李琦

（中冶陜壓重工設(shè)備有限公司，陜西 富平 711711）

液壓傳動相對機(jī)械傳動具有操作方便，過載保護(hù)及便于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)機(jī)械中，由于系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，零件老化等原因易造成故障，通過有限的檢測、報(bào)警元件不能達(dá)到故障診斷的目的，不能及時排除故障而影響生產(chǎn)。復(fù)雜的液壓設(shè)備由多個子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)相互影響，結(jié)構(gòu)具有相關(guān)性，元部件出現(xiàn)故障會誘發(fā)其他子系統(tǒng)故障，液壓系統(tǒng)故障具有層次性特點(diǎn)，故障原因存在復(fù)雜關(guān)系，許多結(jié)構(gòu)故障現(xiàn)象未查明原因。要求系統(tǒng)故障診斷者具有較高實(shí)踐能力，更好地處理液壓系統(tǒng)工作中復(fù)雜的故障情況。研究鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 自由鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究

隨著科技的不斷發(fā)展，自由鍛造油壓機(jī)應(yīng)用于各領(lǐng)域，鍛造油壓機(jī)是快速鍛造操作簡單的鍛壓設(shè)備，可以提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)，可完成鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯移和切割等自由鍛造工藝，主要用于對軸類、圓環(huán)、餅類和金屬板零件鍛造成型等，提高國家重工業(yè)發(fā)展技術(shù)水平[1]。液壓油是鍛造油壓機(jī)工作介質(zhì)，將油壓機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生壓力勢能傳遞給液壓元件推動設(shè)備運(yùn)行，液壓系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)逐漸失效造成系統(tǒng)壓力降低、液壓油泄露，由于液壓油成本高，一旦發(fā)生泄露會造成很大經(jīng)濟(jì)損失，研究液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)非常重要。

液壓傳動系統(tǒng)具有其他傳動方式難以替代的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于石油化工、鐵路交通、起重運(yùn)輸?shù)裙こ碳夹g(shù)領(lǐng)域[2]。由于對液壓知識了解不夠，許多設(shè)備液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障難以診斷排除，液壓系統(tǒng)具有功率大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)在各類設(shè)備中處于控制重要地位，隨著液壓系統(tǒng)向大功率方向發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障率不斷提高。液壓控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中起到主導(dǎo)作用，液壓系統(tǒng)故障診斷成為企業(yè)科技發(fā)展所需，研究液壓故障診斷技術(shù)具有很強(qiáng)必要性[3]。故障診斷是對液壓元件系統(tǒng)故障原因分析判斷，大多數(shù)液壓設(shè)備復(fù)雜，故障診斷始于20世紀(jì)60年代，80年代液壓故障診斷技術(shù)迅速發(fā)展，人們將液壓控制理論等應(yīng)用于液壓系統(tǒng)，智能診斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)辯證與數(shù)理邏輯集成，推理預(yù)算法過程統(tǒng)一等功能，基于智能技術(shù)的故障診斷法主要有模糊邏輯診斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法等[4]。自由鍛造液壓機(jī)控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 自由鍛造液壓機(jī)控制系統(tǒng)

現(xiàn)代化設(shè)備自動化程度不斷提高，故障診斷技術(shù)是機(jī)械液壓電子技術(shù)等綜合應(yīng)用，現(xiàn)代化設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)故障具有直觀性，液壓系統(tǒng)故障由于具有機(jī)械與電氣性質(zhì)綜合性，故障形式多樣，大部分設(shè)備故障非獨(dú)立存在，現(xiàn)代化設(shè)備出現(xiàn)故障難以進(jìn)行準(zhǔn)確判斷[5]。液壓系統(tǒng)以其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用，但設(shè)備出現(xiàn)故障后不易查找原因，系統(tǒng)各元件故障不如機(jī)械設(shè)備直觀，不能用萬用表等方便測量參數(shù)，液壓設(shè)備僅靠壓力表等指示系統(tǒng)工作參數(shù)，對系統(tǒng)故障診斷帶來很大不便，液壓系統(tǒng)常見故障包括工作部件運(yùn)動爬行，工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度不夠等；故障主要原因包括空氣進(jìn)入系統(tǒng)、零件磨損嚴(yán)重等。液壓元件系統(tǒng)常見故障診斷方法包括簡單觀測法、現(xiàn)場試驗(yàn)法和拆檢元件法等。

