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液压培训教程

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1.1基本概念

电液系统主要指普通液压传动系统和液压伺服控制系统。

它们控制的设备在各个领域己广泛应用，许多己成为生产中的关键设备,液压设备的可靠运行显得更为突出和重要。

但由于液压系统运行中发生的故障不易正确判断，排障困难，这就造成停工时间长，导致降低生产率等经济损失，而且有可能导致严重的人员伤亡。

因此确保液压系统正常,可靠,稳定工作,是发展液压技术的关键.

电液系统故障诊断包含了两层意义，即系统出现故障后进行诊断和系统故障先兆诊断。

系统故障先兆诊断是对系统的故障进行“监测”和“诊断”两层意思，它又称系统状态监测和故障诊断技术。

它是建立在检测技术，信号处理等基础上的一门新学科。

它可以在系统还未出现故障前就能预测，避免系统故障的产生，提高系统运行的可靠性。

故障诊断技术作为一门新的学科，越来越显出它的重要性.

1.2电液系统的故障

电液系统在工作中丧失或不能达到设计的功能,或与予期的参数不符,出现某些问题不能正常运行的状况称之故障。

1.3电液系统故障诊断

液压设备是由机械液压电气及其仪表等装置有机地组合成的统一体，系统的故障分析也是由各方面因素综合影响的一个复杂问题。

实际经验表明，电液系统发生故障，除设计制造等因素外，还受使用，管理，维修等多方面因素影响。

因此分析电液系统故障时，须从它的基本工作原理出发，以元件的构造与工作特性为基点，排除设计制造安装缺陷带来的问题，正确判断产生故障的原因，并能预测出未来的运行状态，这就是故障诊断。

电液系统故障诊断包含了对系统的故障进行“监测”和“诊断”两层意思，它又称系统状态监测和故障诊断技术。

状态监测－在系统运动中，通过检测仪表将系统内部的特征信息通过信号处理，实时地反映出系统的工作状态，元件的性能状态等，将运行的工作参数记录，并把这些参数储存起来，以便了解和掌握其运行状况，为分析和预测系统当前与未来运行状态，为判断故障发生的部位和原因提供依据。

故障诊断－将电液系统在运行中产生的故障，进行分析研究，找出故障发生的部位和原因，这就是故障诊断。

故障诊断又分先兆诊断和实时诊断。

先兆诊断－利用状态监测手段，结合专家系统软件对系统进行早期预测，预报薄弱环节，在未造成事故前，进行处理，避免了故障的产生。

实时诊断－在故障发生后，靠人员或专家的丰富实际经验及简单的仪表，进行分析和判断，寻找故障发生的部位和原因，及时处理和排除。

1.4电液系统故障与诊断的应用与发展     

         电液系统故障与诊断，从1795年液压传动开始被采用时就己经提出并成为维护使 用的重要组成部分。

但限于当时技术水平，缺乏监测诊断技术和手段，基本上是靠人工分析诊断，造成设备毁坏，尤为突出的是二次大战中盟军有大量军用设备采用电液

系统，由于缺乏诊断技术和手段，造成非战斗性损坏。

从那时起，人们开始意识到了发展监测诊断技术的重要性。

尤其是伺服系统的广泛应用，迫切要求从根本上解决系统故

障产生的原因，减少故障率并能进行故障预测为此电液系统状态监测和先兆诊断己提

到工作的议事日程上。

但由于作为监测诊断技术基础的电子技术，计算机技术，信号处理技术等尚未获得充分发展，因此，发展诊断技术并不快。

且由于电液系统状态监测

和先兆诊断涉及的理论与检测设备较复杂，造价高昂，因此限制了它的推广应用。

六十年代以来，随着电子技术，计算机技术与检测仪表等的飞速发展，特别是FFT方法获得突破性进展后，产生了数字信号处理和分析技术的新分支，为诊断技术的发展奠定了直接的和必须的技术基础。

最早发展设备诊断技术的国家是美国。

随后英国，日本等国也相继开展这方面的工作，并取得了一定的成果。

在设备诊断技术不断发展完善的同时，液压设备诊断技术也在不断发展，从理论上开始对液压设备的特殊性，故障机理，故障传播，以及液压系统失效根源进行研究，但多限于单个元件件和单一状态，对于整体状态的监测和诊断还处于起步阶段。

