液压系统压力异常故障诊断方法研究与应用

液压系统压力异常故障诊断方法研究与应用

常海静  原慧敏

山西航天清华装备有限责任公司    山西长治    046000   

摘要：液压系统的工作原理是利用液体在封闭的管路中传递压力与能量。一个完整的液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压源等5部分组成。液压系统具有操纵方便、响应快速以及自润滑的特点，在设备上广泛使用。但其缺点也较为明显，在实际生产应用过程中，由于环境污染、液压元件质量缺陷、操作维护不当等因素的影响，容易导致液压系统发生故障。同时，液压系统运行环境较为封闭，维修诊断较为困难。因此，为保证液压系统故障时维修诊断的快捷性，降低经济损失。

关键词：液压传动；液压元件；液压故障；故障分析

引言

电子液压线控制动系统（EHB）取消了传统的真空助力器及真空泵等多个零件，直接采用电机驱动助力，使整个制动系统集成度更高，响应更迅速，功能扩展性也更强。有别于传统的真空助力器，电子液压线控制动系统响应整车液压目标控制指令，控制EHB助力电机输出不同力矩，采用齿轮减速机构来减速增扭，通过齿条推动制动主缸产生制动压力，实现液压制动，控制车辆制动减速。

1液压系统故障现象及原因分析

液压系统无法正常工作的本质为压力异常，其主要表现为液压系统无法建立起正常的工作压力，即压力过低或过高以及压力不稳定等。在故障诊断过程中，需结合液压系统故障现象、各功能部件状态等方面进行多维度分析。例如，如果液压系统无法建立起压力，则需要从影响液压系统压力建立的主要部件及相关因素进行分析，一般有以下3点原因。（1）液压泵驱动装置损坏，主要表现为泵本体损坏，或者是泵本体的液压控制装置损坏。（2）压力控制阀出现故障，阀损坏后，液压油直接从泵出口处的压力控制阀流回油箱。（3）系统油液不足、油液污染管路堵塞造成系统无压力。

如果出现压力过低的现象，说明液压系统可以工作，问题主要出现在设备循环回路上。具体可能是油箱油液不足，液压泵转速过低，泵、马达、阀组出现泄漏导致压力过低，管路泄漏，压力阀（溢流阀、减压阀、顺序阀等）调节压力过低及阀组损坏失效等原因造成。

同样，当设备压力过高，超出了设备实际需求值，则可能是变量泵调压装置损坏，液压回路中溢流阀、减压阀等压力调节阀设定值错误或者阀组失效。

还有一种现象就是液压系统压力波动异常，如果系统压力值波动较大，首先需要对液压油进行检测，检查油液中是否混入空气，或者检查有无油液污染等问题。如果不是油液问题，就需要检查液压阀、泵、管路等元件，观察有无磨损，是否出现内泄、外泄等情况。如果液压系统有蓄能器等部件，需检查蓄能器有无问题，其稳压（补压）是否正常。

2液压系统压力异常故障诊断方法研究与应用

2.1故障诊断与处理

设备运行过程中，对设备状态及工作压力进行观察分析，其故障特点主要有以下两点。（1）当压力高于27.5MPa时，实际工作压力始终低于压力参数设定值，无法满足工艺参数。（2）设备噪声达到90~95dB，超出正常值（75~85dB）。因此，在充分了解设备液压系统原理及规律的情况下，检查有可能造成此种现象的具体部件。

首先，检查油箱及滤芯，发现油箱液面处于2/3位置，油液充足，拆开滤芯无阻塞，说明油源无问题。其次，检查设备主泵及驱动电机，发现主泵正常，无异响、无泄漏情况，驱动电机电流、电压正常。设备首先由主泵进行压力输出，设备运行过程中经过BP114压力传感器检测，主泵压力输出值与设定值相符，进一步可判定主泵P100及比例伺服阀V103工作正常。

