液压系统故障诊断的基本方法与步骤

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2330页（8707字）

液压设备由机械、液压、电器及其仪表等装置有机地组成统一体，系统的故障分析是受各方面因素影响的复杂问题。因此分析故障必须弄清楚整个液压系统的工作原理、结构特点，然后根据故障现象进行判断，逐步深入，有目的，有方向地逐步缩小范围，确定区域、部位，以至某个元件。

液压系统故障不像电气系统那样检测方便，因为液压管路内油流的流动状态、液压件内部的零件动作，以及密封件的损坏等情况，一般是看不见模不着的，这就给观察分析带来了很多困难。近年来，在设备维修部门开始采用状态监测技术，可以在液压系统运行中，在基本不拆卸零部件的情况下检测出失效根源参数，再由液压专家来分析并排除故障。

(1)液压系统故障特征

A．试制液压设备调试阶段的故障

试制的液压设备在调试阶段故障率最高。设计、制造、安装等质量问题交织在一起。经常出现的故障是：

·外泄漏严重，主要发生在接头和有关元件的端盖处。

·执行元件运动速度不稳定。

·液压阀阀芯卡死、运动不灵活和运动不到位。导致执行元件动作失灵。

·压力控制阀的阻尼孔堵塞，造成压力不稳定。

·阀类元件漏装弹簧、密封件等机件，造成控制失灵。

·液压系统设计不完善，液压元件选用不当，造成系统发热、噪声、振动、执行机构运动精度差等故障现象。

B．液压系统运行初期的故障

液压系统经过调试阶段后，便进入正常生产运行阶段，此阶段故障特征是：

·管接头因振动而松脱。

·密封件质量差，或由于装配不当而破损，造成泄漏。

·管道或液压元件流道内的型砂、毛刺、切屑等污染物在油流的冲击下脱落，堵塞阻尼孔和滤油器，造成压力和速度不稳定。

·由于负荷大或外界散热条件差，油液温度过高，引起内外泄漏，导致压力和速度的变化。

C．液压系统运行中期的故障

液压系统运行中期，故障率最低，这是液压系统运行的最佳阶段。此阶段控制油液污染是极其重要的。

D．液压系统运行后期的故障

液压系统运行到后期，液压元件因工作频率和负荷的差异，易损件开始正常的超差磨损。此阶段故障率较高，泄漏明显增加，效率下降。针对这一情况，要对元件进行全面检测，对已失效的液压元件应进行修理或更换。液压系统运行中要加强维护，注意观察各部位工作状况，发现有异常现象，及时分析原因，采取有效对策，以防发生重大故障。液压系统何时应该大修，寿命还有多长，何时进行局部或全部更新改造，要进行全面地科学地综合分析，制订合理的维修，改造计划，使液压系统尽可能最大限度地发挥其潜在作用。

E．突发性故障

这类故障多发生在液压设备运行初期和后期。由于对这两个时期故障特征认识不足，认为新设备运行不会有什么大问题，认为老设备过去一直很好用，忽略了监测维护，因此易发生突发性故障。故障发生的区域及产生原因较为明显，如发生碰撞，元件内弹簧突然折断，管道破裂，异物堵塞流道，密封损坏，控制信号失真，动作错乱，内外泄漏失控等故障现象。

突发性故障往往与液压设备安装不当、维护不及时有关系。有时由于操作错误而发生破坏性故障。防止这类故障的主要措施是认识故障特征，加强管理维护，严格执行岗位责任制，以及加强人员岗位培训。不懂专业知识，未经过液压基本知识、液压故障诊断与维修技术培训的人员不得上岗。

(2)液压系统故障诊断步骤

液压系统的故障往往是系统中某个元件产生故障造成的，因此，需要把出了故障的元件找出来。根据图39．3－1列出的步骤进行检查，就能找出液压系统中产生故障的元件。

图39．3－1 液压系统故障分析步骤

第一步：液压设备运转不正常，例如，没有运动，运动不稳定，运动方向不正确，运动速度不符合要求，动作顺序错乱，力输出不稳定，严重泄漏、爬行，温升等。无论是什么原因，都可以归纳为：流量、压力和方向三大问题。