目前电液系统状态监测和先兆诊断己成为国内外液压界普遍关注的一个热点和难点。

国内外液压专家在开发研究这方面的工作上做了大量的工作，取得了一定成果，并在生产实际中得到了应用。

如美国OKLahoma大学流体动力中心在煤矿井下移动式液厮压机上进行在线监测，利用专家系统进行监测和先兆诊断。

又如日本主要在冷轧机的液压压下系统进行在线监测，和先兆诊断。

我国目前基本上是采用人工加部分检测仪表的方法进行实时诊断。

在线监测和利用专家系统进行先兆诊断的工作大部分处在实验研究阶段，有待于实际应用。

2     电液系统的故障                               

2.1     电液系统故障的分类   

   电液系统故障由于系统比较复杂，不同元件其故障机理与规律不同，故障原因模糊。

此外还有输入输出信号等电气系统，难以用较准确的模型描述，影响因素是多方面的，因此分类也较复杂。

 电液系统故障分类方法较多，主要有下列几种：

1.   按诊断对象分类

（1） 设备故障

     设备故障是指构成系统的各元器件失常、失效、破坏等。

如电液系统中，液压伺服阀反馈杆折断，泵失常等。

（2） 工作过程故障

     工作过程故障是指系统运行异常，不能达到设计预期的目标。

如系统运行速度不能达到预期的指标，压力低不能工作等

.动作故障

系统控制的设备动作出现故障（如动作不能完成，动作顺序不正确等）。

5.环保故障

系统产生振动或异常噪声，影响设备的正常使用和环保环境。

6.破坏性故障

 系统发生故障不能工作并出现危险（如泵轴折断，管道破裂，电磁铁烧坏等），系统完全丧失功能。

2.2     电液系统故障的特征

电液系统故障与机械传动和电气传动相比具有以下不同的特点：

1.电液系统各执行机构的动力，以及许多控制信号是靠液体传递的。

所以液体介质理化性质的稳定性直接关系到系统运行状态和工作可靠性。

2.电液系统的故障有隐蔽性和可变性，因此失效原因的判断比机械失效判断困难。

3.电液系统故障的多样性和复杂性。

液压设备出现的故障可能是多种多样的，而且在大多数情况下是几个故障同时出现的。

甚至与机械和电气部分的故障交织在一起，使故障变得复杂。

引起同一故障原因的多样化。

液压系统同一故障引起的原因可能有多个，而且这些原因常常是互相交织在一起互相影响的。

2）同一原因引起的故障的多样性。

电液系统中往往是同一原因，但因其程度的不同，系统结构的不同，所引起的故障现象可以是多样化的。

3）故障的产生与使用条件的密切相关性。

同一系统往往随着使用条件的不同，而产生不同的故障。

4）故障分析判断的难易程度及处理的难易性。

由于电液系统故障的具有上述特性，所以当系统出现故障后，要想很快确定故障的部位及其分析产生的原因是非常困难的。

须对故障进行认真检查，分析，判断，才能找出故障的部位及其产生的原因。

找出故障的部位及其产生的原因后，处理和排除却比较容易。

2.2.1 故障性质

       层次性－系统故障可按结构和功能，分解成若干层次的子系统（顺序和流程），而有不同的故障与之相对应，根据此建立相应的顺序和流程进行诊断。

       相关性－系统的某一部分或某一层次出现故障，同它相关的部分和层次也可能引起故障，使多种故障并存，并与各子系统间密切相关。

       延时性－系统故障的产生、传播和恶化都需时间，是可诊断和预测。

      不确定性－系统故障的发生、现象的表现、定量的描述和检测分析手段等都具有不确定性，诊断的复杂程度增加，所以需使用多种方法进行诊断，以提高诊断的准确性。

     可修复性－系统故障是可以修复的，可通过更换元件来处理，恢复其原有的功能。

     不可修复性－系统故障属破坏性，出现故障后无法修复，或修复费用过大而不再修复。

2.2.2   故障特征

1.     不同运行阶段的故障特征

（1）     调试阶段的故障特征

 1）     设计问题，安装问题，元件质量问题。

 2）     执行元件运动速度不稳定。

 3）     系统元件卡死。

 4）     系统外泄漏。

（2）     运行阶段的故障特征

 1）   接头连接处因振动松脱，电插头松脱。

 2）   密封件质量或安装不当，引起泄漏。

 3）   元件及管道内毛剌，型砂，焊渣等脱落引起管道堵塞。

 4）   周围环境散热差，油液温度过高，元件控制性能不稳定。

由于周围环境散热差，计算机或PLC控制出现故障.

