液压系统的现状及发展方向

摘 要： 随着工业自动化的发展， 液压设备以它独特的优点正在得到越来越广泛的应用。然而， 液压元件和液压系统具有其不完全相同于机械设备的特殊性。它的各元件和工作液体都在封闭的油路内工作， 不像其他机械设备那样直观， 而且不像电气设备那样用万用表、示波器、测试笔等仪器就可方便地测量出各种参数， 液压设备中只靠有限的几个压力表和流量计等来指示系统的工作状态， 它的故障具有隐蔽性、多样性、不确定性和因果关系复杂性等特点， 故障出现后不易查找原因。本文主要总结了当前液压系统故障诊断技术状况及存在的问题；并根据液压系统自身特点， 介绍了液压系统故障诊断技术朝着虚拟化、高精度化、智能化、状态化、网络化以及发展方向。

关键词：液压系统；故障诊断；虚拟化

中图分类号：U262 文献标识码： A

引言

液压系统一旦发生故障， 不仅导致设备受损， 产品质量下降， 生产线停工， 而且可能危及人身安全、造成环境污染， 带来巨大的经济损失。因此如何保证液压系统的正常运行， 怎样及时发现故障， 甚至提前发现故障的征兆， 都是亟待解决的问题。

2 液压系统故障诊断技术的现状

故障诊断是对液压元件与系统产生故障的原因做出分析与判断， 以便找出解决问题的方法。从诊断方式上看， 目前液压系统的故障诊断主要是工程技术人员通过视、听、触、嗅、问等方式并辅以简单的会诊仪器凭自己的实践经验进行简易诊断的， 或在简易诊断的基础上对有疑问的异常现象， 使用某种精密检测仪器（如铁谱分析仪、油质检测仪等）对其进行精密诊断分析， 从而找出液压系统发生故障的原因与部位。在诊断过程中， 有的虽然已经装备了比较先进的诊断系统， 但当前这只是起帮助工程技术人员快速做出诊断决策的辅助作用， 诊断结果还具有很大的人为主观因素， 其精确程度远远不能满足呈大型化、复杂化的现代液压工业发展的要求。从维修方式上看，目前液压系统的维修方式基本上是定期维修， 即按照预定的时间间隔或检修周期来进行计划修理， 例如我们通常实行的年度大修。随着对设备故障机理的研究和设备管理水平的提高， 人们又逐步认识到， 这种管理模式实际上既不经济又不合理， 最大的问题是无法解决“维修不足”和“维修过剩”二者之间的矛盾。

3 液压系统故障诊断技术的发展趋势

随着数据处理技术、计算机技术、网络技术和通信技术飞速发展及不同学科之间的融合， 液压系统故障诊断技术已逐渐从传统主观分析方法， 向着虚拟化、高精度化、智能化、状态化、网络化、交叉化的方向发展。

3 .1 虚拟化

虚拟化则是指监测与诊断仪器的虚拟化。传统仪器是由工厂制造的， 其功能和技术指标都是由厂家定义好的， 用户只能操作使用， 仪器的功能和技术指标一般是不可更改的。随着计算机技术、微电子技术和软件技术的迅速发展和不断更新， 在国际上出现了在测

试领域挑战整个传统测试测量仪器的新技术， 这就是虚拟仪器技术。“软件就是仪器” ， 反映了虚拟仪器技术的本质特征。一般来说， 基于计算机的虚拟仪器系统主要是由

计算机、软面板及插在计算机内外扩槽中的板卡或标准机箱中的模块等硬件组成， 有些虚拟仪器还包括有传统的仪器。由于其具有开发环境友善， 具有开放性和柔性， 若增加新的功能可方便地由用户根据自己的需要对软件作适当的改变即可实现， 用户可以不必懂

得总线技术和掌握面向对象的语言等特点， 使得将其应用于液压系统乃至整个机械设备监测与诊断仪器及系统是一个新的发展方向。

3 .2 高精度化

对于高精度化， 是指在信号处理技术方面提高信号分析的信噪比。不同类型信号具有不同特点， 即使是同一类型信号也可以从不同角度进行描述和分析，以揭示事物不同侧面之间内在规律和固有特性。对于液压系统而言， 其信号、系数通常是瞬态的、非线性的、突变的， 而传统的时域和频域分析只适用于稳态信号的分析， 因此往往不能揭示其中隐含的故障信息， 这就需要寻找一种能够同时表现信号时域和频域信息的方法， 时频分析就应运而生。小波分析就是这种分析的一种典型应用， 将小波理论应用于这些信号的处理上，可大大提高其分辨率。可以预见， 信号分析处理技术的发展必将带动故障诊断技术的高精度化。

3 .3 状态化

状态化是对监测与诊断而言。据美国设备维修专家分析， 有将近1/3 的维修费用属于“维修过剩”造成的， 原因在于：目前普遍采用的预防性定期检修间隔周期是根据统计结果确定， 在这个周期内仅有2 %的设备可能出现故障， 而98 %的设备还有剩余运行寿命，这种谨慎的定期大修反而增加了停机率。美国航空公司对235 套设备普查结果表明， 66 %的设备由于人的干预破坏了原来的良好配合， 降低了可靠性， 造成故障率上升。因此， 将预防性定期维修逐步过渡到“状态维修”已成为提高生产率的一条重要途径， 也是现代设备管理的需要。随着科技的发展， 可以利用传感技术、电子技术、计算机技术、红外测温技术和超声波技术， 跟踪液体流经管路时的流速、压力、噪声的综合载体信号产生的时差流量信号和压力信号， 并结合现场的各种传感器， 对液压系统动态参数（压力、流量、温度、转速、

