机械设备中液压系统的主动维护技术及应用

　　本文作者介绍了机械设备特别是液压系统的主动维护技术的发展及优势，及进行主动维护的一般步骤，并对液压系统进行主动维护应用及其智能化发展进行了探讨。

　　《凿岩机械气动工具》本刊主要刊登凿岩机械气动工具及相关专业的设计制造、使用维修、科学研究等方面的专业理论、制造技术、使用技术、科研成果;反映行业技术发展趋势的专题综述;相关学科的新技术、新工艺、新材料、企业建设、科学管理的经验和成就。获奖情况：全国矿业工程中文核心期刊;中国科技论文统计源期刊;甘肃省编校质量达标期刊。

　　一、主动维护技术

　　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。

　　1.1 设备维护技术的发展历程

　　在工业发展的早期阶段，通常采用的是在设备损坏后再进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。

　　随着科技的发展，开始出现了采用对设备状态进行适时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趋势，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，以时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技术——主动预防性维护。

　　主动预防性维护是由美国俄克拉荷马洲立大学FitCh博士所创立的，近年发展起来

　　的一种基于状态检测的机器维护维护技术，这种维护方式是在机器开始发生失效(材料磨损和性能下降)之前采取的维护活动。它通过监测可导致失效的系统根源性参数并及时纠正根源性异常工况，以保持设备健康的工作状态。

　　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，如介质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能导致材料损坏的系统根源性参数，如介质污染度、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。

　　主动维护可以说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

　　主动维护技术不仅具有直接降低设备维修费用，而且还有以下的作用:

　　1)保证设备的工作性能。使设备生产出高质量的产品，有利于资源的充分利用，提高了企业的综合经济效益;

　　2)防止了设备的非正常停机。避免非正常停机而带来的种种影响(如正常生产计划的打乱、停机造成的经济损失，维修工作的被动等)，提高了企业的生产效率，确保设备

　　的可靠性、安全性;

　　3)延长了现有设备的使用寿命;

　　4)提高设备的可利用率。减少企业设备因故障报废而更新的资产投入，可减少设备新购置的数量，提高企业现有设备的利用率，增强了其市场竞争力。

　　二、实施主动维护的步骤

　　实施主动维护一般有以下步骤：

　　1)设备按主次分类，明确主动维护的对象。各企业一般机电设备众多，不可能也没必要对全部设备都进行主动维护，应选择对生产和安全有重大影响的设备，进行主动维护。

　　2)寻找故障源和设备发生故障的根源性参数。对需采用主动维护的设备，应根据设备的结构原理、使用材料、工作条件及工作环境等诸多因素，采用FMECA分析法(failure mode effect and criticality analysis)、故障树分析法(failure tree)等方法，寻找故障源及设备发生故障的根源性参数。大量事实表明，许多设备的大多数故障都是由少数的原因造成的，即所谓的\"80%的故障是由20%的原因造成的\"。#p#分页标题#e#

　　3)确定根源性参数的控制水平。通常情况是，某项参数控制的水平越高，由该项参数导致的故障率越低，但控制所花费的成本亦越高;而参数控制的水平太低又起不到消除或减轻故障的作用。因此，根源性参数的确定原则是将根源性参数控制在其不会引起设备故障发生的最低水平上，如某液压系统使用L-HFDR磷酸酯液压液污染控制的指标是:平均污染度低于ISO4406—16/13;水分≤500ppm;热稳定性≤1200C , 12

　　h;氯含量≤50ppm等。

　　4)对根源性参数实施控制。采取适当的措施确保其在给定的变化范围之内，不同的根源性参数具有不同的控制措施，即使是相同的根源性参数，也可能存在不同的控制措施。技术人员应本着科学合理与经济适用的原则，对症下药。这样，才能有的放矢，为企业取得较好的经济与技术效益。