运行到中期的故障特征故障率最低，注意油液污染。

（4）   运行到后期的故障特征

   1）   油液污染2）   易损件正常磨损。

应进行中修或大修。

2.     突发故障

       一般在运行初期和后期，故障发生的区域及产生原因较为明显。

如管道破裂，元件弹簧折断，密封件损坏等。

     此外还有由于安装维护不良或操作错误等造成的故障。

2.3 电液系统故障的属性

1. 故障元件－指系统出现故障的元器件。

故障参数－出现故障的物理量（如液压系统的压力，流量，泄漏；

执行机构的速度，力，位置，动作顺序；系统效率，振动，噪声等。

）

3. 故障症状－故障参数超出了规定范围，被人们观测到的现象，是故障的外在表现。

故障信息－反映系统内部损坏的情况的特征信息，人们不易观察到，

需要仪表检测，是故障内在表现。

3电液系统故障诊断                                 

电液系统故障诊断包含了两层意义，即系统出现故障后进行诊断和系统故障先兆诊断。

本章主要介绍系统出现故障后进行诊断的故障诊断技术。

3.1     电液系统故障诊断技术

       电液系统故障诊断技术主要有简易诊断技术和精密诊断技术。

3.2.1 简易诊断技术

       简易诊断技术（又称直接观测法或直接监测法）是靠维修工程技术人员利用简单的诊断仪器和个人的实际经验，对液压系统出现的故障进行诊断，判别产生故障的原因和部位，并提出相应的排除方法。

       简易诊断技术是普遍采用的方法，具体做法可归为简单的六个字，即一看二听三摸四闻五阅六问。

一看：

看液压系统工作实际状态。

               看液压系统中各测点的压力值和波动现象。

               看油液是否清洁变质，表面有否泡沫，油量及油粘度是否符合要求等。

               看有否泄漏。

               看工作部件工作时有无振动现象。

               看产品质量，判断运动机构工作状态，系统工作压力和流量的稳定性。

二听：

用听觉判断液压系统工作是否正常。

     听噪声（泵，压力元件等）是否过大，有无尖叫声。

     听冲击声。

液压缸，换向阀换向时的冲击声等是否过大，有无撞击现象等。

     听气蚀与困油的异常声。

     听敲打声（因液压泵损坏引起的液压油液的可压缩性影响:

三摸：

摸温升，摸振动，摸爬行，摸松紧程度（挡铁，开关，紧固螺钉等）。

四闻：

闻油是否变质，橡胶件是否过热发出特殊气味等。

五阅：

阅挡案有关故障分析和修理记录，检查维护记录等。

六问：

访问设备操作者，了解设备运行状况。

             问液压泵有无异常现象。

             问油，滤网等更换时间。

             问事故前压力或速度调节阀是否调节过，有何不正常现象。

             问事故前密封件或液压件是否更换过。

             问事故前后系统出现过何不正常现象。

             问过去常出现何故障，如何排除等。

3.2.2 精密诊断技术

       精密诊断技术是在简易诊断技术的基础上对有疑问的异常现象，采用测试仪表进行定量分析，从而找出发生故障原因的方法。

其方法如下：

   采用测试仪表进行定量分析法

     在设备的有关部位和各执行机构中装设监测仪器（如压力，流量，位置，速度，油位，温度等仪表或传感器），通过这些仪表测到的技术状况进行分析研究。

为了掌握系统运行状态，须了解其工作状态信息，从而识别和诊断系统发生的故障。

常见的方法有：

1直接性能测试方法

 直接性能测试方法是通过对元件和系统的性能测试，评价系统的工作状态。

基本思想是：

在正常情况下，被测试元件和系统的性能测量值应在正常范围内变动。

Ymin（t）Ymax（t）

其中Ymin（t），Yi（t），Ymax（t）分别为t时刻元件和系统第I项性能指标的下限值，实测值，上限值。

当此范围被突破时，可以认为故障己经发生或将要发生。

另外不可以用被测量的变化率是否满足下式来判别故障发生。

   Ymin（t）Ymax（t）

在元件和系统性能测试中，常用的测量指标有：

压力，流量，速度。

其它类型的参数。

这种方法简单，直观，但只有在系统失效发展十分严重时，性能指标变化才有所体现。

2基于因果关系的信息处理方法

1）油样分析法

电液系统中的污染物，带有大量反映系统内部状态的信息。

因此，通过对油液中污染物成分的鉴别和含量测定，可以了解系统的污染状况和工作状态，为故障诊断提供依据。

目前常用的油样分析技术有：

固体污染物的检测技术

显微镜检测技术：

利用显微镜和对比法进行检测。

技术简单，投资少，现场应用广，但误差大，费时费事。

自动颗粒计数器。

：

利用光学原理间接测量油液的污染度。

检测速度快，准确度高，操作简便，但由于自动颗粒计数器将油中悬浮的徽小气泡和水珠当作固体颗粒进行计数，因此，在测量前需对油样进行脱气处理，以减少计数误差，配有专门的污染检测设备。

