吳偉

摘要：液壓系統(tǒng)的作用為通過改變壓強(qiáng)增大作用力，在機(jī)械系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。液壓泵作為整個(gè)液壓系統(tǒng)中的核心動(dòng)力系統(tǒng)，整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)對(duì)液壓泵故障排除能力也有迅速、精準(zhǔn)、不解體的硬性指標(biāo)要求，這關(guān)系到整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性。探究液壓泵故障診斷技術(shù)的發(fā)展歷史，可以發(fā)現(xiàn)液壓泵的智能診斷和綜合診斷技術(shù)的應(yīng)用是單當(dāng)今液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)液壓泵 故障診斷

一、緒論

由于液壓系統(tǒng)的體積越來越小，功率密度更高，系統(tǒng)壓力越來越大以及變壓技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)在我國機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，提高液壓系統(tǒng)的安全性及可靠性一直是主要的研究方向。動(dòng)力元件液壓泵是機(jī)械液壓系統(tǒng)的核心部件，其工作狀態(tài)直接影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

液化泵作為整個(gè)液壓系統(tǒng)中最為核心的部件，不僅運(yùn)行負(fù)載是最大的，而且運(yùn)行時(shí)長最長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，液壓泵出現(xiàn)故障在所有的機(jī)械工程故障中，占有接近三分之一的比例，所以在液壓系統(tǒng)故障的設(shè)計(jì)中，故障診斷方式是不可或缺的部分。無法控制的液壓泵故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)行，造成使用方的損失。比較常見的汽車液壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)著汽車的轉(zhuǎn)向等重要工作，如果汽車中的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，油壓不足，行駛中的汽車可能會(huì)失去控制。

實(shí)際上液壓泵處于完全密閉的油路環(huán)境中，由于液壓油的壓縮性特性和伺服系統(tǒng)的流固耦和特性，診斷故障的難度很高。這導(dǎo)致大多數(shù)情況下故障的信息不是很明顯，難以有效的提取信息。所以液壓泵的故障診斷，在液化系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中是一個(gè)不斷被研究攻克的難題。

二、當(dāng)前液壓泵故障診斷技術(shù)概述

（一）主要的故障技術(shù)

液壓泵的作用是將其它設(shè)備的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成壓力動(dòng)力。液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力部件，可以為機(jī)械系統(tǒng)提供受控制的液壓油。按照不同的應(yīng)用方向，液壓泵分為葉片泵、柱塞泵和齒輪泵。

首先是葉片泵的診斷。如果定子表面出現(xiàn)了磨損、表面拉毛、泵和電機(jī)的異軸或者進(jìn)入了空氣，則會(huì)產(chǎn)生壓力變動(dòng)、噪聲和振動(dòng)問題。甚至定子內(nèi)部磨損比較厲害、系統(tǒng)密封不嚴(yán)或者液壓油的粘度不合適，導(dǎo)致液壓泵的壓能傳導(dǎo)效率降低。同時(shí)空氣的進(jìn)入也會(huì)導(dǎo)致同樣的問題。泵內(nèi)的油溫度較低，內(nèi)部摩擦較高、軸承和電機(jī)異位也會(huì)導(dǎo)致液壓泵高油溫和異常加熱等問題。在液壓泵中存在異物，裝配不良或破損和運(yùn)動(dòng)部件磨損都會(huì)導(dǎo)致液壓泵的疲勞和嚴(yán)重磨損。

同樣的齒輪泵中有空氣進(jìn)入、出現(xiàn)困油、流動(dòng)脈動(dòng)或加工有精度誤差，都會(huì)使泵在運(yùn)行中出現(xiàn)壓力變動(dòng)、噪音增大和振動(dòng)偏高等問題。而使用較低粘度的液壓油時(shí)，系統(tǒng)的間隙會(huì)導(dǎo)致油的滲漏。由于齒輪泵的特性，其液壓油散熱不好、配件精度低、不匹配粘度油液的使用都會(huì)導(dǎo)致泵體發(fā)熱。如果由于外接材料所造成的軸承磨損和傳動(dòng)扭矩過大，會(huì)導(dǎo)致泵軸磨損。

在柱塞泵中，球頭的松動(dòng)、配合不好、進(jìn)入系統(tǒng)的空氣、變量機(jī)構(gòu)的失效會(huì)導(dǎo)致柱塞泵承受較大的壓力波動(dòng)、振動(dòng)和噪聲。如果柱塞泵內(nèi)部泄漏增加，則油箱內(nèi)的熱耗散和變量機(jī)構(gòu)的失效。兩者都將導(dǎo)致液壓泵的油溫升高和泵體發(fā)熱。在使用含有雜質(zhì)的油時(shí)，構(gòu)件變形、油的滯留、構(gòu)件精讀低，都會(huì)導(dǎo)致閥板和氣缸的磨損，甚至燒毀?；钊玫挠秃须s質(zhì)、零件加工誤差和小孔堵塞，可導(dǎo)致鞋和斜板接觸面溫度急劇升高而損壞。

