液压系统故障诊断方法综述

液压系统故障诊断方法综述

摘要：在机械的动力系统中，大部分使用的都是液压传动系统，因此，液压系统的运转情况决定着整个机械系统运转健康与否，也是企业保持竞争力的重要条件。在实际的机械维护中，由于环境的不同以及技术上的限制，往往不能及时发现机械出现的问题和隐患。

关键词：液压系统；故障；诊断

一、基于人的主观诊断法

基于人的主观诊断法主要是依靠简单的诊断仪器,凭借领域专家的实践经验,判断故障的部位和原因,并提出相应的排除方法。这种方法又被称为简易诊断方法,它是设备维修部门普遍采用的方法,可以通过看、听、摸、闻、阅、问等方式,简单定性地判断液压系统工作的实际状况是否出现异常。

基于人的主观诊断法主要包括系统分析法、参数测量法、方框图分析法、鱼刺图分析法等。其中,系统分析法是从液压系统的角度出发,根据液压系统的故障现象,以系统原理图作为指示,通过分析故障现象,确定故障所属回路,再确定发生故障的部件和元件,使故障分析和检查工作范围逐步缩小,以达到快速诊断及时排除故障的目的;参数测量法是通过检测液压系统的主要工作参数量,找出系统中工作参数值与设备正常工况值不符合的液压元件,从而判断故障的所在;方框图分析法是根据故障现象,罗列出可能发生这种故障的所有原因,然后根据现场实际工况,逐步找出故障原因;鱼刺图分析法是一种因果关系分析法,根据液压设备出现的故障进行分析,找出故障的主要因素,这种方法既能较快地找出故障主次原因,又能积累排除故障的经验。

二、基于信号分析的故障诊断方法

2.1基于油样分析的方法

液压系统中的污染物带有大量反映系统内部状态的信息。因此,通过对油液中污染物成分鉴别和含量测定,可以了解液压系统油液的污染状况以及元件的工作状况,为液压系统的故障诊断和维护提供依据。目前常用的油样分析技术和方法有以下两种。

（1）基于油液颗粒污染度的检测技术

显微镜检测技术:采用光学显微镜测定油液中污染颗粒的尺寸分布和浓度。

自动颗粒计数器:该项技术利用光学自动颗粒计数器将油液中悬浮的固体颗粒进行计数,间接测量油液的污染度。由于光学自动颗粒计数器可能将油液中悬浮的微小气泡和水珠当作固体颗粒进行计数,因此,在测量前需要对油样进行脱气处理,以减少计数误差。

称重法:该方法主要利用油液的质量和密度之间的对应关系,通过测量单位体积的油液的质量和理论质量的比对,确定一定容量的油液所含污染物的总量。

铁谱分析法:主要用于鉴别油液中与磨损有关的磨屑,进行磨屑成分鉴定和含量测定。利用铁谱分析可以得到定量的数据,也可以进行定性分析。

光谱法:该项技术能够给出油液中污染物各元素的成分、浓度,可辨别出液压系统的磨损状态及其部位,为预报初期故障提供了依据。

显微镜检测技术设备投资较少,且方法简单,但劳动强度大、费时、误差较大;自动颗粒计数器方法具有检测速度快、准确度高和操作简便等优点,但可能将油液中悬浮的微小气泡和水珠当作固体颗粒进行计数,精度较低;称重法使用设备简单,检测方便,但只能测定油液的污染物总量,无法掌握污染颗粒尺寸和分布特征;铁谱

分析可以得到定量的数据,也可以进行定性分析;光谱分析的精度较高,但成本较高。

（2）基于油液性能参数的检测技术

受潮气入侵、气蚀、腐蚀、液压元件各运动副间磨损等作用,液压油中金属、

非金属元素、氧化物的含量、形态发生变化,反映出液压系统中磨损、腐蚀及密封

状态;液压油的粘度、酸碱值等性能指标的改变也是系统状态发生变化的征兆之一。油液性能参数检测技术根据经验和专家知识,建立基于液压油中性能变化与液压系

统及其元件状态间的关系库,运用神经网络、专家系统、模糊推理等推理机制,判

定和预测系统的故障。

2.2基于振动、噪声分析的方法

振动、噪声是液压系统在运行过程中伴随的必然现象,特别对液压泵来说,其壳体振动十分明显。设备的振动、噪声信号中包含有大量丰富的故障信息,通过对信

号的分析可以获得许多有关元件的状态信息,有助于确定设备的工作状态,从而有

效地进行故障诊断。

目前对于利用振动、噪声分析进行设备故障诊断的研究较多,其理论和方法比

较完善。常用的信号处理的特征提取方法有时域特征参数法、时差域特征法、概

率密度法、相关分析法、谱分析法、自功率谱分析法、倒频谱分析法、包络谱分

析法、主分量自回归谱提取法、AR谱参数提取法、小波分析等。振动分析技术已成功地应用于旋转机械设备的故障诊断,在纯机械设备的故障诊断中取得了很大成功。在液压系统中存在油液,其振动信号里包含了大量的噪声,既有机械振动,又有

流体振动,使得信号处理非常困难。

2.3基于数学模型的诊断方法

模型诊断方法是以现代控制理论和现代优化方法为指导,以系统的数学模型为

基础,利用观测器(组)、等价空间方程、Kalman滤波器、参数模型估计和辨识等方

法产生残差,然后基于某种准则或阈值对该残差进行评价和决策。基于模型的诊断

方法能与控制系统紧密结合,是监控、容错控制、系统修复和重构的前提。液压伺

服系统的故障诊断常采用基于数学模型的方法。

基于数学模型的诊断方法其准确性和精度主要取决于所建立模型的准确性。

目前该领域研究的重点是(线性和非线性)系统故障诊断的鲁棒性、故障可检测性

和可分离性,以及利用非线性理论进行非线性系统的故障诊断。

三、液压故障诊断技术的发展趋势

3.1经验知识和原理知识要紧密融合

若想加强液压故障智能诊断系统的能力，有关工作者要在研究液压系统故障诊断

系统期间，掌握有关的专业知识，另外，还要掌握液压系统的结构和主要功能，

要是在研究液压系统故障诊断期间，不重视对某一方面的研究的话，那么就会降

低诊断效果。所以，相关工作者要把专业知识和诊断技能有效的融合到一起，然

后再把两者结合到故障诊断系统里，安排合理的分析形式，还要保证所有的分析

形式都可以单独运行，如此一来就可以慢慢的把液压系统故障诊断的系统的性能

进行加强，让它能够变成具备专家级知识的诊断系统。

3.2多种智能故障诊断方法的混合

目前，液压系统故障诊断系统都在朝着技术融合的方向发展，也就是说把多种技

术融合到一起，构成混合诊断系统。在智能技术进行融合期间，包括把专家诊断

系统与神经网络采取有机融合，然后在里面加进模糊逻辑等。混合智能诊断方式

的发展方向，就是要把传统的诊断系统转化为混合系统，把专家传播的知识转化

成系统自主学习以及分析的系统，把单纯的推理转换为混合推理系统等。