目前大部分采用这种方法。

称重法：

设备简单，检测方便，但无法掌握颗粒的尺寸和分布特征。

铁谱分析法：

该项技术有专有设备，能够鉴别油液中与磨损有关的磨屑，进行磨屑成分和含量测定。

利用铁谱分析可得到定量的数据，也可进行定性分析。

辨别出液压系统的磨损状态及其部位，可为预报初期故障提供依据。

光谱法。

该项技术有专有设备，能够给出油液中污染物各元素臭成分，浓度，可辨别出液压系统的磨损状态及其部位，可为预报初期故障提供依据。

油中含水量的检测方法

蒸馏法：

设备投资少，方法简单，但误差大。

卡尔.费休法：

专有设备，精度高，能测出油中徽量水分，但价高。

基于振动，噪声，声发射信号分析的方法

当系统状态发生变化时，从系统上测得的振动，噪声，声发射信号也随之改变。

分析振动，噪声，声发射信号的变化便可分析系统的运行状态。

主要手段有：

谱分析法；概率密度法；相关分析法；自功率谱分析法；倒谱分析法。

此项技术均有合适的传感器和记录设备，可在设备上安装，检测信号引入计算机可进行早期故障诊断

热动态分析法

   当液压元件发生磨损时，其运动间隙增加，产生内泄，产生内泄功率损失直接转换成了热量。

由于泄漏损失与压差和泄漏量相关，测量它们的压力降和温度降，进行热的动态分析，便可实现对元件的磨损进行状态监测。

3.基于故障树的诊断方法

   从系统的最终故障开始，通过不断提问“为什么会出现这种现象？

”而逐级构造成一棵倒立的故障树。

通过对此故障树的启发式搜索，查到故障的最终原因。

在提问过程中，有效合理地使用系统的实时动态数据将有助于诊断过程的进行。

适于大型复杂系统。

这是实际应用中常用的确切可行的方法，但须具有丰富的有关故障与原因的经验和知识。

4.基于模式识别的诊断方法

   此方法须先选择出能表达系统故障状态的向量集；提取对故障状态最敏感的特征参数，构成特征向量集，即构成故障的基准模式集；由特征向量以一定的方式构成判别函数，用于识别系统目前状态属于哪个基准模式，或哪种故障状态。

这种方法须具有丰富的有关故障的经验和知识。

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5.基于模糊数学的诊断方法

   在液压系统中，有时状态描述是模糊的。

如温度正常，噪声不大等。

对此类系统故障进行分析和诊断的有效方法是采用模糊聚类分析法。

它是将模糊集划分成不同水平的子集，借此判定故障最可能属于的子集；或首先建立故障集的模糊向量S，同时建立当前故障的模糊向量D，通过一个模糊关系阵R由模糊方程S＝R。

