况和一些工作数据；问，就是询问操作人员设备的运行情况，特别是出现故障前后的经过、异常情况和工作记录；听，就是指听系统有无异常声音，如噪音等；触，是指触摸各元件的冷热、振动、爬行等；测，是指借助于一些简单的仪器对某些参数进行测量。这样诊断故障的准确性和速度往往和维修人员的经验丰富与否有很大关系。目前，在船舶上大都采用这种方法，这就需要经验丰富的维修人员，从而给液压系统的使用和维修带来很大的不便。这也对液压系统的故障诊断提出了更高的要求，传统的诊断方法已不能满足现代工业迅速发展的要求，自动化设备都趋向于机-电-液一体化。因此，迫切要求液压系统故障诊断实现现代化。

除传统的经验诊断方法外，液压系统还可采用下面几种方法进行诊断：

一，逻辑诊断法

逻辑诊断法从故障的现象出发，采取符合逻辑、适合液压故障规律的查找顺序进行分析故障原因的一种方法，逻辑诊断法一般按以下四步进行：

1、提出问题。即了解故障现象，看系统出了什么问题。

2、对所提问题的答案作出假设。就是推断可能引起所产生故障的原因，这个过程中，应遵守由表及里和先易后难的原则，以减少盲目拆卸。同时应考虑电磁铁、继电器等电器元件发生故障的可能性和某些外围条件是否正常。

3、验证各假设是否成立。这就是要对提出的各种可能引起故障的原因进行分析、验证，从而找出真正的原因。

4、得出结论。根据验证的结果可得出最后结论，找出故障的真正原因。

采用这种方法，可保证诊断工作有条不紊地沿着正确的方向进行，提高诊断效率与准确性。此方法不需要其它测量设备和传感器等。简单易行，便于推广，适合于我国目前的情况。但比较繁琐，可能要经过大量的前提假设——验证过程才能找出原因。

二，用溢流阀检测故障

利用溢流阀检测故障的方法是在溢流阀上装一个压力表，组成一个简单的检

测元件。然后利用溢流阀对系统中的被测部分进行模拟加载，从压力表和溢流阀上观察加载过程中，被测点的压力及流量变化情况，从而判断被测部分是否有故障。见下图2.1所示，液压系统由三大部分组成：油泵、控制元件和执行元件，用这种方法检测最好是从油泵开始，然后到各控制元件，最后检测执行机构，则可一步一步准确地确定出故障部位。如果把A处接头拆开，把溢流阀接上，再由低到高调节溢流阀的调压手柄，相当于给油泵加了一个负载。从压力表上指示的压力值和溢流阀回油口的流量多少，就可以判断出液压泵的压力和流量是否正常。将溢流阀装在B处，用同样的方法就可知道控制元件的工作是否正常。当然，一般的液压系统中，按照油流顺序，对每一个控制元件都可用此方法检测故障。