舉高消防車液壓系統(tǒng)預(yù)防維修策略

摘要：近幾年我國高層建筑數(shù)量多、發(fā)展快，為應(yīng)對高層滅火救援行動(dòng)，消防隊(duì)伍大力加強(qiáng)舉高消防車的配備力度，使舉高消防車從數(shù)量到質(zhì)量都有了質(zhì)的提升，因此針對舉高消防車及其系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的研究十分必要。基于此，從舉高消防車最主要的液壓系統(tǒng)出發(fā)，闡述構(gòu)建舉高消防車液壓系統(tǒng)預(yù)防維修模型、運(yùn)用清潔液壓油、阻止空氣進(jìn)入的具體方式，說明預(yù)防維修的基本策略，以期為消防救援隊(duì)伍指戰(zhàn)員使用舉高消防車作戰(zhàn)訓(xùn)練的安全提供支持。

關(guān)鍵詞：舉高消防車;液壓系統(tǒng);預(yù)防維修

中圖分類號：U469.6 收稿日期：2022-07-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.09.017

1 前言

作為特種消防車輛，舉高消防車主要應(yīng)用于高空滅火、救援作業(yè)，常見的有舉高射噴消防車、登高平臺消防車、云梯消防車，其主要結(jié)構(gòu)總成有臂架、梯架、支腿、轉(zhuǎn)臺、工斗、滑車、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、水力系統(tǒng)等。隨著科技的不斷進(jìn)步和滅火救援工作的實(shí)戰(zhàn)需要，近年來國內(nèi)還陸續(xù)研發(fā)了舉高破拆消防車、舉高多劑聯(lián)用消防車，創(chuàng)新性地推出了大跨度舉高噴射消防車、雙臂架舉高噴射消防車等新車型，最大工作高度云梯消防車、舉高噴射消防車也分別達(dá)到60 m、80 m以上，且已研發(fā)了最大工作高度達(dá)到100 m的登高平臺消防車，在工作高度方面已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。但在實(shí)際使用過程中，因液壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致安全性能降低，影響車輛執(zhí)勤備戰(zhàn)的情況時(shí)有發(fā)生，這就要求針對液壓系統(tǒng)的預(yù)防維修展開分析，突顯出此研究主題的必要性。

2 舉高消防車液壓系統(tǒng)概述

舉高消防車是指消防車主題特征配有舉高臂架或梯架的消防車。液壓系統(tǒng)是控制整個(gè)消防車正常運(yùn)行的重要結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)正常工作的狀態(tài)下，保證車輛完成作業(yè)。此系統(tǒng)中的高壓液壓泵是動(dòng)力來源，發(fā)動(dòng)機(jī)中的動(dòng)力在取力器取出后，作用于工作部位。舉高消防車液壓系統(tǒng)構(gòu)成的示意如圖1所示，可以看出，工作狀態(tài)下電液伺服閥保持作業(yè)，此時(shí)液壓系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，油箱提供液壓油，該油經(jīng)過平衡閥和液壓缸后形成回流，最終保證一腔回油一腔進(jìn)油的工作模式[1]。

但實(shí)際使用中該液壓系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致舉高消防車的液壓系統(tǒng)無法保證工作的安全性，部分零件受損，但由于元件所處的位置較為隱蔽，在檢查故障點(diǎn)和定位故障原因的環(huán)節(jié)難度較大，需要根據(jù)各個(gè)部位間的實(shí)際聯(lián)系，找出故障的具體原因。由此可見，舉高消防車液壓系統(tǒng)的預(yù)防維修的難度較大，失效分布具備分散性的特點(diǎn)，這為其研究設(shè)置了障礙。結(jié)合目前研究成果來看，采取構(gòu)建靜態(tài)故障樹的辦法，對液壓系統(tǒng)的可靠性加以分析。

3 舉高消防車液壓系統(tǒng)預(yù)防維修

3.1 構(gòu)建舉高消防車液壓系統(tǒng)預(yù)防維修模型

預(yù)防維修模型的構(gòu)建可為舉高消防車的檢修工作提供支持，通過構(gòu)建設(shè)備可用度、平均維修成本、工作時(shí)間約束和可靠度約束共同作用的函數(shù)模型，可達(dá)成自動(dòng)識別、降低成本、提高維修率和縮短維護(hù)時(shí)間的目標(biāo)[2]。下面介紹函數(shù)模型的構(gòu)建過程。

