姜海寶， 任俊宏， 楊小強(qiáng)

（1.69214 部隊51 分隊， 新疆 和田 848000； 2.陸軍工程大學(xué)， 江蘇 南京 210007）

引言

隨著工程裝備的現(xiàn)代化、智能化和信息化的發(fā)展，裝備的結(jié)構(gòu)組成和工作原理日益復(fù)雜，導(dǎo)致工程裝備液壓系統(tǒng)的故障檢測、判斷與排除更為困難。以往靠維修人員采用看、摸、問、聽等簡易手段進(jìn)行故障排除的情況愈來愈少。多數(shù)情況下，液壓系統(tǒng)的故障會與電控系統(tǒng)等其他系統(tǒng)的故障互為耦合、互為影響，同一故障現(xiàn)象所產(chǎn)生的原因可能有多個，既可能由液壓系統(tǒng)本身的內(nèi)部泄漏、油液污染變質(zhì)、溫度過高、調(diào)試配合不當(dāng)?shù)纫穑部赡苡捎陔娍叵到y(tǒng)傳感器監(jiān)測到工作狀態(tài)異?；騻鞲衅?、操作機(jī)構(gòu)、電液控制元件故障等引起。這些因素使得故障維修難度更大，對維修人員的要求更高。本文探索在簡易診斷方法之外，如何采取更有效的方法手段，對工程裝備液壓系統(tǒng)的故障進(jìn)行維修。

1 基于液壓系統(tǒng)圖的裝備液壓系統(tǒng)故障診斷方法

液壓系統(tǒng)圖是表示工程裝備液壓系統(tǒng)工作原理與邏輯結(jié)構(gòu)的簡圖，展示了液壓系統(tǒng)各執(zhí)行元件能實現(xiàn)的動作循環(huán)及控制方式，通常情況下還配有電液比例閥、行程開關(guān)等控制元件的動作循環(huán)表及工作循環(huán)圖。

利用液壓系統(tǒng)圖進(jìn)行裝備液壓系統(tǒng)故障診斷，應(yīng)從液壓系統(tǒng)4 個組成部分中的泵源部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分開始查找，這兩部分構(gòu)造了系統(tǒng)分析的起始“兩端”，在分析完成液壓泵（變量泵、齒輪泵）油源部分和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)（各種油缸、馬達(dá)等）部分的故障狀態(tài)后，再從這兩端向液壓系統(tǒng)圖的中間部分循跡，即進(jìn)行中間環(huán)節(jié)的故障查找，此即所謂的“連中間”。在具體分析查找故障時，首先確定故障是否出在“兩端”的液壓泵或油缸等器件本身；而在進(jìn)行“連中間”故障查找時，先判定故障是否出在液壓管路連接的各種元件，如濾油器、單向閥、平衡閥、液壓鎖等，然后狀態(tài)變換條件下的各種器件故障征兆的變化情況，由此分離液壓系統(tǒng)的“電”與“液”故障，即電器元件（操作手柄、行程開關(guān)、壓力開關(guān)、繼電器、電磁換向閥或電液比例閥）的狀態(tài)，究竟是這些電氣控制元件沒有發(fā)出狀態(tài)切換/控制信號，還是發(fā)出控制信號而執(zhí)行元件無動作，結(jié)合實裝上的實際電液元件，仍然從兩端，即信號輸入端：電或先導(dǎo)油液控制信號，以及控制元件的輸出端（電泳比例閥的PWM 信號、電磁換向閥的電平信號）等是否正常，逐個判斷排查，識別隔離故障元件。

2 液壓系統(tǒng)故障診斷的邏輯分析法

邏輯分析法主要是根據(jù)工程裝備液壓系統(tǒng)工作基本原理進(jìn)行的邏輯推理方法，也是掌握故障判斷技術(shù)及排除故障的最主要的基本方法。維修人員在理解掌握液壓系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換流程和動作轉(zhuǎn)換流程的基礎(chǔ)上，分析能量傳遞路線上的各種液壓元件，從油源器件（泵）、控制器件（閥、壓力繼電器、堵塞傳感器、行程開關(guān)、傳遞器件）、液壓油管、執(zhí)行元件（油缸、馬達(dá)等）在工作中可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，導(dǎo)致整個液壓系統(tǒng)的輸出元件發(fā)生故障的一種循跡逼近推理的元件故障查尋方法。