液壓系統(tǒng)故障診斷觀測法包括壓力表測試壓力，溫度計(jì)測試元件表面溫度等?，F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)是獲取液壓裝置有關(guān)信息的重要途徑，采用簡單的儀器儀表，有利于實(shí)現(xiàn)故障分析人員的意圖，故障分析實(shí)驗(yàn)法包括改變考察對象輸入量，將其與常態(tài)下輸入輸出關(guān)系對比，考察比例閥狀態(tài)的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)[6]；改變考察對象部分結(jié)構(gòu)狀況發(fā)現(xiàn)問題?，F(xiàn)場故障分析是不斷深入過程，需要對故障液壓元件拆卸分解，拆卸分解時注意釋放系統(tǒng)壓力，在清潔場地時，注意液壓元件內(nèi)部零件裝配關(guān)系，保證重新裝配與原裝配一致。隨著科技的發(fā)展，精密診斷技術(shù)監(jiān)測液壓裝置狀態(tài)非常普及，可以監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。目前典型精密診斷技術(shù)包括系統(tǒng)壓力動態(tài)測試，元件殼體振動信號監(jiān)測。

2 自由鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障分析

自由鍛造油壓機(jī)是結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高性能壓力鍛造設(shè)備，廣泛應(yīng)用于裝備制造、汽車加工配件、金屬材料加工成型等諸多行業(yè)，在提高國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面具有重要意義。鍛造油壓機(jī)是利用油液產(chǎn)生壓力能通過控制閥、油缸、液壓馬達(dá)等液壓控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)來工作的裝置，液壓系統(tǒng)是鍛造油壓機(jī)的核心部分，各液壓元件環(huán)環(huán)相扣，任何元件發(fā)生泄露都會引起其他元件發(fā)生故障。鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障處理需要了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，分析液壓系統(tǒng)常見故障類型特點(diǎn)。

2.1 液壓系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)

液壓傳動技術(shù)用途廣泛，液壓傳動是根據(jù)液體靜壓力傳動原理發(fā)展的技術(shù)，當(dāng)前流體傳動技術(shù)成為國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。液壓傳動是利用液壓泵將原動機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，經(jīng)過各種控制閥傳遞，驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動。液壓傳動系統(tǒng)根據(jù)特有傳遞方式具有傳動平穩(wěn)，承載能力大，便于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)；同時存在實(shí)現(xiàn)定比傳動困難，不宜遠(yuǎn)距離輸送動力，液壓元件制造精度要求高等缺點(diǎn)[7]。

液壓傳動是能量轉(zhuǎn)換的體現(xiàn)，可以快速進(jìn)行設(shè)計(jì)單元化施工，需要了解液壓系統(tǒng)功能模塊，鍛壓機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括控制執(zhí)行與輔助單元等，壓力源是液壓系統(tǒng)動力來源，液壓泵工作條件為能實(shí)現(xiàn)周期性變化的密封工作容積，常用的液壓泵按結(jié)構(gòu)分為齒輪泵，柱塞泵、葉片泵、螺桿泵等。執(zhí)行單元是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能單元，根據(jù)運(yùn)行形式分為液壓缸與馬達(dá)[8]。液壓控制單元是系統(tǒng)的重要部分，將人為邏輯功能與液壓動作聯(lián)系控制裝置，控制單元多為液壓控制閥組，在使用維修上是主要控制點(diǎn)，對控制單元研究與故障處理是系統(tǒng)的關(guān)鍵。輔件是液壓系統(tǒng)的重要部分，包括過濾器、熱交換器、密封裝置等。液壓輔件合理設(shè)計(jì)影響系統(tǒng)的效率等技術(shù)性能，是保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要部分。