　　5)对根源性参数实施监测。检查其是否达到了设定的目标，若没有达到，则需要分析原因，改进控制措施，直到达到目标为止。

　　主动预防性维护实施的首要环节是要弄清楚造成设备失效的根源。对于液压系统，其失效的根源可概括为以下几个主要方面：

　　(1)液压介质污染;

　　(2)液压介质泄漏;

　　(3)液压介质理化性能变化;

　　(4)液压介质气蚀;

　　(5)液压介质温度过高;

　　(6)系统过载。

　　据液压专家及液压元件制造厂家的权威统计，液压元件故障的原因有85%以上是直

　　接或间接由液压介质污染所引起的。

　　因此，液压系统的失效根源主要是液压介质的污染，其次液压介质泄漏、液压介质理化性能变化、气蚀、过热以及系统过载等均可导致系统的失效。其中液压介质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，液压介质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。所以，液压介质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。

　　确定了液压系统维护的关键技术措施，对于液压系统实施主动维护通常采取三个步骤：

　　(1) 确定为达到预期的设备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) 对系统介质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，液压系统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，使液压介质污染不至于发展成导致整个系统问题的故障源。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。

　　三、液压系统污染控制和主动维护的智能化

　　主动维护技术看起来很简单，但在大多企业推广应用却很不理想。目前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，与发达国家、先进企业的差距很大。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，精确确定目标清洁度是一个难题。一般是按照液压系统设计推荐值来确定，但实际工况千变万化，到底是否适用，怎样调整合适?没有准确的方法。目标清洁度定得高，故障率会降低，但运行成本要增大;目标清洁度定得低，又不能达到预期效果。

　　其次，目前对于过滤装置的选型及使用也存在很多问题。现在使用的过滤器大多是带有压差指示和报警装置，但是需要人工定时巡检，一般大型液压站与生产作业线设备距离较远，站内环境较差，容易漏查漏报。如果不能及时更换报警滤芯，就不能有效的控制介质污染度。一旦出现滤芯破裂等情况，过滤装置本身就成了严重的污染源，其后果更不堪设想。

　　第三，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，大多企业还只能采取定点、定时取样检测的方法。这就存在确定取样位置，何时取样以及取样时造成的二次污染等问题。同时这也是一个费时费力的工作，且受人为因素的影响很大。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，主动维护实施过程中，对人的素质要求极高，对人的因素过分依赖，也

　　因此受人为因素影响很大，实际工作效果不是很理想。

　　要解决这些问题，我认为采取切实有效的办法有：

　　首先，可利用机电一体化技术，研究出经济实用的，可快速、准确地检测介质污染度的在线式污染度传感器，实现对系统介质污染度的在线检测和集中监控。

　　再次，发展能自动切换的电控多联过滤器及自动反清洗过滤器。

　　此外，研究开发利用在线传感器监测系统的压力、流量、温度等数据，通过数据采集及数据预处理，采用具有可视化界面的VB应用软件，结合ACCESS数据库并应用模糊控制理论，建立起液压系统故障实时监测与诊断专家系统，进行在线监测与后台离线诊断，能够实现较快速查找出可能发生故障的根源并根据系统提供的故障系数有优先顺序排除故障。从而实现液压系统污染控制和主动维护的智能化和自动化。#p#分页标题#e#

　　四、结论

　　1)主动维护技术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)液压介质污染是液压系统发生故障的主要根源性参数，对它进行有效的监测和控制，使系统内介质的清洁度不超过关键元器件污染控制区间，可以显著提高液压系统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介质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，是污染控制技术的一个典型和综合应用。

　　5)目前主动维护技术的应用还不理想，必须发展在线监测、自动切换过滤器或自清洗过滤器及液压系统故障实时监测与诊断专家系统，实现污染控制和主动维护的自动化和智能化。

　　参考文献：

　　[1] 贾瑞清等. 液压系统的主动预防性维护[J].机床与液压, 1994(6):319-321.

　　[2] 何庆等. 主动维护技术及其在液压设备中的应用[J].中国矿业大学报,2003(5):

　　307-310.