浅谈工程液压系统的可靠性

浅谈工程液压系统的可靠性
液压传动及控制系统因功率密度大、动态响应快、易于实现直线运动等显著的优点而广泛应用于工程机械、冶金机械、农林机械、起运设备、武器装备等各领域。

但是，液压传动系统的漏油、故障率高、维护技术水平要求高等缺点也使得其在实际应用中缺乏竞争力，越来越受到电气传动强有力的挑战，也进一步制约了其拓展更多的应用领域。

随着现代化生产对设备可靠性要求的提高，可靠性问题越来越受到重视。

现在，许多设备都把可靠性作为一个重要的技术指标来考虑，可靠性已与性能、成本、时间等技术指标同时作为评价系统好坏的主要指标。

笔者在长期从事液压传动与控制技术的科学研究、工程实践的基础上，从工程设计和使用方面谈液压传动系统的可靠性问题。

2 可靠性的概念
可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。

产品的可靠性一般可分为固有可靠性和使用可靠性。

产品固有可靠性是产品在设计、制造中赋予的，是产品固有的一种特性，也是产品的设计者可以控制的。

而产品使用可靠性则是产品在实际使用过程中表现出的一种性能能力的特性，它除了考虑固有可靠性之外，还要考虑操作使用和维修保障等方面因素的影响。

按照可靠性的相关含义理解，液压传动系统的可靠性应从以下几方面评定。

1)可靠性与使用条件密切相关
使用条件主要包括液压系统使用过程中的环境条件、油液种类、油液温度、工作压力、流量、转速、速度、连续或间断工作等。

同样的液压系统在各种使用条件下，其可靠性是不相同的，使用条件愈恶劣，可靠性愈低。

2)可靠性与使用时间密切相关
使用时间是指液压系统工作的期限，用时间或相应的指标表示。

例如：液压泵用小时，液压换向阀用换向次数。

使用时间根据实际情况可以是长期的，如若干年，也可以是短期的，如几十或数百小时。

通常工作时间越长，可靠性降低。

3)可靠性与产品的技术指标有关
产品的主要技术指标包括液压元件的额定工作压力、额定转速、适用介质、介质粘度范围、适用温度范围、运动速度等指标。

液压传动系统具有理论与实际结合、工程性、实践性强的突出特点。

在工程应用中，提高液压传动系统的可靠性，主要有可靠性设计、维修可靠性和可靠性管理3方面的问题需要解决。

3 可靠性设计
液压系统进行可靠性设计，主要是为了在设计阶段充分挖掘、分析和确定系统的薄弱环节和隐患，在设计上采取措施，提高液压系统的可靠性。

1)元件选型和降额设计
液压元件的可靠性是液压传动系统可靠性的基础，元件可靠性包括固有可靠性和使用可靠性。

元件的固有可靠性是由元件的设计和制造来保证，与制造厂关系较大，在选型时应充分考虑品牌、制造厂的实力和信誉。

设计时元件的选型主要根据应用对象要求，充分考虑性价比来确定。

元件的使用可靠性与系统使用过程中的工作参数等使用条件密切相关。

为了提高元件的使用可靠性，一般采用降额设计方法，即系统设计所确定的使用工作压力比元件的额定压力低，这样能提高元件的可靠度、延长使用寿命。

通常，系统工作压力为元件额定压力的80％合适，降额过多，会造成成本和重量增加。

2)冗余设计
在高可靠性的应用场合，为应对突发故障，保证系统连续正常工作，一般采用冗余设计。

液压系统常见的冗余是采用硬件冗余，例如，应用于冶金轧钢机械的液压系统，一般液压泵站都有冗余液压泵作为备用液压泵，当正常工作的液压泵发生故障时，备用泵及时投入工作，保证系统正常连续工作。