a.設(shè)計(jì)可靠度約束函數(shù)。本文應(yīng)用的預(yù)防維修方式為不完全維修設(shè)計(jì)公式：

[αi=u×cpicgv×i1+w ] （1）

式中，[cpi]、[w]、[v]、[cg]、[u]、[αi]分別為第i次預(yù)防維修費(fèi)用、維修學(xué)習(xí)效益參數(shù)、時(shí)間調(diào)節(jié)參數(shù)、舉高消防車購買單價(jià)、成本調(diào)節(jié)參數(shù)和第i次預(yù)防維修時(shí)的役齡回退因子。由于[cpi]屬于動(dòng)態(tài)變量，用公式[cpi]=a+bti求得。其中，ti、b、a分別為預(yù)防間隔時(shí)間、可變費(fèi)用時(shí)間參數(shù)和固定費(fèi)用。

b.設(shè)計(jì)工作時(shí)間約束函數(shù)。舉高消防車的工作時(shí)間總量為確定值，因此工作時(shí)間由故障后維修時(shí)間、預(yù)防維修時(shí)間和有效作業(yè)時(shí)間組成。設(shè)計(jì)的函數(shù)為：

[tt=i=1Nti=T] （2）

c.設(shè)計(jì)平均維修成本函數(shù)。此成本包括故障停工損失、預(yù)防維修費(fèi)用和間隔期故障最小維修費(fèi)用，分別用[C1、C2、C3]表示。對應(yīng)的函數(shù)公式是：

[C1]=[i=1NLi-1Li-1+tiCtλtdt] （3）

[C2]=[i=1NCpi] （4）

[C3]=[i=1NLi-1Li-1+tiCmλtdt] （5）

式中，[Ct]、[Cm]分別代表一次故障的停工成本和一次維修的最小費(fèi)用。由此可得出成本如下：

min C（N，t1，t2，[…]，tN）=

[Ct+Cmi=1NLi-1Li-1+tiλtdt+i=1NCpi/T] （6）

d.設(shè)計(jì)可用度函數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，其可用度函數(shù)為：

max A（N，t1，t2，[…]，tN）=[i=1Nti-trLi-1Li-1+tiλtdt-tp/ti]（7）

在以上四個(gè)公式設(shè)計(jì)完畢后，將其整合成預(yù)防維修多目標(biāo)方程，即可應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)維中。

[min C（N，t1，t2，…tN）= Ct+Cmi=1Nti-trLi-1Li-1+tiλtdt+i=1NCpi/TT （8）max A（N，t1，t2，…tN）=i=1Nti-trLi-1Li-1+tiλtdt-tp/ti]

[Rit≥R0;i=1，2，…，Ntt=i=1Nti=T] （9）

3.2 運(yùn)用清潔液壓油

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，液壓油是影響舉高消防車液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要因素之一，其污染變質(zhì)或者使用不當(dāng)都會對系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的影響，尤其是在系統(tǒng)中包含閥、泵等元件，其具備著外表面摩擦力大、結(jié)構(gòu)粗糙的特點(diǎn)，如在元件上附著油污將直接影響液壓油的運(yùn)行，無法保證縫隙式控制閥口、阻尼孔等精密結(jié)構(gòu)的正常使用[3]。雜質(zhì)過大會直接將小孔、縫隙等堵住，出現(xiàn)動(dòng)作失效或者密封不嚴(yán)的問題，無法與其他元件形成流通的結(jié)構(gòu)，無益于系統(tǒng)循環(huán)，帶來冷卻不良、溫度升高和安全閥開啟的不良情況，對于舉高消防車發(fā)揮實(shí)際效用起到抑制的作用。由此可見，為保證舉高消防車液壓系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)揮實(shí)效，需要使用清潔的液壓油，并對進(jìn)入系統(tǒng)中的液壓油雜質(zhì)含量精準(zhǔn)測定。

液壓油由供應(yīng)商提供，在將其提供的液壓油倒入前需要就使用說明書詳細(xì)閱讀，明確正確使用的操作流程，必要時(shí)應(yīng)當(dāng)維護(hù)人員與供應(yīng)商共同對此加以分析，保證操作上契合正確使用的要求。對于必須使用代用油的情況，要細(xì)致分析其性能，對比其與原牌號油之間的差異，選擇性能更為相近的代用油，并且在同一液壓系統(tǒng)中只能使用一種牌號和廠家的液壓油，不得混用。其他精密元件在使用前，需要使用清潔劑加以清洗，檢查管路、元件的潔凈程度，應(yīng)當(dāng)保證液壓缸、泵、閥等核心元件完全清潔，如此才能在作用于液壓系統(tǒng)環(huán)節(jié)發(fā)揮相應(yīng)作用。