设备压力不足也可能由于液压系统泄漏所致，液压系统泄漏可分为外泄与内泄，外泄是指液压系统内的油液泄漏到液压系统外部，较易发现，只要仔细观察各部件便可，经仔细排查，液压各部件无滴漏、渗漏等现象，说明液压系统无外泄问题。内泄则是指液压系统液压元件内部油液从高压区域到低压区域的泄漏，系统元件内泄主要由于元件内部密封件老化、配合面磨损等原因造成，检修较为复杂，需根据液压系统原理进行综合分析。

设备液压系统设定压力高于27.5MPa时，主泵P输出的压力油需再经过双向增压器增压输出高压油，双向增压器增压时，通过调节V111比例伺服阀的开度，保证增压器工作的平稳性。当系统压力达到工艺参数设定值后，增压器停止工作，设备进入保压阶段。但工作过程中，PB163压力传感器监测点的压力始终无法达到工艺参数设定值，依据设备控制回路工作原理，初步确认故障主要原因是伺服阀损坏或增压器本身损坏。首先，拆卸、清洗V111比例伺服阀，检测发现其阀芯无明显磨损，阻尼孔未堵塞，确定伺服阀门V111工作正常，可排除该因素。其次，考虑到设备压力低于27.5MPa时，压力可以满足，当设定值超过27.5MPa时，需由增压泵进行增压，但增压后始终无法达到设定压力，再对增压泵进行振动测试，振动值超出正常范围，最终基本确定双向增压器存在问题。

2.2压力载荷谱影响参数筛选

由于研究需要，选择行走液压系统泵作为关键元件，并将重点放在泵出口压力和流量上。由图1可知:液压油需要在较长的液压管路中流动，这个流动过程中涉及到液压泵、液压马达和液压阀等组成部分。液压泵的流量与先导压力成正比，因此影响液压泵的压力信号主要是液压系统的泵出口处和先导泵。其次，液压泵的出口压力会随着发动机转速的变化而变化，这适用于要求恒定扭矩的系统。发动机的输出扭矩与泵的排量成正比，当转速增大时，扭矩也增大，从而导致泵的输出压力增大，因此发动机的转速和扭矩与液压泵的出口压力有着密切的关系。这些参数可以影响液压泵的工作状态和输出压力，对液压系统的性能起重要作用。通过调整这些参数，可以实现对液压泵出口压力和流量的控制，以满足不同工况下的需求。因此，选择了2个泵的先导阀压力、发动机转速和发动机扭矩百分比作为压力载荷谱。

2.3压力载荷谱预处理

由于矿用挖掘机行走液压系统监测设备部署环境复杂、信道干扰、数据采集器自身缺陷等因素，终端采集器获取的上报数据往往会存在缺失以及异常等情况。若不及时处理，这些异常数据不仅影响模型的异常检测结果，甚至会导致控制系统无法正常决策，致使监测场景混乱。此外，信号采集设备采样频率多样，终端采集器获取的数据无法直接用于异常检测模型的构建。因此，需对监测系统采集的多频信号进行预处理，获取载荷谱特征属性。所提异常检测方法涉及的数据预处理主要包括数据清洗和时间对齐。在数据清洗方面，针对挖掘机工作不连续性以及其他外部环境的影响，采集到的数据可能会出现时域异常的现象，比如出现偏差较大的值、与平均值的偏差超过3倍标准差的值，采用光滑噪声数据、填写缺失的值、识别或删除离群点等方法进行处理。在时间对齐方面，清洗之后的数据量仍然很庞大，数据中存在很多异常或者偏离的点，或者部分时间区间的数据量比较少等问题。神经网络需要对齐频率相同的数据，但是现场采用的并不是同频率采样的传感器，故文中采用了线性插值等时域对齐的方法，增加了载荷谱的数据量，保证数据量之间的对齐。

结束语

引起液压系统故障的因素多种多样，液压系统故障不同于其他机械故障那样直观、便于测量。对液压系统故障的分析与诊断，首先要充分了解故障现象，其次要结合液压系统的原理、结构特点，逐步深入分析，有目的、有方向地缩小诊断范围，最终确定区域、部位，才能更好、更快地解决和排除故障。

参考文献

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