3)模块化、集成化设计
根据液压系统各部分功能特点，相对集中地采用模块化、集成化设计，每个功能模块的元件采用无管连接，提高系统的可靠性。

而各个功能模块之间的连接，则力求结构简单，管路和接头最少，尽量使用直管、减少弯管。

4)减振、降噪设计
液压系统的振动和噪声主要是液压泵站和管路所产生，特别是液压泵站的高压、大流量化，噪声和
振动的加剧严重影响泵站的正常运行，并恶化工作环境。

降低泵站噪声和振动，主要是合理选取工作参数和设计结构。

例如，使液压泵的工作转速比额定转速低，液压泵置于油箱下提高进油口压力，都能有效降低液压泵的噪声；但降低液压泵的转速将会使泵的排量增大，从而使成本和体积增大，通常需要整体综合考虑。

液压泵进、排油管各采用一段软管，电机底座增加隔振垫，可有效降低液压泵站的振动。

对于液压系统的中间管路振动，主要是合理设置管夹的安装位置，一般可在现场调整管夹位置，使管路的固有频率和管路中流动液体不产生共振。

5)污染控制设计
液压系统的污染控制设计主要包括过滤器的精度、安装位置和油箱的结构设计。

一般的液压系统都设计有排油管路过滤器和回油管路过滤器，可靠性要求高的系统还有离线独立循环过滤器，过滤器精度一般为l0um；如果是伺服系统，在伺服阀前应加装3um或5um的过滤器。

而油箱现在一般都采用全封闭结构，箱盖上空气过滤器的精度不低于3u m。

6)油温控制设计
油液工作温度直接影响液压系统的可靠性。

油温过高，油液粘度降低、泄漏增加、润滑性变差，油温过低，油液粘度增大、压力损失增加。

一般液压系统油温控制在4O ℃左右比较合适，因此，液压系统必须要有控制系统油温的有效措施。

另外，液压管路要注意防高温热源的影响，例如，板带热轧机的周围环境温度非常高，排管应尽量避免受高温钢板的影响。

7)人机工程设计
尽可能设计出操作设备时最省力，不容易发生差错的相应结构；同时对于设备的版面设计和环境的布置应符合人们的要求。

例如，油箱液位指示器应便于观察液位，要设置检查孔；仪表、监测报警装置要便于读出、监视。

控制装置易于识别，操作人员的操作与其结果反映明显，避免采用容易出现疏忽、维护和操作错误的结构。

4 维修可靠性
维修方式可分为产品失效后才进行维修的事后维修和失效前就进行维修的预防维修。

事后维修是在产品失效后再进行维修，当系统庞大时，对成本和安全十分不利。

而预防维修则通过可靠性设计和平时进行部分检修更换，使设备处于正常工作状态，因而预防维修更受到欢迎。

液压系统维修可靠性方面主要包括：
(1)简化结构，部件和连接件易拆易装；
(2)提高可达性设计。

易于出故障的部位附近，应有足够的检测空间和维修空间，维修某一部件时，最好能不拆或少拆其他零部件；
(3)系统中存在危险因素的部位均应有安全保护装置和措施，并在相应位置设明显的警告标志，保证维修人员操作安全；
(4)按说明书规定的内容进行使用、润滑、调试和保养。

合理制定维修周期，并按维修标准，用最合理的维修工艺、材料和方法进行维修。

在维修过程中，还应考虑维修人员的素质、技术水平与维修人员数量；还要考虑维修中的备件数量、工具、测试装置、材料等保障系统的支持。

5 可靠性管理
可靠性管理也是提高液压系统可靠性的重要措施。

液压系统使用过程中的可靠性管理主要包括：
(1)严格按产品规定制定使用条件和方法；
(2)制定液压系统的修理和维护保养制度；
(3)对液压系统使用过程中失效的元件进行分析，尽可能找出失效机理上的原因；
(4)收集元件可靠性数据，生产现场中可靠性数据，使用环境、工况、维修及报废情况的数据；
(5)收集有关维修资料、计划、维修人员技术水平和维修环境等。

液压系统的可靠性涉及面广，影响的因素多。

为了提高液压系统的可靠度，延长其使用寿命，在实际工程应用中有必要进行有效的、可操作性的设计、制造、维修和可靠性管理。