從工程角度談液壓系統的可靠性問題
發布時間：2017-09-01
1前言
液壓傳動及控制系統因功率密度大、動態響應快、易于實現直線運動等顯著的優點而廣泛應用于工程機械、冶金機械、農林機械、起運設備、武器裝備等各領域。但是,液壓傳動系統的漏油、故障率高、維護技術水平要求高等缺點也使得其在實際應用中缺乏競爭力,越來越受到電氣傳動強有力的挑戰,也進一步制約了其拓展更多的應用領域。隨著現代化生產對設備可靠性要求的提高,可靠性問題越來越受到重視。現在,許多設備都把可靠性作為一個重要的技術指標來考慮,靠性已與性能、成本、時間等技術指標同時作為評價系統好壞的主要指標。筆者在長期從事液壓傳動與控制技術的科學研究、工程實踐的基礎上,從工程設計和使用方面談液壓傳動系統的可靠性問題。
2可靠性的概念
可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內,完成規定功能的能力。產品的可靠性一般可分為固有可靠性和使用可靠性。產品固有可靠性是產品在設計、制造中賦予的,是產品固有的一種特性,也是產品的設計者可以控制的。而產品使用可靠性則是產品在實際使用過程中表現出的一種性能能力的特性,它除了考慮固有可靠性之外,還要考慮操作使用和維修保障等方面因素的影響。
按照可靠性的相關含義理解,液壓傳動系統的可靠性應從以下幾方面評定。
1)可靠性與使用條件密切相關
使用條件主要包括液壓系統使用過程中的環境條件、油液種類、油液溫度、工作壓力、流量、轉速、速度、連續或間斷工作等。同樣的液壓系統在各種使用條件下,其可靠性是不相同的,使用條件愈惡劣,可靠性愈低。
2)可靠性與使用時間密切相關
使用時間是指液壓系統工作的期限,用時間或相應的指標表示。例如:液壓泵用小時,液壓換向閥用換向次數。使用時間根據實際情況可以是長期的,如若干年,也可以是短期的,如幾十或數百小時。通常工作時間越長,可靠性降低。
3)可靠性與產品的技術指標有關
產品的主要技術指標包括液壓元件的額定工作壓力、額定轉速、適用介質、介質粘度范圍、適用溫度范圍、運動速度等指標。
液壓傳動系統具有理論與實際結合、工程性、實踐性強的突出特點。在工程應用中,提高液壓傳動系統的可靠性,主要有可靠性設計、維修可靠性和可靠性管理3方面的問題需要解決。
3可靠性設計
液壓系統進行可靠性設計,主要是為了在設計階段充分挖掘、分析和確定系統的薄弱環節和隱患,在設計上采取措施,提高液壓系統的可靠性。
1)元件選型和降額設計
液壓元件的可靠性是液壓傳動系統可靠性的基礎,元件可靠性包括固有可靠性和使用可靠性。元件的固有可靠性是由元件的設計和制造來保證,與制造廠關系較大,在選型時應充分考慮品牌、制造廠的實力和信譽。設計時元件的選型主要根據應用對象要求,充分考慮性價比來確定。元件的使用可靠性與系統使用過程中的工作參數等使用條件密切相關。為了提高元件的使用可靠性,一般采用降額設計方法,即系統設計所確定的使用工作壓力比元件的額定壓力低,這樣能提高元件的可靠度、延長使用壽命。通常,系統工作壓力為元件額定壓力的80%合適,降額過多,會造成成本和重量增加。
2)冗余設計
在高可靠性的應用場合,為應對突發故障,保證系統連續正常工作,一般采用冗余設計。液壓系統常見的冗余是采用硬件冗余,例如,應用于冶金軋鋼機械的液壓系統,一般液壓泵站都有冗余液壓泵作為備用液壓泵,當正常工作的液壓泵發生故障時,備用泵及時投入工作,保證系統正常連續工作。
3)模塊化、集成化設計
根據液壓系統各部分功能特點,相對集中地采用模塊化、集成化設計,每個功能模塊的元件采用無管連接,提高系統的可靠性。而各個功能模塊之間的連接,則力求結構簡單,管路和接頭最少,盡量使用直管、減少彎管。