D联系起来，若己知S和R，通过方程反解即可得到故障原因D。

6.基于人工神经网络的诊断方法

   故障诊断是对设备的故障模式进行分类和识别，或根据现有知识和推理机制推断出其故障之所在。

由于神经网络具有处理复杂多模式问题及进行联想，推理和记忆的功能，因此非常适合应用于故障诊断。

对于多特征复杂的故障模式，多故障及多过程的系统，可用大规模并行处理网络对其诊断。

对于系统的突发性故障或其它意想不到的异常现象，可用神经网络的联想，推理和记忆的功能，对其进行推理和诊断。

根据诊断的理论方法，神经网络可分为两大类：

模式识别和知识处理。

模式识别：

不监督学习－自组织特征映射。

           监督学习－多层感知器。

知识处理：

决策与猜测－知识处理网络

         处理不精确予盾或错误的数据－双向联想记忆。

         假设检验－自适应共振理论。

7.基于专家系统的方法

   专家系统是应用大量人类专家知识和推理方法求解复杂实际问题的一种人工智能计算机程序。

它具有相当数量的权威性知识，具备学习功能，并能采取一定的策略，运用专家知识推理，解决人们在通常条件下难以解决的问题。

专家诊断系统主要分为三类：

   基于浅知识的诊断推理系统－用系统的启发性知识来匹配观察到的故障症兆，经过解释直接与故障相对应。

该方法诊断速度快，但可能产生与诊断对象相关的多重假设，需用概率的方法及进一步检测来解决。

症兆与故函匹配是与诊断对象相关的，因此，旦系统有变，这种匹配就会失效，不便于推广，不易处理多重故障同时发生的情况。

 基于深知识的诊断推理系统－用系统结构知识和对系统行为的观察信息进行推理。

这种方法充分利用己知的系统功能关系来建立一个推理框架，达到诊断目的。

其优点在于其诊断推理是基于系统功能模型的，因而在理论上它具有处理以前没有遇到的故障情况的能力。

但它的有效性不如基于浅知识的诊断推理系统。

综合型诊断系统－上述两类系统的综合应用。

在诊断推理策略上根据用到的基本知识及其组织方式可大致分为四个层次：

基于结构的诊断推理；基于行为的诊断推理；基于功能的诊断推理；基于模式的诊断推理。

7.基于专家系统的方法

   专家系统是应用大量人类专家知识和推理方法求解复杂实际问题的一种人工智能计算机程序。

它具有相当数量的权威性知识，具备学习功能，并能采取一定的策略，运用专家知识推理，解决人们在通常条件下难以解决的问题。

专家诊断系统主要分为三类：

   基于浅知识的诊断推理系统－用系统的启发性知识来匹配观察到的故障症兆，经过解释直接与故障相对应。

该方法诊断速度快，但可能产生与诊断对象相关的多重假设，需用概率的方法及进一步检测来解决。

症兆与故函匹配是与诊断对象相关的，因此，旦系统有变，这种匹配就会失效，不便于推广，不易处理多重故障同时发生的情况。

 基于深知识的诊断推理系统－用系统结构知识和对系统行为的观察信息进行推理。

这种方法充分利用己知的系统功能关系来建立一个推理框架，达到诊断目的。

其优点在于其诊断推理是基于系统功能模型的，因而在理论上它具有处理以前没有遇到的故障情况的能力。

但它的有效性不如基于浅知识的诊断推理系统。

综合型诊断系统－上述两类系统的综合应用。

在诊断推理策略上根据用到的基本知识及其组织方式可大致分为四个层次：

基于结构的诊断推理；基于行为的诊断推理；基于功能的诊断推理；基于模式的诊断推理。

3.2.4 归纳分析

       在上述工作的基础上，进行综合分析，查定故障部位，排除与此无关的区域和因素，逐步把目标缩小到某个单元或元件，作出正确诊断。

3.3     诊断主要故障的方法

       液压系统中出现故障的原因是多方面的，但是其中必有一个主要原因。

寻找主要原因的方法有：

方框图分析法；鱼刺图分析法；液压系统图分析法；逻辑流程图分析法。

3.3.1   方框图分析法

       把影响和产生故障的因素用方框图列出，然后按方框图纵向和横向查找。

具体见例一。

         例一。

某液压系统如图

（一）所示回路，在更换油缸密封圈后，启动系统，活塞冲击一下便停止不动，再启动仍如此。

试用方框图分析寻找主要故障。

2 按对功能影响分类

系统功能（性能）降低，不能满足设备的工艺要求（如执行柜构速度力位置等变化与工艺要求不符等）。

局部功能失常或失效

   系统功能（性能）局部功能降低失常或失效称之。

全部功能失常或失效

   系统功能（性能）全部功能降低失常或失效称之。

3. 按故障产生的时间特性分类

（1）突发性故障

   突发性故障是由于系统元器件内部缺陷或外界条件发生变化引起系统装态参数突然变化，造成故障，这种故障不易预测。

（2）渐变性（耗损性）故障

   渐变性故障，一般是在工作一段时间之后，由于元器件的疲劳、磨损、老化等原因引起系统故障，虽不可避免可预测，又称耗损性故障。

（3）先天性故障

   先天性故障是由于设计不当，对元器件参数结构选择不合理或系统中存在着局部的薄弱环节而造成的故障。

（4）随机性故障

随机性故障是发生在系统工作的某段时间内，其可能性大小不同。

当故障的可能性遍及系统的全部工作时间时，则为典型的随机性故障。