第二步：审核液压回路图，并检查每个元件，确认其性能和作用，初步评定其质量状况。

第三步：列出与故障有关的元件清单，进行逐个分析。进行这一步时，一要充分利用判断力，二是注意绝不可遗漏对故障有重大影响的元件。

第四步：对清单中所列元件按已往的经验和元件检查难易排列次序。必要时，列出重点检查的元件和元件重点检查部位。同时安排检测仪器等。

第五步：对清单中列出的重点检查元件进行初检。初检应判断以下一些问题：元件的使用和安装是否合适；元件的测量装置、仪器和测试方法是否合适；元件的外部信号是否合适；对外部信号是否响应等。特别要注意某些元件的故障先兆，如过高的温度和噪声，振动和泄漏等。

第六步：如果初检未查出故障，要用仪器反复检查。

第七步：识别出发生故障的元件，对不合格的元件进行修理或更换。

第八步：在重新启动主机前，必须先认真考虑一下这次故障的原因和后果。如果故障是由于污染或油液温度过高引起的，则应预料到另外元件也有出现故障的可能性，并应针对隐患采取相应的补救措施。例如：由于铁屑进入泵内引起泵的故障，在换新泵之前要对系统进行彻底地清洗净化。

(3)重新启动的步骤

排除液压系统故障之后，不能操之过急而盲目启动。启动必须遵照一定的要求和程序。否则，旧的故障排除了，新的故障会相继产生，其主要原因是缺乏周密思考。如前所述，液压泵故障是因铁屑进入而引起的，那么，铁屑是怎样进入的呢?油箱、管道中是否还有铁屑等污染物存在?

重新启动程序框图如图39．3－2所示。

图39．3－2 重新启动程序框图

(4)故障诊断技术

液压设备故障诊断和医生诊断病情的程序是一样的。医生凭借自己的医学理论和临床实践对病人进行初步诊断。初步诊断有困难，就要利用已有仪器设备对病人进行专项检查，根据检查结果再对病人进行综合分析与确诊。

