液压系统状态监测与故障诊断

液压系统状态监测液压系统状态监测与与故障诊断故障诊断铁路运输中心罗涛•液压传动定义及组成•液压传动的优缺点•液压传动工作原理•液压故障诊断•液压系统检测•液压系统故障诊断检测技术的发展趋势机械传动（mechanics）:常用零件为齿轮、曲轴、轴、皮带等。气压传动（pneumatics）:常用空气或其它气体为传输介质。电器传动（electrics）:常用零件是直流电机,可控硅,交流电机变频器等.液压传动液压传动（Hydraulics）是以液体为工作介质，通过驱动装置将原动机的机械能转换为液压的压力能，然后通过管道、液压控制及调节装置等，借助执行装置，将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。1液压传动定义及组成液压系统一般有以下几个部分组成：传动介质控制元件辅助元件执行元件2液压传动的优缺点2.1液压传动系统的主要优点液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点：（1）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、结构紧凑。（2）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；（3）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向；（4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1），它还可以在运行的过程中进行调速；（5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；（6）容易实现直线运动；（7）既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制。2.2液压传动系统的主要缺点（1）液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的。（2）工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。（3）由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。（4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。液压、气动、电气系统的对比液压、气动、电气系统的对比引起误动作无影响无影响磁场的影响采用蓄电池采用简单压力容器采用蓄能器蓄能装置0.05～0.150.02～0.10.06～0.1输出装置动作时间/s300000360以内1000传递信号速度m/s小于90％小于30％70％左右传动系统总效率中低高重复定位精度中差好运动平稳性小中大功率重量比电气系统气动系统液压系统对比项目图1-1液压举升机构结构式原理图(a)系统原理图；(b)、(c)换向阀1、2－单向阀；3－溢流阀；4－节流阀；5－换向阀；6－工作机构；7－液压缸；8－液压泵；9－过滤器；10-油箱3液压传动工作原理液压故障诊断的主要内容是根据故障症状（现象）特征，借助各种有效手段，找出故障发生的真正原因，弄清故障机制，有效排除故障，并通过总结，不断积累丰富经验，为预防故障的发生以及今后排除类似故障，提供依据。故障诊断总的原则是先“断”后“诊”。故障出现时，一般以一定的表现形式（现象）显露出来，所以诊断故障先应从故障现象着手，然后分析故障机理和故障原因，最后采取对策，排除故障。其步骤如图所示：故障现象（外部表现形式）的调查故障原因（故障机理）的分析故障的排除和修理故障诊断步骤液压设备故障管理4液压故障诊断4.1故障调查故障现象的调查内容力求客观、真实、准确与实用，可用故障报告单的形式记录，报告单的内容有：设备种类、编号、生产厂家、使用经历、故障类别、发生日期及发生时的状况；环境条件：温度、日光、辐射能、粉尘、水气、化学性气体及外负载等。