工程機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性分析

王劍

摘要：與傳統(tǒng)機(jī)械傳動以及電氣傳動不同，液壓傳動系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用上具有更高的效果，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到工程機(jī)械中。就工程機(jī)械液壓系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀來看，最主要的問題就是故障的診斷，為提高其運(yùn)行可靠性，必須要采取合理的措施來確定故障發(fā)生原因，并采取措施進(jìn)行優(yōu)化。本文結(jié)合工程機(jī)械系統(tǒng)可靠性特點(diǎn)，對其可靠性進(jìn)行了簡要分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；液壓系統(tǒng)；可靠性

中圖分類號：TH6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0000-00

液壓技術(shù)在工程機(jī)械中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但是在應(yīng)用中除了會有更高的效率外，還會存在一些問題。最主要的就是故障診斷難度大，降低系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，進(jìn)而會對工程機(jī)械運(yùn)行效果產(chǎn)生不良影響。想要確保工程機(jī)械可以在特定條件下長期有效運(yùn)行，減少故障出現(xiàn)的概率，就必須要做好對系統(tǒng)可靠性的研究，采取措施來提高系統(tǒng)運(yùn)行綜合效果。

1工程機(jī)械液壓系統(tǒng)故障分析

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，一旦出現(xiàn)故障在診斷方面會存在較大難度，這樣以提高系統(tǒng)運(yùn)行效果為目的，就需要從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試以及運(yùn)行等環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低故障發(fā)生概率。通過提高液壓系統(tǒng)可靠性，便可以避免后期故障發(fā)生后的診斷與處理，減少工作量與管理難度。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)常見故障按照發(fā)生方式不同主要可以分為四類，即先天性故障、后天性故障、突發(fā)故障以及漸發(fā)故障。其中先天性故障即因?yàn)橐簤合到y(tǒng)存在設(shè)計(jì)缺陷與結(jié)構(gòu)缺陷；后天性故障即系統(tǒng)使用方式不對，或者實(shí)際不滿足運(yùn)行條件；突發(fā)故障則大多是因?yàn)樵p壞造成；漸發(fā)故障是因?yàn)闃?gòu)件服務(wù)壽命到期，而漸漸出現(xiàn)故障[1]。從系統(tǒng)可靠性角度分析，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，來克服系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段存在的問題，然后通過規(guī)范操作，便可以確保工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2工程機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性分析

對于大多數(shù)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)來說，其均為可維修系統(tǒng)，因此在對其進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時，用從廣義可靠性角度分析，即設(shè)計(jì)內(nèi)容包括機(jī)械系統(tǒng)整個壽命期，包括可靠性與維修性。有效度為衡量廣義可靠性的尺度，即在規(guī)定條件內(nèi)使用時，某時刻t具有或維持其功能的概率，記為A（t）或者A，為時間函數(shù)。其中，又可以分為瞬時有效度、穩(wěn)態(tài)有效度與平均有效度，一般提高液壓系統(tǒng)可靠性，主要目的就是產(chǎn)品長時間使用有效度，則可用公式表達(dá)：A=tb/tb+tt，其中tb表示平均無故障工作時間，tt表示平均修理時間[2]。

對于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)來看，產(chǎn)品可靠度R（t）與維修度M（t）滿足指數(shù)分布要求，可以用公式表示：tb=1/λ，tt=1/μ，其中λ表示故障率，μ表示修復(fù)率。因此，可以確定有效度表達(dá)公式為：A=μ/μ+λ。想要提高產(chǎn)品有效度，必須要降低其故障率，并提高維修率，即需要對工程機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性與維修度進(jìn)行研究分析。

3工程機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)分析

3.1方案設(shè)計(jì)

主要以系統(tǒng)功能作為研究基礎(chǔ)，在方案擬定階段來充分發(fā)揮主觀能動作用，對各項(xiàng)因素進(jìn)行綜合分析，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。即減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)所用元件數(shù)量，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，并滿足基礎(chǔ)功能設(shè)計(jì)需求。第一，保證設(shè)計(jì)理論的先進(jìn)性。應(yīng)選擇比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，如應(yīng)用應(yīng)力-強(qiáng)度分布干涉理論，來確定零件相關(guān)參數(shù)，達(dá)到延緩疲勞失效的目的。第二，提高零件設(shè)計(jì)合理性。確保系統(tǒng)所用零件的合理性，包括材質(zhì)選擇的準(zhǔn)確性，如摩擦副選擇用高強(qiáng)韌耐磨材料，或者是過濾器選擇用過濾性能良好的材料，均可以提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠性。同時也需要確保液壓元件性能的標(biāo)準(zhǔn)性，確保其具有較高的可靠性。第三，提高系統(tǒng)密封與自動凈化能力。液壓系統(tǒng)運(yùn)行故障大多是由于介質(zhì)污染，因此在設(shè)計(jì)時需要提高其抗污染性能，選擇用密封性能良好的元件，配置先進(jìn)的介質(zhì)過濾技術(shù)，并安裝油水分離裝置等[3]。

3.2參數(shù)設(shè)計(jì)