密封性能）进行“在线”实时检测。这就能从根本上克服目前对液压系统“解体体检”的弊端， 并能实现监测与诊断状态化， 解决“维修不足”与“维修过剩”的矛盾。

3 .4 智能化

随着人工智能技术的迅速发展， 特别是知识工程、专家系统和人工神经网络在诊断领域中的进一步应用， 人们已经意识到其所能产生的巨大的经济和社会效益。同时由于液压系统故障所呈现的隐蔽性、多样性、成因的复杂性和进行故障诊断所需要的知识对领域专家实践经验和诊断策略的严重依赖， 使得研制智能化的液压故障诊断系统成为当前的趋势。

3 .5 网络化

随着社会的进步，现代大型液压系统非常复杂、十分专业， 需要设备供应商的参与才能对它的故障进行快速有效的诊断， 而设备供应商和其他专家往往身处异地， 这就使建立基于Internet 的远程在线监测与故障诊断成为开发液压系统故障诊断的必然趋势。远程分布式设备状态监测和故障诊断系统的典型结构如图1所示。

图1 远程分布式设备状态监测和故障诊断系统的典型结构

首先在企业的各个分厂的重要关键液压设备上建立实时监测点， 实时监测系统进行在线监测并采集故障诊断所需的设备状态数据， 并上传到厂级诊断中心；同时在企业内部建立企业级诊断中心， 在技术力量较强的科研单位和设备生产厂家建立远程诊断中心。当然， 并

不是所有的诊断系统都需要建立企业级诊断中心。一般来说， 对于生产规模比较大和分散的企业（如跨国企业等）可以构建企业级诊断中心， 而对于小型的企业通常不需要。此外， 对于数据传输时是采用专用网线、电话线， 还是无线传输， 这要根据企业的实际情况而定。

当液压设备出现异常时， 实时监测系统首先作出反应， 实行报警并采取一些应急措施， 并在厂级诊断中心进行备案和初步的诊断；厂级诊断中心不能自行处理的， 则开始进入企业级诊断（没有企业级诊断中心的， 则直接进入远程诊断中心）；而对于企业级诊断中心也不能解决的故障， 则由企业级诊断中心通过计算机网络或卫星将获得的故障信息送到远程诊断中心，远程诊断中心的领域专家或专家系统软件通过对传来的数据进行分析， 得出故障诊断结论和解决方案， 并通过网络反馈给用户。当前， 在构建远程故障诊断系统时， 很少把设备制造厂家列为主要角色之一。这就意味着在进行设备故障诊断时， 不能充分利用到设备设计制造的有关数据资料。无论从设备使用方， 还是从设备生产方来说， 都会造成一种无形的损失。对设备使用方来说， 他们无法充分享受设备的售后服务；而对设备生产方， 则难以

从大量的设备运行历史记录中发现有价值的知识用于设备优化设计和制造， 同时丧失树立企业良好形象的机会。因此， 在构建远程故障诊断系统时， 为充分发挥设备生产厂家在远程诊断中的作用， 需要各分布式的设备生产厂家的积极参与， 实现更大范围的资源共享。

3 .6 交叉化

交叉化是指设备的故障诊断技术与人体医学诊断技术的发展交叉化， 从广义上看， 机械设备的故障诊断与人体的医学诊断一样， 他们之间应该具有相通之处。特别是液压系统， 更是如此。因为液压系统的组成与人体的构成具有许多可比性；液压油如同人的血液， 液压

泵如同人的心脏， 压力表如同人的眼睛， 执行元件如同人的四肢， 而控制系统和传感器就如同人的大脑和神经， 不断根据执行元件的反馈信息发出各种控制指令。同整个机构设备的故障诊断技术相比， 人体医学诊断发展至今已经发展得相当完美。机械设备故障诊断技术自20 世纪60 年代开始至今， 其发展史只是人体医学发展历史长河中的一滴， 借鉴人体医学诊断技术， 可使我们在设备诊断技术上取得突破， 少走许多弯路。远程故障诊断从医学领域成功向机械设备领域的扩展就是一个很好的例子。此外， 油液分析就可以说是液压系统的抽血化验， 所以我们为引起使用者对液压油清洁度的重视， 在给学生授课以及给相关液压控

制系统的用户进行培训和解决现场系统故障时， 常做出这样的比喻；“油液被污染的液压系统就相当于人患了白血病” 。目前虽说油液分析已应用得较广泛， 但从人体血检所获得的信息来看， 油液中所能获取的设备故障信息远远不止目前这些， 应该进行深入的研究。随着科学技术的进一步发展， 这必然为人们所认识。

4 结束语

液压设备往往是结构复杂而且是高精度的机、电、液一体化的综合系统， 系统具有机液耦合、非线性、时变性等特点。引起液压故障的原因较多， 加大了故障诊断的难度。但是液压系统故障有着自身的特点与规律， 正确把握液压系统故障诊断技术的发展方向， 深入研究液压系统的故障诊断技术不仅具有很强的实用性， 而且具有很重要的理论意义。

参考文献：

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