加設(shè)空氣過濾器，將其設(shè)置在封閉油箱口處，選擇精度高的儀器，提高過濾空氣的效能。控制進(jìn)入油箱的油量，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)油位，檢查每次進(jìn)入的具體量，控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。實(shí)際使用液壓油的過程中易受到光照、氧氣和溫度的影響，油體本身的性狀發(fā)生改變，部分物質(zhì)被氧化，油泥附著于油箱中。因而要針對這一問題設(shè)置定期檢查的機(jī)制，通過觀察液壓油的顏色，判斷其是否已經(jīng)變質(zhì)。若發(fā)現(xiàn)液壓油有異味并呈現(xiàn)黑褐色，說明已經(jīng)被氧化，需要及時(shí)倒出更換新油。除了定期檢查是否變質(zhì)外，還應(yīng)當(dāng)就含雜質(zhì)情況、含水量開展定期檢查活動(dòng)，從而確保液壓油的清潔程度。

3.3 阻止空氣進(jìn)入

若在液壓系統(tǒng)中存在空氣，將帶來氣蝕和氣穴的問題，這將造成油液不連續(xù)的情況，在油體中出現(xiàn)大量氣泡，無法保證正常使用。通過對實(shí)際運(yùn)行中空氣作用的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除了氣泡影響外，嚴(yán)重時(shí)會制約油缸的運(yùn)行，發(fā)生抖動(dòng)和伸出緩慢的故障，而氣泡本身無法始終以原本的形狀在油液中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓力增強(qiáng)，進(jìn)入到高壓管路后，將會發(fā)生爆裂，這將帶來氣蝕問題，油液的溫度驟增，造成局部過熱的問題，并且一般伴有噪聲，縮短了液壓系統(tǒng)的使用壽命，難以維持密封件的正常工作狀態(tài)。

因此，為保證舉高消防車正常運(yùn)行，要設(shè)計(jì)阻止空氣進(jìn)入的結(jié)構(gòu)，通過檢查存油量，確定是否存在通氣孔堵塞或液壓油箱缺油的情況，防止液壓系統(tǒng)吸入空氣。液壓油加注的過程要避免灌入空氣，采取升降液壓機(jī)的辦法，多次操作中將可能灌入的空氣排出，并保證油液充滿整個(gè)系統(tǒng)。經(jīng)過調(diào)查，在液壓泵進(jìn)入口處容易出現(xiàn)密封性不佳和過于粗糙的問題，因而要將一部分油作為潤滑劑，在泵體中住滿油液后，將柱塞泵安裝完全，檢查密封性，而后將液壓油加入到系統(tǒng)中，從而降低空氣彈簧問題發(fā)生的幾率。

針對密封圈的密封性展開檢查，確定其是否處于密封良好的狀態(tài)，利用定期維護(hù)系統(tǒng)橡膠油封的辦法，提升嚴(yán)密性。液壓系統(tǒng)正常工作的溫度范圍是35～60°C，此溫度范圍內(nèi)油液變質(zhì)的可能性大幅降低，說明在使用舉高消防車的過程中，要避免出現(xiàn)過載時(shí)間超出限度的情況，在外界溫度較高的環(huán)境中要采取階段性作業(yè)的方式，減少連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的次數(shù)，以此降低系統(tǒng)的運(yùn)行溫度[4]。

3.4 定期維修養(yǎng)護(hù)

舉高消防車的維修養(yǎng)護(hù)應(yīng)當(dāng)具備周期性的特征，通過定期維護(hù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的故障，從而給出對應(yīng)的處理意見。實(shí)際使用中常見的故障包括回轉(zhuǎn)、伸縮和變幅動(dòng)作不夠準(zhǔn)確柔和，操作消防車的頻率過快，這將會導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)關(guān)壓力增加，帶來閥芯卡死、高壓軟管破損和管接頭松動(dòng)的問題，對于使用壽命的延長起到抑制作用。因此在操作舉高消防車的環(huán)節(jié)，要緩慢移動(dòng)，維持平穩(wěn)的回轉(zhuǎn)、伸縮和變幅作業(yè)狀態(tài)，避免出現(xiàn)故障。消防人員和其他維護(hù)人員要關(guān)注液壓系統(tǒng)的運(yùn)行聲音，如若聽到氣蝕噪聲，要檢查液壓泵和溢流閥，確定是否出現(xiàn)故障。在溢流閥出現(xiàn)異響、元件動(dòng)作遲緩的情況下，要求消防人員立即停止作業(yè)，檢修人員采用停機(jī)檢查的辦法，找出異響發(fā)出原因[5]。

