机械传动：液压系统的主动维护策略及实施

1、机械传动：液压系统的主动维护策略及实施机械传动：液压系统的主动维护策略及实施王炉平，贾瑞清（中国矿业大学机电与信息学院，北京 10083）1.主动维护技术及其优势设备的维护修理是机械装置正常工作的前提和保证，它主要是通过大家所熟悉的“擦拭、清扫、润滑、调整、修理”等环节来对设备进行护理，以维持设备的性能和技术状况。一般性的维护只能消除设备表面上的异常现象，而对设备内部的隐患性故障及根源就无能为力了。要想达到治标又治本，则需采用主动维护技术，即对引起设备故障的根源性参数进行识别，将其控制在一个合理的范围内，使其不致成为引起设备重大故障的因素，切断设备故障的源头，从而减少或避免设备故障的发生。 1

2、.1 设备维护技术的发展在工业发展的早期阶段，通常采用的是在设备损坏后再行拆卸或更换零部件的事后维修方式。这种维修实际上是完全无计划的应急措施，带有被迫停机的性质。设备意外事故多，同时需要付出很大的维修费用和遭受生产停顿带来的巨大损失，因而被后来产生的在损坏之前进行的预防维修方式所取代。预防维修方式本质上是以时间为基础的维修制度，它的特点是以年、季、月、旬（周）为周期，执行大、中、小修和检查的检修制度。由于要避免因维修间隔定的过长，使设备未到预定的维修时间就已损坏，故所规定的时间间隔，一般总比各机器零部件额定寿命短，无疑这将增加例行维修的次数。预防维修方式虽然在一定程度上保证了机器的正常工作但

3、它不管被维修机器零部件的实际磨损程度如何，只要一到预定的使用期限，都要强制更换或维修，这不仅人为地增加了机器的停机次数和时间，导致产量降低并增加维修费用，而且还因频繁拆卸而降低机器的实际工作年限。例如在 70 年代初期我国对煤矿大型设备一律采用以时间为依据的维修制度即大型设备必须按规定的检修时间进行检修，井下移动设备不管其状态如何，一律在采完一个工作面后升井进行解体检修。这在当时保证设备使用安全性起到了一定作用，但浪费很大而且很不科学的。如根本不需要检修的零部件，通过拆卸而不能复用或可靠度下降造成的损失和时间浪费是相当可观的。事实证明，预防性维修的费用有 13 是浪费的。70 年代末以来，开始

4、采用对设备状态进行检测的预知性维修方式。它是通过仪器监测机器失效的症兆及其发展，在机器故障发生之前适时进行维护。在以上的几种维修方式中，以对间为基础的预防性检修制度，无疑比事后维修方式有了很大的进步但它和以状态监测为基础的预知性维护方式比较，有明显的不足，即不能准确确定合理的检修时机从而不能充分发挥设备的潜力，造成人为的浪费。但是，预知性维护方式在延长设备使用寿命方面也显得无能为力。随后，出现了新的设备维护策略主动预防性维护。主动维护是由美国俄克拉荷马洲立大学 FitCh 博士所创立的，是新近发展起来的一种基于状态检测的机器维护维护策略，这种维护方式是在机器开始发生失效（村料磨损和性能下降）之

5、前采取的维护活动。它通过监测可导致失效的系统根源性参数并及时纠正恨源性异常工况，以保持机器健康的工作状态。 预知性维护和主动维护都是以对系统工况监视为依据但他们所监测的对象不同，预知性维护是监测反映材料磨损和性能下降的早期失效症兆，如油液中的磨损特性和含量、振动和噪音、温度等。根据检测的失效症兆可以判断失效程度和故障部位，虽然预知性维护不能准确预报发生故障的准确时间，但可预先警告维修人员，以便采取维修措施，避免发生严重停机事故。显然，由于失效症兆只有在材料发生磨损和性能下降以后才能检测出来，因而预知性维护不能达到延长元件寿命和降低故障出现频率的目的，而只能减轻故障的严重性。主动维护着重在监测可

6、能导致材料损坏的系统根源性参数，如油液污染度、物体的理化性能，以及温度等。通过维护措施保证基本参数在容许值范围内，以达到防止失效发生和延长元件寿命的目的。附图所示的失效曲线给出了几种维护（维修）方式的区别。主动维护的目的是保持失效发生前的曲线水平段，并尽可能向右延伸，以延长设备使用寿命。表 1 列举了上述几种维护（维修）方式的技术措施，以及与人体健康维护的比较。就液压系统而言，其主动维护工作中的污染监测类似于人体血液中胆固醇含量的检测，当胆固醇得到控制，心脏病发作的可能性就减小。表 1 几种不同维护（维修）方式的比较维修策略所需技术和人体相似之处主动性维修故障根源（例如污染）的监控和修复利用饮

7、食的调整监控胆固醇和血压预测性维修振动、热、错位、磨损碎片的监控利用 EKG 或者超声波探测心脏疾病。预防性维修周期性的部件更换旁路或移植手术事后维修大量的维修预算心脏病发作主动维护是对维修方式的根本变革，它不是针对系统材料和性能一类的失效而采取的维护活动，而是为防止这类失效的发生而采取的预防措施。它的目的是最大限度地延长设备和元件的使用寿命。1.2 主动维护的作用大型设备维护费用是一项十分庞大的开支，据美国国家统计局统计，1980 年美国在设备维修上花费约 2460 亿美元。据福布斯杂志报道，由于不适当的维修、不必要的维修或过剩维修所造成的维修浪费在维修费用中所占有的比例，保守估计也在 30