（二）常用診斷方法

現(xiàn)在主流的檢測(cè)和診斷方法有三種：基于維護(hù)人員技術(shù)的故障診斷、基于傳感器和信息處理技術(shù)的診斷和基于人工智能技術(shù)的診斷方式。第一種需要大量維護(hù)人員的培養(yǎng)，基于來源于系統(tǒng)的簡單參數(shù)，使用人的操作和判斷來進(jìn)行故障診斷。常用的方法有方框圖法、魚刺圖法和參數(shù)測(cè)量。

目前，基于信號(hào)處理技術(shù)的人工智能診斷和基于信號(hào)處理和模型的診斷方式的快速發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前的發(fā)展方向。在這種故障診斷中通過布設(shè)傳感器收取特征信號(hào)，再進(jìn)行信號(hào)處理和故障診斷。液壓泵的故障信號(hào)具有易變性、非線性以及微弱性等特點(diǎn)，容易被噪聲信號(hào)所掩蓋。

三、發(fā)展趨勢(shì)

目前人工智能、智能計(jì)算、信息處理、計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，各種傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)的智能化，讓高精度化、網(wǎng)絡(luò)化、復(fù)合化還有不解體化等各項(xiàng)技術(shù)高度融合。

（一）高精度的診斷

如上文所述，故障信號(hào)容易被背景噪聲所掩蓋，在設(shè)計(jì)中必須考慮到有效的降噪措施。

基于數(shù)據(jù)建模和微電子技術(shù)的發(fā)展，聲音傳感器等部件收集的信息可以通過微型處理器進(jìn)行一定的降噪處理，有效去除背景噪聲，提高診斷信息的精確度。而且基于數(shù)據(jù)庫對(duì)比自動(dòng)給出相應(yīng)的診斷報(bào)告。

（二）網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)故障診斷

網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)是將液壓系統(tǒng)診斷傳感器收集的信息通過企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或物聯(lián)網(wǎng)將采集的故障信息發(fā)送到維護(hù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫，利用監(jiān)控中心強(qiáng)大的運(yùn)算設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫信息處理、數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和技術(shù)支持服務(wù)。但是由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)尚待完善，一般的企業(yè)也沒有專門的設(shè)備維護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，目前這種網(wǎng)絡(luò)化的故障診斷方式還難以普及。然而互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的高速化，必然推動(dòng)診斷技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線的準(zhǔn)確的故障定位和狀態(tài)檢測(cè)。

（三）多樣化診斷技術(shù)的融合

目前實(shí)行發(fā)的故障診斷方法都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，通過整合不同的故障診斷技術(shù)，進(jìn)一步提高診斷系統(tǒng)的性能，是液壓診斷技術(shù)發(fā)展的發(fā)展方向。診斷技術(shù)的組合方法可以是兩種智能故障診斷方法的結(jié)合，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)的結(jié)合，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊方法的結(jié)合，專家系統(tǒng)與模糊方法的結(jié)合。當(dāng)然，也可以是復(fù)數(shù)診斷技術(shù)的融合，而最好的組合方法可以通過中間權(quán)重選擇來進(jìn)行故障診斷。不能局限于上述組合，也可以是灰色理論、混沌理論、模擬進(jìn)化、人工免疫、集群智能等方法引入故障診斷。這也是未來研究的熱點(diǎn)之一。

（四）不解體化的診斷

診斷技術(shù)的發(fā)展的另外一個(gè)方面為降低成本，提高效率，即降低維護(hù)損耗、減少液壓設(shè)備的維修時(shí)間。不解體化診斷具有快速診斷、無需拆卸設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前主流的不解體診斷方式有預(yù)埋式和非介入式。非介入式的診斷的意思是通過在外部的傳感器收集設(shè)備檢測(cè)液壓泵的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，避免拆卸設(shè)備收集信息。而預(yù)埋式檢測(cè)是通過設(shè)備制造中預(yù)先將傳感器置入液壓系統(tǒng)內(nèi)部，從而在運(yùn)行中實(shí)時(shí)收集系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息。這樣的故障數(shù)據(jù)收集方式可以提高工作效率，并且能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的信息采集，提高診斷維護(hù)效率。

四、結(jié)語

隨著液壓技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，液壓泵故障診斷技術(shù)已朝著簡潔和自動(dòng)化方向發(fā)展。雖然液壓系統(tǒng)集成度和系統(tǒng)復(fù)雜度的都在不斷的提高，但是對(duì)于液壓系統(tǒng)診斷技術(shù)的研究也在同步進(jìn)行。隨著診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、高精度化及智能化故障檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)使液壓技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。。

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