液压设备出现故障也是采取初步诊断，仪器检测，综合分析与确诊等基本程序。

A．初步诊断

看 看液压系统工作的实际情况。一般有六看：

一看速度：指执行机构运动速度有无变化和异常现象。

二看压力：指液压系统中各测压点的压力值大小，压力值有无波动现象。

三看油液：观察油液是否清洁，是否变质，油液表面是否有泡沫，油量是否在规定的油标线范围内，油液的粘度是否符合要求等。

四看泄漏：指液压管道各接头，阀板结合处，液压缸端盖，液压泵轴端等处是否有渗漏滴漏等现象。

五看振动：指液压缸活塞杆、工作台等运动部件工作时有无因振动而跳动的现象。

六看产品：根据液压设备加工出来的产品质量，判断运动机构的工作状态、系统的工作压力和流量的稳定性。

听 用听觉判断液压系统工作是否正常。一般有四听：

一听噪声：听液压泵和液压系统工作时的噪声是否过大，噪声的特征。溢流阀、顺序阀等压力控制元件是否有尖叫声。

二听冲击声：指工作台液压缸换向时冲击声是否过大，液压缸活塞是否有撞击缸底的声音，换向阀换向时是否有撞击端盖的现象。

三听气蚀和困油的异常声：检查液压泵是否吸进空气，是否有严重困油现象。

四听敲打声：指液压泵运转时是否有因损坏引起的敲打声。

摸 用手摸允许摸的运动部件以便了解它们的工作状态。一般有四摸：

一摸温升：用手摸液压泵、油箱和阀类元件外壳表面，若接触两秒钟感到烫手，就应检查温升过高的原因。

二摸振动：用手摸运动部件和管子的振动情况，若有高频振动应检查产生的原因。

三摸爬行：当工作台在轻载低速运动时，用手摸工作台有无爬行现象。

四摸松紧程度：用手拧一下挡铁、微动开关和紧固螺钉等松紧程度。

闻 用嗅觉器官辨别油液是否发臭变质，橡胶件是否因过热发出特殊气味等。

阅 查阅设备技术档案中的有关故障分析和修理记录，查阅日检和定检卡，查阅交接班记录和维修保养情况记录。

问 访问设备操作者，了解设备平时运行状况。一般有六问：

一问液压系统工作是否正常，液压泵有无异常现象。

二问液压油更换时间，滤网是否清洁。

三问发生事故前压力调节阀或速度调节阀是否调节过，有哪些不正常现象。

四问发生事故前对密封件或液压件是否更换过。

五问发生事故前后液压系统出现过哪些不正常现象。

六问过去经常出现过哪些故障，是怎样排除的，哪位维修人员对故障原因与排除方法比较清楚。

总之，对各种情况必须了解得尽可能清楚。但由于每个人的感觉，判断能力和实践经验的差异，判断结果会有差别。这种差别不会永远存在，是暂时的，经过反复实践，故障原因是特定的，终究会被确认并予以排除。

B．仪器专项检测

初步诊断只能定性地分析出故障的基本原因，排除一般常见故障。一些重大液压设备必须进行定量的专项检测，即检测故障发生的根源性参数，为故障确诊提供可靠依据。

压力检测 检测液压系统各部位的压力值，分析其是否在允许的范围内。

测流量 检测液压系统各位置的油流量是否在正常值范围内。

测温升 检测液压泵、执行机构、油箱的温度值，分析是否正常。

测噪声 检测异常噪声值，进行分析。

检测液压元件 经初步诊断，有故障嫌疑的液压件要在试验台检测。检测要求按出厂试验标准进行。通过检测就能确定被测元件有无故障，工作性能是否良好。元件检测也与故障原因分析一样，要遵循先易后难的原则。不能轻易把重要元件从系统中拆下，甚至盲目解体检查。

在线检测 随着液压技术的发展，很多液压设备本身就配有重要参数的检测仪表，以及系统中已预留了测量接口，不用拆下元件就能观察出或从接口检测出元件的性能参数，为初步诊断提供了定量分析条件。如在液压系统的有关部位和各执行机构中装设压力、流量、位置、速度、油位、温度等各种监测传感器，在系统自动运行过程中，某个部位产生异常现象时，监测仪器均可及时测出技术参数状况，并可在控制屏幕上自动显示出来，这时可组织有关人员分析研究，调整参数，诊断故障、并予以排除。

在线检测主要对液压系统的“内部器官”运行状态进行检测监控，所以也称状态监测。状态检测用的仪器很多，通常有压力传感器、流量传感器、速度传感器、位移传感器、油温监测仪、压力增减仪等。用监测仪器把测量到的数据输入计算机系统，计算机根据输入的信号提供各种信息和各项技术参数，由此可判断出某个执行机构的工作状况，并可在显示器上自动显示出来。在出现危险性故障之前，可自动报警、自动停机或不能继续完成下一个动作。所以状态监测技术可解决人的感觉器官无法感受的疑难故障，为液压系统故障准确诊断与排除提供了可靠的数据。

C．综合确诊

经过初步诊断，仪器专项检测，就进入综合确诊阶段了。综合确诊是在人的感官观察到的定性材料和仪器检测的定量数据的基础上进行的。因此综合确诊必须得出准确、可靠的结论。为此应注意以下几点：

·综合诊断的主持人必须是液压技术专家以及设备的主管领导。

·综合确诊的主持人，是液压设备故障排除的责任者。所以在确诊过程中要认真组织工程技术人员，技术工人进行充分研讨，最后由综合确诊的主持人确定排除故障方案，并从技术角度组织实施。