8、%左右(在上述 2460 亿美元中，据专家分析，约 750 亿美元是由于维修方式不当而造成浪费的)。采用主动维护技术，则可避免多余的维修，具有显著的节约效果。表 2 所示为采取主动维护与其它几种维护方式的费用比较。表 2 各种维护方式的费用比较维修方式事后维修预防维修预知维修主动维护费用（美圆/Kw/年）181380.1由此可见，实施主动维护有着显著的经济效益。通过实施主动维护可以减少机器的故障率，减少元部件、油液的消耗，减少不必要的维修和停机时间，以及因此带来的巨大的停产损失。由此可见，液压系统的失效根源主要是流体的污染，其次流体泄漏、流体理化性能变化、气蚀、过热以及系统过载等均可导致系统的

9、失效。其中流体污染是系统失效的最主要根源，而且与其它失效根源有着直接的联系。例如，流体污染引起其理化性能劣化，污染磨损引起系统泄漏和过热等，最终导致机器的工作可靠性大大降低。因此，流体的污染度监测与控制是液压系统主动维护的关键技术措施。对于液压设备实施主动维护通常有三个步骤： （1） 确定为达到预期的机器寿命所需的系统清洁度等级（即目标清洁度）；（2） 为达到系统目标清洁度选择和改善污染控制装置； （3） 对系统油液污染度进行有效的监控，如果超过允许范围，及时采取纠正措施，使其达到目标清洁度。 简单而言，液压设备的主动维护就是在正常工作期内，将系统目标洁净度控制在一定数值内，使油液污染不至于发

10、展成导致系统问题的故障源。因此，要定期检测系统洁净度的数值变化，在系统发生故障之前，采取措施，消除隐患，从而达到主动维护的目的。液压系统的主动维护涉及到目标清洁度的设定、污染度检测技术、过滤系统的设置和维护、系统的清洗等污染控制技术，是污染控制技术的一个典型和综合应用。1.污染控制和主动维护的智能化主动维护的策略看起来很简单，但就目前而言，在国内推广应用却很不理想。目前国内大多企业仍在实行按时间进行大修、小修的预防性维修策略，与先进国家的差距很大。这除了有思想上和管理上的原因外，技术手段不完善也是一个重要方面。首先，目标清洁度如何确定就是一个问题。一般是按照推荐值来确定，但实际工况千变万化，到

11、底是否适用，怎样调整合适？没有明确的方法。目标清洁度定得太高，运行成本要提升，企业不愿意负担，定得太低有不能达到预期得效果。其次，目前对于过滤装置的使用也存在很多问题。如何选用过滤装置，怎样更换等等。现在使用的过滤器大多带有压差指示和报警装置，但是需要人工定时巡查，一些大型液压站距离远，站内环境差，容易漏查漏报。如果不能及时更换滤芯，就不能有效的控制油液污染度。一旦出现滤芯破裂的情况，过滤装置本生就成了严重的污染源，其后果更不堪设想。此外，由于定时巡查耗时耗力，执行起来也比较困难。第三点，要实现主动维护必须随时掌握系统的污染度变化情况。目前，我们还只能采取定时取样检测的方法。这就存在何时取样，

12、以及取样的二次污染等问题。同时这也是一个费时费力的工作，且受人为因数的影响很大。此外，由于不能及时掌握污染度的变化情况，目前我们更换滤芯也只能使根据压差指示，而不是根据污染度变化，这不是造成浪费，就是延误了更换时机。由此可见，在目前条件下，主动维护实施过程中，对人的因素过分依赖，受人为因素影响很大，对人的素质要求极高，实际工作效果不理想。要解决这些问题，我们认为切实有效的办法就是利用机电一体化技术，研究出经济实用的，可快速、准确地检测油液污染度的在线式污染度传感器，实现对系统油液污染度的在线检测和集中监控，此外，发展能自动切换的电控多联过滤器，自动清洗过滤器，以及智能污染控制软件，进而与液压系

13、统智能故障诊断系统相结合，开发具有自学习功能的系统维护专家系统，彻底摆脱人为因素的不利影响，实现液压系统污染控制和主动维护的智能化和自动化。4结束语 1)主动维护技术的实质在于“护”，而不在于“修”。它强调的是对设备故障的根源性参数进行识别、监测和控制，避免故障的发生或延长设备出现故障的期限，因而具有主动和预防的作用。2)主动维护技术具有维护费用低、维护效果显著等独特优点，其推广应用具有重要的经济价值和环保意义。3)颗粒污染是液压设备发生故障的主要根源性参数，对它进行有效的监测和控制，使系统内液体的清洁度不超过关键元器件污染耐受度区间，可以显著提高液压设备的使用寿命和工作可靠性，并降低多次维修和重新装配对设备性能的影响。4) 液压系统的主动维护就是要对系统油液的污染度进行全面有效的控制，涉及到目标清洁度的设定、污染度检测技术、过滤系统的设置和维护、系统的清洗等污染控制技术，是污染控制