4.2故障原因故障原因一般难找，但一般情况下导致故障的原因，有下述几个方面：①人为因素：操作使用及维护管理人员的素质、技术水平、管理水平及工作态度的好坏，是否违章操作，保养状况的好坏等。②液压设备及液压元件本身的质量状况；原设计的合理程度、原生产厂家加工、制造、安装质量好坏，用户的调试使用保养状况等。③故障机理的分析；例如使用时间长、磨损、润滑密封机理、材质性能及失效形式液压油老化劣化、污染变质等方面。液压油机械电气液压其它4.34.3液压故障的重要特点液压故障的重要特点（1）隐蔽性液压装置的损坏与失效，往往发生在深层内部，由于不便装拆，现场上的检测条件也很有限，难以直接观测，故障分析困难。（2）机电液耦合性液压系统往往是一个集机、电、液、仪表于一体的综合系统，它的故障通常表现为机械故障、电气故障、液压故障复杂耦合，使液压设备故障诊断技术面临巨大困难。（3）交错性液压系统的故障，其症状与原因之间存在各种各样的重叠与交叉。一具症状可能有多种原因引起；一个故障源也可能引起多处的症状；一个症状也可能同时由多个故障源叠加起来形成的。（4）随机性液压系统在运行过程中，受到各种各样的随机性因素的影响，故障具体发生的变化方向不确定，会造成判断与定量分析的困难。（5）差异性由于设计、加工材料及应用环境等的差异，液压元件的磨损劣化速度相差很大。一般的液压元件寿命标准在现场无法应用，只能对具体的液压设备与液压元件确定具体的液压设备与液压元件确定具体的磨损评价标准。4.4故障管理故障管理的主要做法是：①调动全员参加故障管理工作。建立故障管理体系，实行区域维护责任制和区域故障限额指标，把责、权、利统一起来，考核评比，奖惩分明。②从基础工作抓起，紧密结合生产要求和设备现状，确定设备故障管理重点，采取减少设备故障和措施。要把对生产影响大，容易发生故障、故障停机时间较长或损失较大、修理较难的设备（如珍稀设备、当家设备及重要的进口设备）列为故障管理的重点，进行严格管理。③做好设备的故障记录。故障记录是实施故障管理、进行故障分析和处理的依据。必须建立检查记录、维修日记，健全原始记录。有条件的应开发点检，认真填写“设备故障维修单”，报送设备管理部门。4.54.5查找液压故障的基本方法（故障诊断法）查找液压故障的基本方法（故障诊断法）•根据液压系统图查找液压故障•熟悉液压系统图是从事液压设计、使用、调整、维修及排除液压故障等方面工作的技术人员和技术工人的基本功，是排除液压故障的基础，也是查找液压故障一种最基本的方法。•液压系统图是表示液压设备工作原理的一张简图，它表示该系统各执行元件能实现的动作循环及控制元件符号名称、结构、原则、性能、功用，应熟悉、能读懂液压系统图。如前所述，从故障现象分析入手，查明故障原因是排除故障的最重要和较难的一个环节，特别是初级液压技术人员，出了故障后，往往一筹莫展，感到无处下手。此处从实用的观点出发，介绍一些查找液压故障的典型方法：•从电气和液压元件的相互关系查找液压故障•液压传动设备（机械），其控制系统一般由两部分构成。即电气部分和液压部分。负责电气或液压的人员往往不能迅速做出判断和分析。主要原因在于他们只熟悉本专业的技术，而对相关知识知之甚少。“机—电一体化”还是近些年的事。企业中既懂电，又懂机械液压的“全才”目前还极少。为了迅速准确排除液压设备故障，弄清电气和液压元件的工作原理、功能和作用，弄清它们相互之间的类比关系是有很大益处的。•电气和液压的共性（类比）关系•如表所示，对应元件之间，功能几乎相同，称之为共性关系，维修人员若掌握电气和液压功能相同的对应元件，就可凭借电气和液压知识完整地掌握整个控制系统的工作原理，一旦出现故障，可以全方位地考虑问题所在。