4)減振、降噪設計
液壓系統的振動和噪聲主要是液壓泵站和管路所產生,特別是液壓泵站的高壓、大流量化,噪聲和振動的加劇嚴重影響泵站的正常運行,并惡化工作環境。降低泵站噪聲和振動,主要是合理選取工作參數和設計結構。例如,使液壓泵的工作轉速比額定轉速低,液壓泵置于油箱下提高進油口壓力,都能有效降低液壓泵的噪聲;但降低液壓泵的轉速將會使泵的排量增大,從而使成本和體積增大,通常需要整體綜合考慮。
液壓泵進、排油管各采用一段軟管,電機底座增加隔振墊,可有效降低液壓泵站的振動。對于液壓系統的中間管路振動,主要是合理設置管夾的安裝位置,一般可在現場調整管夾位置,使管路的固有頻率和管路中流動液體不產生共振。
5)污染控制設計
液壓系統的污染控制設計主要包括過濾器的精度、安裝位置和油箱的結構設計。一般的液壓系統都設計有排油管路過濾器和回油管路過濾器,可靠性要求高的系統還有離線獨立循環過濾器,過濾器精度一般為10μm;如果是伺服系統,在伺服閥前應加裝3μm或5μm的過濾器。而油箱現在一般都采用全封閉結構,箱蓋上空氣過濾器的精度不低于3μm。
6)油溫控制設計
油液工作溫度直接影響液壓系統的可靠性。油溫過高,油液粘度降低、泄漏增加、潤滑性變差,油溫過低,油液粘度增大、壓力損失增加。一般液壓系統油溫控制在40℃左右比較合適,因此,液壓系統必須要有控制系統油溫的有效措施。另外,液壓管路要注意防高溫源的影響,例如,板帶熱軋機的周圍環境溫度非常高,排管應盡量避免受高溫鋼板的影響。
7)人機工程設計
盡可能設計出操作設備時最省力,不容易發生差錯的相應結構;同時對于設備的版面設計和環境的布置應符合人們的要求。例如,油箱液位指示器應便于觀察液位,要設置檢查孔;儀表、監測報警裝置要便于讀出、監視。控制裝置易于識別,操作人員的操作與其結果反映明顯,避免采用容易出現疏忽、維護和操作錯誤的結構。
4維修可靠性
維修方式可分為產品失效后才進行維修的事后維修和失效前就進行維修的預防維修。事后維修是在產品失效后再進行維修,當系統龐大時,對成本和安全十分不利。而預防維修則通過可靠性設計和平時進行部分檢修更換,使設備處于正常工作狀態,因而預防維修更受到歡迎。
液壓系統維修可靠性方面主要包括:
(1)簡化結構,部件和連接件易拆易裝;
(2)提高可達性設計。易于出故障的部位附近,應有足夠的檢測空間和維修空間,維修某一部件時,最好能不拆或少拆其他零部件;
(3)系統中存在危險因素的部位均應有安全保護裝置和措施,并在相應位置設明顯的警告標志,保證維修人員操作安全;
(4)按說明書規定的內容進行使用、潤滑、調試和保養。合理制定維修周期,并按維修標準,用最合理的維修工藝、材料和方法進行維修。
在維修過程中,還應考慮維修人員的素質、技術水平與維修人員數量;還要考慮維修中的備件數量、工具、測試裝置、材料等保障系統的支持。
5可靠性管理
可靠性管理也是提高液壓系統可靠性的重要措施。液壓系統使用過程中的可靠性管理主要包括:
(1)嚴格按產品規定制定使用條件和方法;
(2)制定液壓系統的修理和維護保養制度;
(3)對液壓系統使用過程中失效的元件進行分析,盡可能找出失效機理上的原因;
(4)收集元件可靠性數據,生產現場中可靠性數據,使用環境、工況、維修及報廢情況的數據;
(5)收集有關維修資料、計劃、維修人員技術水平和維修環境等。
液壓系統的可靠性涉及面廣,影響的因素多。為了提高液壓系統的可靠度,延長其使用壽命,在實際工程應用中有必要進行有效的、可操作性的設計、制造、維修和可靠性管理。
摘自：中國計量測控網