定期養(yǎng)護(hù)應(yīng)當(dāng)制定具體的規(guī)則，維護(hù)人員和消防人員基于此在日常作業(yè)中時(shí)刻保持預(yù)防為先、維護(hù)在后的意識，降低故障發(fā)生的可能性。定期檢查的要點(diǎn)如下：a.接頭、管路和液壓油箱：針對接頭要檢查其漏油和銹蝕程度，擰緊接頭，清除銹蝕，必要時(shí)更換接頭。針對管路要分別檢查硬管和軟管，判斷固定管夾是否已經(jīng)松動(dòng)，同樣要關(guān)注漏油和銹蝕問題。軟管是液壓系統(tǒng)中較為重要的部分，需要及時(shí)更換已老化磨損的運(yùn)動(dòng)軟管，并采用停機(jī)更換的辦法，將已風(fēng)化開裂外層橡膠予以更換，保持軟管原本性狀。b.油缸：檢查重點(diǎn)放在活塞桿上，確定是否存在劃痕，并判斷運(yùn)行聲音是否正常，出現(xiàn)異響要停機(jī)檢修。c.主閥：主要檢查手動(dòng)功能是否正常，一般在工作200 h后需要對舉高消防車的手動(dòng)功能進(jìn)行檢查，根據(jù)應(yīng)急操作標(biāo)牌上的細(xì)則，細(xì)致檢修。d.閥：逐一檢查安裝螺栓，查看是否松動(dòng)，重點(diǎn)關(guān)注支腿液壓鎖和板式變幅平衡閥，檢查其緊固性。e.系統(tǒng)壓力：檢查過程中要使用壓力表，將其接入系統(tǒng)電力結(jié)構(gòu)中，選定測壓點(diǎn)，連接上下兩點(diǎn)，啟動(dòng)舉高消防車，將下車切換按鈕按下，觀察壓力表數(shù)值，讀取數(shù)字。而后觀察上車壓力，將支腿支起后依照舉高消防車說明書中的具體內(nèi)容判斷此運(yùn)行狀態(tài)下的壓力是否達(dá)標(biāo)，適度調(diào)整壓力，滿足實(shí)際運(yùn)行要求。f.泵：針對汽油機(jī)泵和油泵設(shè)置定期檢查方案，重點(diǎn)檢查磕碰和銹蝕現(xiàn)象，確定傳動(dòng)軸連接的狀態(tài)，查看法蘭的連接情況，避免出現(xiàn)漏油和松動(dòng)的問題，提升泵結(jié)構(gòu)的性能。g.緊急降落系統(tǒng)：同樣在工作200 h后，需要就舉高消防車的緊急降落系統(tǒng)予以檢修，確定手動(dòng)功能是否可在主閥中發(fā)揮出實(shí)際作用。h.濾芯和液壓油：更換不滿足要求的濾芯和液壓油，使用清洗劑或者柴油將濾油器外表面清洗完全，將回收裝置放置于濾油器下方，將油液收集。旋開濾油器，拉出濾芯，清洗后重新放入，或更換濾芯再次放入，并旋緊過濾器端蓋。

4 結(jié)語

舉高消防車是目前社會救援工作中的重要設(shè)備，其對于保障人身和財(cái)產(chǎn)安全起到了積極的作用，為保證作用正常顯現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建可用度、平均維修成本、工作時(shí)間約束和可靠度約束共同作用的預(yù)防維修函數(shù)模型，保證在及時(shí)預(yù)防和精準(zhǔn)搶修的基礎(chǔ)上，降低維修預(yù)防的成本，滿足經(jīng)濟(jì)效益的要求，并通過定期檢修、處理液壓油和空氣的方式，提升液壓系統(tǒng)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏蘇杰，王欣，徐志升，等.基于AMESim舉高消防車調(diào)平液壓系統(tǒng)故障仿真[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2021（8）：70-75.

[2]高春峰.舉高類消防車冗余安全控制設(shè)計(jì)與預(yù)防維修研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（21）：148-149.

[3]潘飛，陳添明，顏龍，等.不同保護(hù)方式下消防車臂架結(jié)構(gòu)耐火性能[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2020，39（1）：83-85.

[4]張義，張浩，張軍.舉高消防車回轉(zhuǎn)支承固定螺栓斷裂失效分析[J].建筑機(jī)械，2020（9）：53-55.

[5]馮夢，袁露，闞夢涵，等.我國消防車現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢淺談[J].汽車與安全，2020（8）：104-108.

作者簡介：

梁國棟，男，1975年生，高級工程師，研究方向?yàn)橄姥b備工作。