2.2 液壓系統(tǒng)故障類型

液壓設(shè)備由機(jī)械電氣等裝置組成，某故障現(xiàn)象可能由許多因素造成，分析液壓故障原因需要了解工作原理與各元件作用。液壓系統(tǒng)工作液在元件中流動情況難以了解，要求人們具備較強(qiáng)的分析故障能力，在機(jī)械液壓復(fù)雜關(guān)系中找出故障原因。液壓系統(tǒng)故障按性質(zhì)分為確定與隨機(jī)故障，根據(jù)指示形式包括有報(bào)警與無報(bào)警顯示。液壓系統(tǒng)故障具有多樣性，隱蔽性與偶然性等特點(diǎn)。

液壓系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象包括壓力失調(diào)與振動噪聲等。液壓系統(tǒng)故障大多為多個故障同時出現(xiàn)，相同故障原因復(fù)雜，壓力不穩(wěn)常與振動噪聲同時出現(xiàn)，液壓系統(tǒng)需要機(jī)械電氣系統(tǒng)配合，相同原因會引起多個故障。液壓傳動依靠在密封管道內(nèi)油液傳遞動力，故障不如機(jī)械傳動系統(tǒng)直觀，液壓裝置損壞往往發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部，現(xiàn)場檢測條件有限，使得液壓系統(tǒng)故障分析困難。故障原因往往相互交織，如壓力達(dá)不到要求可能由于溢流閥引起。系統(tǒng)執(zhí)行原件泄露引起壓力不足，混入空氣會引起流量波動，相同癥狀可能有多種原因，故障源產(chǎn)生多個癥狀可利用多個癥狀組合確定。液壓系統(tǒng)運(yùn)行中受到各種隨機(jī)性因素影響，如阻尼孔堵死，電磁鐵吸合異常等。

3 自由鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷工藝

自由鍛造油壓機(jī)設(shè)備液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障要根據(jù)實(shí)際情況診斷，保證設(shè)備正常工作。液壓系統(tǒng)故障診斷需要熟悉液壓元件工作特性，掌握系統(tǒng)配置關(guān)系；建立健全設(shè)備技術(shù)狀況檢查維護(hù)檔案，熟悉各類液壓元件故障現(xiàn)象與檢查方法，熟悉運(yùn)用液壓系統(tǒng)故障診斷分析方法，注意學(xué)習(xí)應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的診斷技術(shù)。鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷流程包括勘察與排除，故障診斷要遵循從簡單到復(fù)雜的原則。

3.1 液壓系統(tǒng)故障診斷流程要求

自由鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷流程包括勘察與維修，故障勘察是深入故障現(xiàn)場通過觀看測試等了解發(fā)生異?，F(xiàn)象，充分掌握維修所需材料，為診斷提供判斷實(shí)際依據(jù)?，F(xiàn)場勘察需要注意設(shè)備故障運(yùn)行工況，故障環(huán)境與場地勘察，故障報(bào)警信息等。故障診斷是根據(jù)故障機(jī)理羅列可能產(chǎn)生的原因，通過系統(tǒng)分析等方法對原因逐點(diǎn)分析分離故障部件，故障診斷根據(jù)診斷方法不同分為經(jīng)驗(yàn)診斷法，故障樹診斷法等。

