1.液压系统故障特征
工程机械液压系统主要包含液压泵、变矩器、控制阀、液压马达和液压缸(执行机构)、变速器、动力换挡变速阀等机构，其故障一般表现为行走和执行机构无力、迟缓、振颤或过热，液压离合器耦合不良，液压活塞伸缩不到位等。故障形成的原因主要是由液压系统或元件失效引起的。这种失效常表现为液压系统的压力、流量和温度等的变化。工程机械液压系统的故障特征具有以下5个特点:
一是故障点隐蔽性强。工程机械液压装置的失效往往发生在系统内部，加之工程机械工作现场检查条件差，因此难以直接检测，故障分析与判断困难。
二是液压系统故障判断复杂。工程机械液压系统故障表现与故障点之间的关系较为复杂，一个故障现象可能由多个故障点叠加导致，一个故障症状可能因为多种原因，一个故障源也可能导致多处的液压症状。
三是相关因素的随机性强。工程机械液压系统在工作过程中，往往受到多种因素的影响，故障的发生与发展往往具有不确定性，为此判断与定量分析较为困难。
四是失效分布分散。由于设计、材料、加工及工作环境的差异较大，造成工程机械的各液压元件的磨损速度差异较大，为此所谓的“液压元件寿命标准”在这样复杂的情况下只能作为参考，而无法作为工程机械液压元件故障诊断与分析的主要依据。
五是机电液耦合性差异。工程机械往往是一个机械、电子与液压装置于一体的综合系统，其故障往往是各子系统的复杂耦合，这也使得液压元件的故障监测、诊断十分困难。
2.故障监测与诊断技术类别
所谓工程机械的液压系统故障监测与诊断就是利用现代科技手段与仪器设备，对液压系统中的温度、压力、流量等基本参数，以及液压马达和液压缸等执行机构的油液状态、速度、噪声及泄漏情况等进行检测，来综合判断液压系统的工作状态，进而推断液压元件的工作状态及损伤情况。
按照对象不同，工程机械液压系统故障监测与诊断技术主要有2种，一是对油液污染进行监测与诊断，二是对液压系统进行监测与诊断。在工程机械液压系统的工作过程中，往往有局部油液渗漏情况发生，造成工程机械液压系统局部油液污染，影响系统的工作效率，甚至引发故障。通过对工程机械液压系统油液污染监测，可对故障进行诊断。
工程机械液压系统不同功能的实现需多个液压元件相互配合完成，如果工作过程中一个或多个元件出现故障，势必影响工程机械液压系统的工作。而通过故障监测与诊断技术对液压装置的监测与诊断，可及时发现工程机械液压系统存在的问题并及时处理，从而保证工程机械液压系统运行的可靠性。
一旦工程机械液压系统出现故障，现场工作人员可以采取以下方法需求锁定故障点，及时排除问题。一是观察法。观察法是最为简便的方法，工作人员可以通过听、闻、摸、看等方法检查工程机械液压系统零部件，通过工作系统的正常噪声与故障噪声的区别，以及油液味道、振动、温度、颜色变化等来判断诸如变形、松脱、漏油、破裂等故障。
观察法简单、可靠，尤其是适用工作现场缺少必要的工具和仪器时。二是通过操作与调整来进行诊断。在工程机械液压系统出现问题时，可由有工作经验的工作人员通过设备的操作与调整，来对比设备与平时工作状态的不同来判断故障的种类及部位。
这种诊断方法有无负荷均可进行，但对工作人员的技能要求较高。三是对比或替换检查法。在工程机械液压系统出现故障且又缺少测试仪器和专业技术人员时，可通过对2台相同设备工作状态的对比或对疑似故障液压元件的替换来判断故障点。使用这种方法时较为直接，但常常会因找不到相同设备、拆卸不便等因素而受到限制。
3.故障监测诊断技术现状
(1)国外现状
以欧美发达国为代表的众多国外机构对工程机械的信息化、智能化进行了大量的研究，并已经付诸实践。如美国卡特彼勒公司在很多工程机械上安装了GIS地理信息系统、GPS全球定位系统、GSM全球移动通信系统和METS采矿铲土运输系统。METS主要由CAES(计算机辅助铲土运输系统)、VMS(关键信息管理系统)和CAESoffice(CAES专有办公系统)3个部分组成，具有无线电通讯、设备检测、故障预警与诊断、作业管理和机械自动化控制等功能。
卡特彼勒公司在20世纪90年代开发的F系列和G系列的装载机均安装了CMS(计算机监控系统)，取代了其上一代产品——E系列的EMS(电子监控系统)。