液壓系統(tǒng)的工作原理概括起來，既是能量轉(zhuǎn)換與動作變換的過程，首先是將機(jī)械能（或電能）轉(zhuǎn)換為液壓系統(tǒng)的壓力能（液壓系統(tǒng)）或動能（液力系統(tǒng)），能量的轉(zhuǎn)換過程必須涉及負(fù)載及其工況，分析液壓系統(tǒng)的外部負(fù)載對驅(qū)動力、元件運行速度、液壓缸（馬達(dá)）行程、元件位置和工作循環(huán)的周期性等方面的需求；其次，了解系統(tǒng)設(shè)計者在液壓系統(tǒng)設(shè)計中如何通過元件布局和邏輯順序的控制來達(dá)到負(fù)載的工況要求；再結(jié)合電控系統(tǒng)元件（如PLC、單片機(jī)、工控機(jī)等）的邏輯程序的設(shè)計，最終實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的功能設(shè)計，從而最終理解掌握液壓系統(tǒng)的工作原理[1-2]。

對于液壓系統(tǒng)原理圖中的主要元器件，如電液比例閥、平衡閥、液壓鎖、油泵、分流集流閥、液壓馬達(dá)等，必須準(zhǔn)確理解和掌握其特性。由于多數(shù)液壓元件呈現(xiàn)內(nèi)外兩個方面的特性，即其在整個液壓系統(tǒng)中承擔(dān)的功能及其對液壓系統(tǒng)的適應(yīng)特性，該元件必須完成液壓系統(tǒng)規(guī)定的功能，而另一方面，液壓元件本身有其內(nèi)特性（包括其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、工作原理及其他指標(biāo)），尤其是對于電液元件，還有其電器方面的工作特性（如電壓、電流、占空比等），這些指標(biāo)參數(shù)也是非常重要的。當(dāng)然，對于液壓系統(tǒng)的整體指標(biāo)參數(shù)，如油液品質(zhì)、污染性能、液壓系統(tǒng)工作環(huán)境指標(biāo)等，也須有全面的了解。

邏輯分析法按照故障原因分析的表現(xiàn)形式又分為敘述法、列表法、框圖法、綜合分析法等。本文重點闡述液壓系統(tǒng)故障診斷的敘述法、框圖法和因果圖診斷法等。

2.1 敘述法

在真正理解液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對于一種故障現(xiàn)象中的基本元器件逐個進(jìn)行表述性分析，直至查出真正故障原因。例如對于圖1 所示的推土機(jī)液壓系統(tǒng)，對出現(xiàn)液壓缸動作不靈的進(jìn)行分析，得到可能有以下原因：液壓油箱液面太低；濾油器堵塞；液壓油污染或變質(zhì)；吸油阻力太大；液壓泵自吸能力差；液壓泵本身故障；溢流閥出現(xiàn)故障；換向閥出現(xiàn)故；液壓缸故障。

圖1 某型推土機(jī)液壓系統(tǒng)

2.2 框圖法

框圖法又稱流程圖法，該方法是根據(jù)液壓系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行邏輯分析，逐次排除流程圖（框圖）上的非故障節(jié)點，按圖索驥，最終確定故障產(chǎn)生的嫌疑部位，再結(jié)合其他因素，確定故障原因。

繪制分析框圖時，主要使用兩種框圖元素，即矩形框（又稱敘述框）和菱形框。二者所表示的含義不同，矩形框主要用于故障征兆的表示，代表一種故障現(xiàn)象或者故障診斷所要解決的問題，因其是由故障原因（輸入）引起或提供解決方法（輸出），所以矩形框元素一般情況下只有單一的輸入或輸出。菱形框則用于表示故障原因的分析結(jié)果，在整個過程中進(jìn)行故障的判斷和檢查，其入口用于對象的輸出，兩個出口則用于表示判斷的結(jié)果分支（是或否）。在判斷過程中必須標(biāo)注分支的性質(zhì)，即分支是對應(yīng)滿足條件的還是對應(yīng)不滿足條件的，框圖中這兩種情況分別以“是”和“否”注明。