為高效查找液壓故障原因，需要設(shè)定合理的檢測次序，通常從簡單到復(fù)雜進(jìn)行故障檢測，液壓系統(tǒng)故障檢測從主要到次要使得故障處理更加高效。在故障原因不明時，應(yīng)按拆卸分解元件難度設(shè)定檢測次序，先檢查外部因素簡單元件，最后檢查液壓缸與馬達(dá)。故障分析中對可能存在的故障懷疑點(diǎn)深入檢查，確定故障原因依據(jù)包括與故障相關(guān)特征信息出現(xiàn)，如元件使用時間長為元件損壞原因，元件使用時間是判斷其損壞的依據(jù)。根據(jù)特征信息排定故障檢測次序，逐一考察確定特征信息，根據(jù)引起故障初始原因排定檢測次序，先檢查負(fù)載率高的元件。根據(jù)癥狀故障原因統(tǒng)計(jì)概率結(jié)論排定檢測次序，對相同癥狀原因可能性排序?，F(xiàn)場故障可以通過匯總分析經(jīng)驗(yàn)編制故障處理手冊，按照從難到易的原則羅列檢查點(diǎn)。

3.2 液壓系統(tǒng)故障診斷方法

自由鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障常用診斷方法包括經(jīng)驗(yàn)覺檢診斷法、推理驗(yàn)證法、化整為零局部判斷法，邏輯分析法，聚零為整綜合判斷法等。經(jīng)驗(yàn)覺檢診斷法是利用身體感官分析液壓系統(tǒng)故障表象，需要檢查人員具有豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)覺檢法分為體視聽觸等方面，經(jīng)驗(yàn)覺檢法只能定性進(jìn)行診斷，問診主要通過詢問方式判斷設(shè)備故障前運(yùn)行狀態(tài)，包括設(shè)備安裝時間，故障原因次數(shù)等信息。聽診是根據(jù)液壓缸異常聲響，軟管振動等判斷故障原因；觸診是通過觸覺判斷液壓元件油溫高低，元件處感覺高頻振動判斷為異常。

生產(chǎn)現(xiàn)場通常出現(xiàn)疑難故障，維修人員不知道異常參數(shù)與癥狀原因，通常對故障癥狀產(chǎn)生原因積極假設(shè)，通過驗(yàn)證分析找到解決問題路徑。假設(shè)時展開思路，可將系統(tǒng)組成要素作為懷疑對象考察，找到有說服力的證據(jù)驗(yàn)證。假設(shè)與驗(yàn)證交替進(jìn)行，通過實(shí)驗(yàn)拆卸分解觀測辨別假設(shè)真?zhèn)??；麨榱闼悸肥腔谀K化原則的思路，有些系統(tǒng)功能繁雜，處理故障難以對整體分析，將系統(tǒng)按功能模塊化分割可以快速找到故障點(diǎn)，可以將系統(tǒng)功能與故障原因化整為零。液壓系統(tǒng)中癥狀對應(yīng)系列故障原因，可以劃分故障原因不同層次包含子系統(tǒng)，可以用因果關(guān)系圖，通過故障樹對故障原因化整為零。聚零為整綜合判斷法包括通過不同方式對相同問題考察，綜合系統(tǒng)多種癥狀得出結(jié)論。

4 自由鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷軟件與預(yù)防維修

液壓系統(tǒng)故障會影響設(shè)備正常運(yùn)行，大多數(shù)液壓故障由于日常維護(hù)不及時，關(guān)鍵環(huán)節(jié)液壓設(shè)備出現(xiàn)故障損失巨大，要求設(shè)計(jì)安裝必須嚴(yán)格遵守設(shè)備維護(hù)手冊要求進(jìn)行，可以提高設(shè)備的運(yùn)行效率。鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷需要找出設(shè)備管理關(guān)鍵點(diǎn)，采取有效的維護(hù)措施，設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)故障診斷軟件，提高液壓系統(tǒng)故障診斷效率，保證液壓系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1 液壓系統(tǒng)故障診斷軟件

自由鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷軟件針對系統(tǒng)故障診斷方法進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)，可以對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢添加等系列功能，系統(tǒng)基于C/S結(jié)構(gòu)下查詢編輯數(shù)據(jù)系統(tǒng)，使用Visual Studio為開發(fā)平臺，客戶端程序采用C#編寫，采用C/S架構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，將前臺設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫訪問嚴(yán)格劃分。界面設(shè)計(jì)采用上面功能按鈕下面數(shù)據(jù)表格設(shè)計(jì)，添加幫助文件輔助用戶使用，使設(shè)計(jì)人員從冗雜的數(shù)據(jù)查找中解脫。液壓故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 液壓故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