F系列和G系列装载机搭载的电子计算机系统，可以同时监控发动机燃油量、水温、变速器温度、液压油温度等，同时该系统具备故障诊断功能，可提供三级报警。
其中搭载在Cat992G型装载机上的电子计算机系统，可监控并诊断装载机的各项参数并可将数据通过无线传送到办公室进行记录和分析。Cat950G型装载机配备的Cat计算机监控与诊断系统，提供了指导诊断系统和基于维修工具的软件包。
Cat994D型装载机安装有VMS(关键信息管理系统)，进一步强化了其监控与故障诊断系统，并可通过LeTourneau(集成网络控制系统)将出错信息、故障原因等显示在液晶屏上，同时他还提供三级报警信号用以显示发动机、液压系统、电气电子系统等的状态。
瑞典沃尔沃公司生产的L系列装载机也安装了基于计算机技术的Matris软件，用以监控和分析装载机的发动机、液压系统等关键系统的工作状态，并提供人机交互和自动故障诊断与显示。
(2)国内现状
相比较而言，我国工程机械故障检测与诊断技术落后。进入21世纪以来，国内的不少研究机构加大了对工程机械电子监控、故障监测与诊断等的理论研究与实践探索。如:华中科技大学的何岭松、杨叔子梳理了基于互联网的设备故障远程诊断国内外研究现状与关键技术问题;哈尔滨工业大学的邢松寅从发展背景、概念内涵、关键技术、应用前景及发展趋势等方面介绍了CSCW(计算机支持的协同工作)在工程机械故障监测与诊断领域的应用。
为了提高工程机械的可靠性，国内一线工程机械设计制造企业(如柳工、徐工、三一重工等)，开始尝试研发工程机械电子监控系统，用以监测、记录工程机械的运行状态，并提供基于计算机、互联网技术具备初步故障监测与诊断服务功能的故障诊断与远程服务系统。安装有这个系统的工程机械，无论在世界上的任何地方，只要用户开通了远程服务系统，生产厂家的专家就可以随时监控工程机械的工作状态，并可提供故障机械的会诊及故障排除(咨询)服务。
三一重工开发的基于GPS、GPRS(无线通信技术)和GIS(地理信息技术)的智能型工程机械远程监控平台，在该公司的正流量液压挖掘机等产品上得到了广泛应用，其性能指标达到了国际同期水平。
4.未来发展趋势
随着机电液一体化技术的不断发展，计算机及数据处理技术、网络与通讯技术等逐渐与之融合，工程机械液压系统的故障检测与诊断技术也正从单纯的主观分析向新的方向发展，主要有以下几个方面。
(1)虚拟化
随着计算机技术的不断发展，与其相关的软件技术和微电子技术也在不断更新。虚拟仪器技术作为一种新型技术，已经逐渐应用到各种工程机械上。这种技术具有柔性和开放性，开发环境友善，用户对软件作适当改变，即可实现一些新功能。
(2)高精度化
对工程机械液压系统而言，其信号往往是非线性的、突变的和瞬态的，为此传统时域和频域只适用于稳态信号的分析，不能揭示其中的故障信息。这就要求一种能够同时表现信号时域和频域的方法。而计算机技术、大数据技术的不断发展，恰能满足了这种要求，大大提高了信号处理的分辨率。
(3)状态化
将传感器技术、计算机技术、红外测温技术和超声波技术等引入工程机械液压系统监测与诊断领域，能有效解决液体流经管路时流速、压力、噪声等综合载体信号产生时差流量信号和压力信号的跟踪问题，实现了液压系统动态参数的在线实时监测，避免了对工程机械液压系统的“解体体检”的问题，从而有效解决“维修不足”和“维修过度”的矛盾。
(4)智能化
知识工程、专家系统和人工神经网络等人工智能技术在工程机械液压系统监测与诊断领域的应用，可很好地解决因液压系统故障隐蔽、多样、成因复杂而导致故障诊断严重依赖实践经验问题。
(5)网络化
现代工程机械液压系统的结构日趋复杂，专业性也越来越强，这就需要设备专家能够及时介入设备的故障检测与诊断之中。工程机械流动性较强，设备厂商往往不能及时派遣专家到现场解决问题，因此建立基于互联网的实时在线测与故障诊断系统，将成为工程机械液压系统监测与诊断的必然选择。
本文选自《工程机械与维修杂志》2017年第3期
作者：沈春霞