(5)诊断故障原因的方法

液压系统出现故障，原因是多方面的，但其中必定有一个主要原因，寻找主要原因的方法有：方框图分析法、鱼刺图分析法、逻辑流程图分析法、液压系统图分析法等。

A．方框图分析法

用实例来说明方框图的使用方法。在铸造流水线中，“型砂压实机”液压缸防尘圈因老化失效更换新防尘圈后，启动时柱塞向上冲击一下便停止不动，再启动一次仍出现同样的状况。

故障产生的原因可以根据图39．3－3所示方框图

图39．3－3 方框图故障分析法

进行分析。横向按A、B、C、D顺序，纵向按箭头指向查找。经查找与测试发现，压力不足是产生故障的主要原因。因此时工作压力值与更换防尘圈前工作压力值相同，虽然外载荷未增加，但由于新防尘圈的唇口与柱塞表面压缩量过大，造成阻力增加。将溢流阀压力调节值由6MPa调高到6．3MPa时，"压实柱塞缸"运动恢复正常。

B．鱼刺图分析法

鱼刺图用因果关系分析方法，对液压设备出现的故障进行分析，找出故障的主要原因。这种方法既能较快地找出故障的主次原因，又能积累排除故障的经验。

图39．3－4所示鱼刺图是分析磨床工作台爬行故障的实例，以此说明鱼刺图的使用方法。

图39．3－4 鱼刺图故障分析法

把磨床工作台产生爬行的各种原因，依次标写在鱼刺图上，然后经过分析与检测，确认主要原因。

从图中可以初步确定产生爬行故障的几方面主要因素是：液压泵吸空、油温过高、油液粘度过低、润滑性能差、液压缸装配精度差、液压缸轴线与导轨不平行、摩察阻力不均匀等。这些因素是磨床工作台产生爬行常见的主要原因，经过逐步检测分析，确认出最终原因，采取相应对策予以排除。

鱼刺图分析法，可以将设备维护管理与故障诊断密切结合起来，因此被广泛采用。

C．逻辑流程图分析法

逻辑流程图是根据液压系统的基本原理进行逻辑分析，减少怀疑对象，逐步逼近，最终找出故障发生的部位，检测分析故障的原因。

随着计算机技术的发展，计算机用于查找液压设备故障部位和产生原因，也已开始广泛的研究与应用了。这就是由故障诊断专家设计出逻辑流程图，对产生故障的原因进行逻辑判断，一步一步地查找产生故障的原因。逻辑流程图经过程序设计输入到计算机储存。当某个部位出现不正常的技术状态时，计算机可帮助人们及时地找到产生故障的部位和原因，从而得到及时地排除。

下面以液压系统中液压缸无动作为例，来说明逻辑诊断流程图的使用方法。如图39．3－5所示。

图39．3－5 液压缸无动作逻辑诊断流程图

D．液压系统分析法

应用液压系统图分析故障原因是目前工程技术人员采用的基本方法，这个方法是故障诊断的基础，其它方法都必须依此为基础。所以认真掌握液压系统原理图是故障诊断与排除的基本条件。

(A)理解液压系统。真正理解液压系统也不是很容易的事。读一台液压设备的液压系统，就象读一篇文章一样，必须反复琢磨、推敲，理解作者的思路和设计意图。

了解工况 就是要分析负载对力、速度、行程、位置及工作循环周期的要求。分析液压系统的设计者是如何保证负载的这些工况要求的。

认识液压系统的结构 液压系统是由哪些回路组成的，每个回路的特性是什么，回路之间是如何溶合一体的等等。所有这些都要弄清楚，一个地方理解错误，就不可能有效地排除液压系统的故障。

认识每个液压元件 这里有两个含意，一是要确认每个元件的功能和对液压系统的适应性，即每个元件必须满足液压系统的要求。二是要认识液压元件本身的结构、原理及其质量指标。此外，还应了解油液的品质、清洁度、以及过滤净化水平等。

(B)了解安装调试过程，评价其质量与水平。特别要了解、分析安装调试有否不满足液压系统设计要求的地方，有否擅自变动的地方。要分析其后果及对液压系统的适应性，以及低水平的安装调试对液压系统稳定工作的影响等。

(C)评价液压系统。所谓评价液压系统，一是要看出液压系设计的特点、合理性及先进性，二是要看出液压系统设计的缺陷，甚至错误的地方。例如温升、噪声、冲击等问题，往往是设计时就没有充分考虑，也未采取相应的措施。

对液压系统有了以上的分析与了解，液压系统产生故障的原因就不会难找了。