计量通过流量流量计显示电流电流（安培）表测量显示压力压力表显示电压电压表显压压下时，接通或断开油路行程阀压下时，接通或断开电路行程开关通、断产生压力损失、压降液阻（阻尼器）降压电阻压降蓄积、释放压力能消除脉动和冲击压力蓄能器蓄积、释放电能去交流部分电容器、蓄电池蓄能将油压信号转成电信号压力继电器将热信号转成电信号热继电器信号转换控制主油路接通断开电磁阀等控制主电路接通、断开接触器通、断控制油液单向流动单向阀控制电流单向流动二极管单向流动将液压能转换成机械能液压马达、液压缸将电能转换成机械能电动机能量转换调节输出油压溢流阀调节输出电压可控硅调压稳定输出油压减压阀稳定电压稳压管稳压将油压降低（二次油压）减压阀将电压降低（次级电压）减压变压器减压将油压升高增压器将电压升高升压变压器增压输送液流管路输送电流导线输送提供液压力能液压泵提供电能发电机动源作用名称作用名称液压元件电气元件功能A1A2液压泵溢流阀换向阀平衡阀4.6.液压常见系统故障及排除实例4.6.1压力不正常4.6.1.1液压泵的故障4.6.1.1.1产生原因：泵零件磨损及损坏。4.6.1.1.2排除方法：更换泵。4.6.1.2压力阀的故障4.6.1.2.1溢流阀调压失灵：主要由污染造成，阻尼小孔堵塞，阀芯关闭不严或卡死，卸荷换向阀电磁铁烧坏等。更换或清洗。4.6.1.2.2减压阀调压失灵：同上。4.6.1.3压力不正常的其他原因：内泄，负载变化不正常等。4.6.2振动和噪声4.6.2.1振动和噪声产生的原因：泵（马达）安装问题及泵的磨损、损坏；溢流阀磨损及谐振等；电磁铁的振动；管道的振动等。4.6.2.2振动和噪声的排除方法4.6.3爬行4.6.3.1产生爬行的原因：泵磨损，换向阀磨损，内泄；执行元件磨损；节流阀未充分打开；混入空气；负载变化等。4.6.3.2爬行的排查4.6.4系统油温过高4.6.4.1温升原因：设计不当；使用不当（环境温度及油液粘度）；系统磨损及内泻等。4.6.4.2简单防治：设置冷却器。4.6.5进气和气穴4.6.5.1系统进入空气和产生气穴的危害4.6.5.1.1混入空气的危害：速度不稳，气穴等4.6.5.1.2气穴的危害4.6.5.2空气混入的途径和气穴形成的原因4.6.5.3油泵气穴的防治方法：泵的安装及检修。4.6.6液压卡紧和卡阀4.6.6.1液压卡紧的危害4.6.6.2产生液压卡紧和卡阀现象的原因4.6.6.3消除液压卡紧和卡阀现象的措施：清洁油液及元件。5液压系统检测5.1压力检测压力检测常用压力表、压力继电器以及压力传感器（压力变送器）。（1）压力表用于目测；（2）压力继电器是利用油液的压力来开启或关闭电气触点，发出电信号，控制电气元件动作，实现液压系统的自动控制。（3）压力传感器（压力变送器）是将压力转换为电信号，传递给数显表或者用于计算机或PLC对液压系统进行数字控制。液压系统主要信息可以通过压力和流量来传递，如同电气系统可以通过电压和电流来判断。压力传感器（压力变送器）压力继电器电接点压力表5.2流量检测流量计流量传感器（变送器）5.3电器检测液位开关双金属温度计5.4其他检测诊断仪器•在线油液清洁度监测仪—在线、实时、连续取样、报警提示，能够即时掌握分析液压系统的动态污染诊断和磨损趋势。•便携式液压测试仪—适用于施工设备液压系统流量、压力、温度的现场诊断、测量。•数显液压试验台——用于液压泵、马达、阀件等液压设备的校验及诊断。可根据用户需要进行设计制造。66液压系统故障诊断检测技术的发展趋势液压系统故障诊断检测技术的发展趋势•随着数据处理技术、计算机技术、网络技术、和通信技术飞速发展以及不同学科之间的融合，液压系统的故障诊断技术已经逐渐从传统的主观分析方法向虚拟化、高精度化、智能化、状态化、网络化、交叉化得方向发展。•⑴虚拟化•虚拟化是指监测与诊断仪器的虚拟化。传统仪器是由工厂制造的，其功能和技术指标都是由厂家定义好的，用户只能操作使用，仪器的功能和技术指标一般是不可更改的。随着计算机技术、微电子技术和软件技术的迅速发展和不断更新，在国际上出现了在测试领域挑战整个传统测试测量仪器的新技术，这就是虚拟仪器技术。•⑵高精度化•对于高精度化，是指在信号处理技术方面提高信号分析的信噪比。不同类型的信号具有不同的特点，即使是同一类型的信号也可以从不同的角度进行描述和分析，以揭示事物不同侧面之间的内在规律和固有特性。对于液压系统而言，其信号、系数通常是瞬态的、非线性的、突变的，而传统的时域和频域只适用于稳态信号的分析，因此往往不能揭示其中隐含的故障信息，这就需要需找一种能够同时表现信号时域和频域信息的方法，小波分析就应运而生。•⑶状态