基于液压原理图的故障诊断方法研究

基于液压原理图的故障诊断方法研究

现代军队通常配备功能性液体收集系统，其中液压系统是最复杂的系统，液压系统的排样能是军队迫切需要改善的维修能力之一。对装备液压系统而言,由于液压管道内油液处于流动状态,液压元件的内部情况和密封件的损坏情况不易被察觉到,这给工作人员进行诊断维修带来了巨大的困难。同时,根据部队调研,装备保障人员的液压理论知识薄弱,导致排故能力不强。液压系统故障诊断常用的方法有液压原理图故障诊断法、主观诊断法、基于数学模型与信息处理诊断法和智能诊断法等1主要构件和主要控制回路基于液压系统原理图的故障诊断方法是通过读图分析系统的重要工作部件和主要控制回路,在深刻理解系统工作原理的基础上,根据故障现象,反推故障原因的方法。某资深维修工程师讲到,在故障诊断中,最基本、最重要的就是读图能力。1.1液压系统的优化设计现在不少装备保障人员都会表现出读识液压图能力不足。所谓读识液压图能力就是能将液压原理图中的各种符号、线条,还原成真实的液压元件和管路,明确各元件在系统中的作用和整个系统工作原理的能力。图纸是技术交流的语言,看不懂液压原理图,就难以进行液压系统的故障诊断。因此,培养装备保障人员的读识液压图能力是液压系统故障诊断的核心问题。根据文献[3]中所列的方法,某装备液压原理图读图的基本方法和步骤如下。步骤1,了解系统。某装备液压系统要完成的工作任务是为执行机构升起、放下提供动力;要达到的工作要求为油液流量大、控制精度高、响应速度快、可靠性高;要实现的工作循环如图1所示。步骤2,初步分析。首先初步浏览整个原理图,确定组成元件,包括油泵机组、油箱总成、蓄能器总成和阀台总成;然后可将系统元件按照能源元件(电机、液压泵提供动力)、执行元件(液压缸用来升起某装置)、控制调节元件(液压泵上的定压阀和电磁溢流阀作为安全阀,是系统的压力控制元件,阀台内的电磁球阀和插装阀是方向和速度控制元件)以及辅助元件(油箱存储油液、蓄能器是辅助供能的装置)的顺序和分类列写出来,分析元件功能。步骤3,整理和简化油路。某装备液压原理图比较复杂,特别是控制油路部分,插装阀之间连线交错,而插装阀插装阀用等效的液压阀代替,并去掉了对系统工作原理分析影响不大的辅助元件,使液压图大为简化。整理简化后重新绘制某装备等效的液压原理图如图3所示。步骤4,分析系统。某装备液压系统只有液压缸一个执行元件,液压油源结构和组成相对较简单,因此不再划分子系统。用简化后的液压图进行系统工作原理分析,过程将简单得多。某装备升起回路简化油液流向图如图4所示。步骤5,总结系统特点。从系统的组成结构和工作原理上进行总结,某装备液压系统在设计上是通过使用蓄能器实现短时间给液压缸供给大量油液,同时利用插装阀通流面积大的特点实现了液压缸活塞杆的快速伸出和缩回;采用响应快、不易发生液压卡滞的电磁球阀控制插装阀的启闭来实现液压缸活塞杆的快速可靠的方向控制;采用改变插装阀的通流面积实现对液压缸活塞杆的速度控制,最终实现装备控制精度高、响应速度快、可靠性高的工作要求。1.2种故障现象通过对某装备液压原理图的解读,对某装备液压系统的工作原理有了较深刻的理解,那么如何基于液压原理图进行故障诊断呢?尽管某装备液压故障不易发现与检测,表现形式也多种多样,但通过对大量故障诊断实例统计分析发现,诸多故障之间都有类似之处,从性质上来说可分为3类:压力异常、速度异常与动作异常。足够的压力是驱动负载的必要条件,压力不足将造成无法驱动运动部件或驱动乏力,压力波动较大将造成执行机构断断续续。速度异常将会导致执行机构动作缓慢或过快,主要是由于液压油管、快速接头处及密封件附近的泄漏引起的。动作异常可能是各种控制阀出现故障。针对这3类故障现象,从整个液压原理图中分离出与该故障有关的局部回路原理图,使问题尽可能简单,有针对性地进行分析,从而有利于故障定位;其次列举故障的可能原因与位置;最后进行逐个排查。1)压力异常。从某装备简化液压原理图可以看出,控制系统压力的部件主要包括液压泵(含液压泵的定压阀)、溢流阀(作为系统的安全阀)和蓄能器组(含安全截止阀和卸压阀)。因此某装备压力异常需从这3个部件上找原因。譬如,装备无法建压,可能是定压阀调定错误或电机接线反相使油泵无法泵油,或者是溢流阀主阀芯或先导阀芯卡滞使系统泻荷,或蓄能器组的卸压阀打开使系统泻荷等。如何排查呢?定压阀是否调定错误只需要拧动定压阀调节螺钉即可确认,电机接线反相只需观察电机是否顺时针旋转即可确认。蓄能器组的卸压阀是否打开只需观察即可确认。溢流阀主阀芯或先导阀芯是否卡滞则需要拆卸才能确认,然而液压元器件的拆卸是件复杂的工作,因为拆卸后要进行系统的调试、排气等工作,必须在排查了其他所有可能原因后才能进行。同时某装备液压系统管路设计时预留了很多压力检测点,若故障现象为压力低或压力高,或压力不稳定,可使用压力表对检测点进行监控测出读数,与正常值比较分析即可确定引起压力异常的液压元件。2)速度异常。从某装备升起回路简化油液流向图(图4)可以看出,两个节流阀控制装置升起速度,若升起速度异常,首先从与两个节流阀等效的插装阀上找原因。譬如,升起速度慢,可能是插装阀上的阻尼孔堵塞。当然液压泵压力不足,液压缸自身的卡滞或油液内泄漏和外泄漏也会发生升起速度慢的故障。对照图纸逐个调节各节流阀、变量泵变量机构,对照执行元件的速度范围值,与设计值比较分析即可确定。3)动作异常。切换每个电磁球阀,观察相关执行元件的动作状态是否正常,即可找出异常换向阀。2基于液压原理图的故障定位和诊断意义根据部队调研,装备保障人员液压理论较薄弱,但部队对保障人员排故能力要求较高