第一，容差設(shè)計(jì)。利用合理選擇工作點(diǎn)方法，將元器件輸出性能波動控制在允許范圍內(nèi)，通過對常見誤差因素自身波動的控制，來提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。第二，降額設(shè)計(jì)。即有目的的來降低部分元器件的使用規(guī)范，將其調(diào)整到額定工況以下條件狀態(tài)下運(yùn)行，達(dá)到降低失效概率的目的，來提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。第三，熱設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中溫升也是導(dǎo)致液壓系統(tǒng)失效的主要原因，因此需要做好溫度參數(shù)的設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)異常溫升的情況。

3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.1簡易化

為降低系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，在設(shè)計(jì)前可以確定一個機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性框圖，其為n個子系統(tǒng)與部件組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，第i個子系統(tǒng)與部件可靠性記為Cei，系統(tǒng)可靠性則可以表示為：

串聯(lián)系統(tǒng)可靠性為各個子系統(tǒng)可靠性的乘積，則系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度越低，其包含的串聯(lián)環(huán)節(jié)越少，系統(tǒng)也就具有更高的可靠性。假設(shè)一個機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性框圖為n個子系統(tǒng)與部件組成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，則第i個子系統(tǒng)與部件可靠性可以記為Cei，系統(tǒng)可靠性則可以表示為：

并聯(lián)子系統(tǒng)不斷增加，必定會降低各子系統(tǒng)對系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)程度，因此在設(shè)計(jì)時可以選擇用2～3個并聯(lián)來提高系統(tǒng)可靠性。

3.3.2抗干擾設(shè)計(jì)

將系統(tǒng)工作狀態(tài)與環(huán)境干擾作為研究對象，總結(jié)以上經(jīng)驗(yàn)，來采取有效的防備措施設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方向?yàn)樨?fù)載效應(yīng)、環(huán)境防護(hù)等，并考慮關(guān)聯(lián)效應(yīng)與耦合效應(yīng)影響內(nèi)干擾等因素[4]。通過設(shè)計(jì)來盡量避免各類干擾因素的出現(xiàn)，并將其控制在允許范圍內(nèi)。

3.3.3人機(jī)工程設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)故障很大一部分原因是因?yàn)椴僮魇д`，而人為差錯出現(xiàn)的原因之一就是設(shè)計(jì)不合理，因此設(shè)計(jì)時需要提高人機(jī)工程的合理性。即對人生理與心理特點(diǎn)進(jìn)行分析，對液壓系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，包括信息顯示器、作業(yè)空間、控制器等，來提高系統(tǒng)操作的便利性與有效性，盡量避免因?yàn)槿藶檎`差而出現(xiàn)系統(tǒng)故障的問題。

4工程機(jī)械液壓系統(tǒng)使用與維修可靠性分析

4.1系統(tǒng)污染控制

液壓油污染對系統(tǒng)可靠性具有很大影響，大部分系統(tǒng)故障是由液壓油污染誘發(fā)，因此在使用與維修階段，需要重點(diǎn)做好對液壓系統(tǒng)清潔度的控制，將管理措施落實(shí)到生產(chǎn)、配置、適用與維修等不同階段。系統(tǒng)裝配前需要對管路、郵箱、接頭以及液壓元件等進(jìn)行全面清潔，尤其是液壓集成閥塊，需要徹底清除掉其內(nèi)部油道表面存有的尖角與毛刺。裝配完成后則應(yīng)對整個系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，對系統(tǒng)內(nèi)殘留的污染物進(jìn)行全面清除。另外，還應(yīng)安裝過濾裝置，在對系統(tǒng)加油時，需要進(jìn)行過濾處理。

4.2維修階段控制

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)維修階段的優(yōu)化，主要目的就是降低系統(tǒng)故障后，診斷與處理難度。因此應(yīng)盡量選擇用互換性好的標(biāo)準(zhǔn)化零部件，提高系統(tǒng)拆裝的便利性，降低各部件拆裝的難度，并且裝配配對要易于識別。同時，對于易出現(xiàn)故障的部位，周圍應(yīng)預(yù)留出足夠的檢測空間與維修空間，在維修某零部件時，盡量不要對周圍部件造成影響。另外，提高系統(tǒng)故障可檢測性，在設(shè)計(jì)階段根據(jù)故障模式與影響分析，確定故障樹圖，便于后期故障的查找與診斷，提高故障處理的效率，降低故障影響范圍。

5結(jié)語

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，診斷與處理會存在較大的難度，進(jìn)而會對系統(tǒng)運(yùn)行綜合效率產(chǎn)生影響。因此為提高系統(tǒng)可靠性，需要結(jié)合液壓系統(tǒng)特點(diǎn)，確定設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)，從不同環(huán)節(jié)出發(fā)，采取合理的措施進(jìn)行優(yōu)化，減少系統(tǒng)故障的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭雄華，韓慧仙，曹顯利.工程機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性分析[J].制造業(yè)自動化，2010，05：225-227.

[2] 張?zhí)煜?液壓元件的可靠性設(shè)計(jì)和可靠性靈敏度分析[D].吉林大學(xué)，2014.

[3] 楊福云.懸臂式掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)可靠性分析[D].太原理工大學(xué)，2014.

[4] 吳國山.工程機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)與分析[J].科技致富向?qū)В?013，21：303+314.