C#是簡單安全的程序設(shè)計(jì)語言，吸收C++等語言的優(yōu)點(diǎn)，具有語言簡潔性與支持跨平臺性。系統(tǒng)采用net FrameWork4.0框架進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，采用access為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。主要功能包括查詢編輯與刪除等，主界面主要用于添加刪除等操作，查詢功能可以通過篩選條件定位某列數(shù)據(jù)，編輯功能可以選定內(nèi)容修改數(shù)據(jù)；用戶可通過添加新數(shù)據(jù)按鈕添加新數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)刷新返回主頁面。用戶可通過刪除所選行刪除整行數(shù)據(jù)，選中整行數(shù)據(jù)點(diǎn)擊刪除所選行按鈕點(diǎn)擊確認(rèn)刪除，點(diǎn)擊取消按鈕不刪除數(shù)據(jù)，刪除某單元格數(shù)據(jù)在編輯文本框中刪除。

4.2 液壓系統(tǒng)故障預(yù)防維護(hù)

液壓系統(tǒng)維護(hù)方案在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮，維修時通常排空油箱油液，運(yùn)行期間要經(jīng)常檢查油位，按要求清洗濾油器，系統(tǒng)是否更換新油液取決于油液老化度，較大系統(tǒng)不超過10000 h換油，檢查油液狀態(tài)需要進(jìn)行取樣，由濾渣顏色看出油的老化度，是否換油取決于油的污染程度。應(yīng)定期檢查管道系統(tǒng)是否泄露，主回路工作壓力每周定期檢查，系統(tǒng)壓力調(diào)整次數(shù)多表明溢流元件磨損。結(jié)束維修前對液壓系統(tǒng)徹底檢查。

液壓設(shè)備維護(hù)基本方法包括保持系統(tǒng)具有品種充足的液壓油，保持聯(lián)系處緊固嚴(yán)密。液壓系統(tǒng)換油要將油液排放干凈，拆下油箱清理蓋，取下吸油口處濾油器，清洗后重新裝入系統(tǒng)前吹掉蓋罩殼體未清洗污物?？梢杂枚虝r間注油沖洗法清洗液壓系統(tǒng)殘留油液臟物，化學(xué)性變化油液不得使用，將足夠清洗油液注入油箱，進(jìn)行沖洗油要經(jīng)過濾油車注入油箱。使清洗油在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)15～20 min，要保證清洗油從油箱中完全排放，清洗油可能含有很多系統(tǒng)脫落金屬顆粒，濾油器濾芯要定期更換，舊泵隨污染增加逐漸磨損，新泵不能承受高污染，需要徹底清洗換油保證元件使用壽命。液壓設(shè)備由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障維修難度大，要求維修人員不斷提高維修水平。

5 結(jié)束語

本文研究介紹自由鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷維修技術(shù)，闡明鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，總結(jié)液壓系統(tǒng)常見故障類型；歸納液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)方法，設(shè)計(jì)系統(tǒng)故障診斷軟件，提出液壓系統(tǒng)故障預(yù)防維修措施。隨著液壓系統(tǒng)在國內(nèi)機(jī)械航空等行業(yè)的應(yīng)用，對系統(tǒng)故障維修提出更高的要求。近年來液壓系統(tǒng)傳動在治污降噪等方面取得長足發(fā)展，液壓傳動方式具有獨(dú)特優(yōu)勢，液壓傳動元件類型與系統(tǒng)設(shè)計(jì)等發(fā)生很大變化，自由鍛造機(jī)液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)多樣性，生產(chǎn)中要了解常見故障原因，積極研究現(xiàn)代先進(jìn)診斷技術(shù)，會提高系統(tǒng)故障診斷準(zhǔn)確性。