框圖法診斷故障，類似于軟件程序執(zhí)行流程的分析過程，利用各種故障現(xiàn)象（敘述框表示）和可能原因的排查線路與分支判斷元素（菱形框、指向線、文字），按照故障展開的邏輯軌跡（也稱之為故障樹）進(jìn)行搜索排查，這種圖形化的故障排查方法形象直觀、層次分明、表達(dá)形式自然規(guī)范，在液壓系統(tǒng)的一些故障檢測診斷中應(yīng)用效率很高。

本文以液壓系統(tǒng)油泵出口壓力不足的這一故障為例，用框圖法說明該故障的排除過程，其詳細(xì)過程如圖2 所示。

圖2 液壓系統(tǒng)工作壓力不足的框圖法

2.3 區(qū)域分析與綜合分析法

對于大型復(fù)雜液壓系統(tǒng)，其液壓系統(tǒng)圖元件眾多、線路復(fù)雜、層次關(guān)系立體交叉，在進(jìn)行故障排查時難度較大。這時可根據(jù)液壓系統(tǒng)的具體功能進(jìn)行分解或分層，將液壓系統(tǒng)圖按功能或按原理劃分為不同的區(qū)域，各區(qū)域內(nèi)的液壓元件故障現(xiàn)象和特性具有集合性和相關(guān)性，因此可對區(qū)域做進(jìn)一步的層次分析，結(jié)合框圖法等檢測區(qū)域內(nèi)液壓元件的故障現(xiàn)象，分析其故障原因，提出區(qū)域性的故障排查措施。

在區(qū)域分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合液壓系統(tǒng)圖和層次分析的結(jié)果，對液壓系統(tǒng)的故障進(jìn)行全面梳理形成綜合性的分析結(jié)論。綜合分析能夠?qū)⒐收犀F(xiàn)象與故障原因的映射關(guān)系進(jìn)行分類隔離，從而歸納推理出故障的原因的層次結(jié)構(gòu)，梳理出產(chǎn)生故障的主要矛盾和次要矛盾，維修人員根據(jù)綜合分析的結(jié)果制定出全面的維修策略。

例如工程裝備液壓系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）不動作的故障，很多情況下故障原因并不處于執(zhí)行元件所在區(qū)域，此時對其分析必須結(jié)合液壓系統(tǒng)圖進(jìn)行綜合判斷。這主要是因為執(zhí)行元件不動作的原因既可能是元件本身故障，更可能是系統(tǒng)油路故障，所涉及的元件可能為電液比例閥、電磁換向閥、平衡閥、液壓鎖、管路、油泵等元件，此時只有利用敘述法、液壓圖法等，進(jìn)行全面分析、分路排查，才能最終確定故障原因。因此，工程裝備液壓系統(tǒng)的大多數(shù)故障，需要采用本文所述的多種方法，區(qū)域分析和綜合分析相結(jié)合，才能診斷和排除故障。圖3 是液壓系統(tǒng)故障因果分析的參考流程圖，可用于液壓系統(tǒng)復(fù)雜故障的分析排除。

圖3 液壓系統(tǒng)故障的因果關(guān)系圖

3 結(jié)語

本文基于液壓系統(tǒng)故障的分析與診斷方法，研究了當(dāng)前工程裝備液壓系統(tǒng)的故障特點、發(fā)展機(jī)理與故障診斷過程，結(jié)合工程裝備液壓系統(tǒng)的故障診斷實例，系統(tǒng)地闡述了如何利用液壓系統(tǒng)圖進(jìn)行工程裝備液壓系統(tǒng)的故障診斷；同時，針對現(xiàn)代工程裝備結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜、故障層次多耦合性強(qiáng)的特點，探討了基于邏輯分析原理的故障診斷方法，梳理了利用敘述法、框圖法、區(qū)域分析與綜合分析法等進(jìn)行故障診斷的方法步驟[3-4]。本文的工作表明，維修人員在掌握簡易診斷方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)準(zhǔn)確理解和識別液壓系統(tǒng)圖，利用液壓系統(tǒng)圖能夠檢測和診斷液壓系統(tǒng)的大部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作故障。利用敘述法、框圖法和區(qū)域分析等方法，可診斷出比較復(fù)雜的液壓系統(tǒng)故障，整個故障的檢測診斷過程與這些故障的產(chǎn)生和發(fā)展過程比較相似，因而在診斷的全面性、準(zhǔn)確性和故障機(jī)理的產(chǎn)生方面比較清晰、直觀，便于故障的修復(fù)和裝備的結(jié)構(gòu)缺陷改進(jìn)。