工程机械液压系统常见故障诊断与维修技术研究

引言

液压系统运行状态直接决定设备作业效率与施工安全。据中国工程机械工业协会2023 年数据统计，液压系统故障占工程机械总故障的38。随着液压系统向高压化/集成化发展，传统依赖经验的诊断方式已无法满足精准运维需求。因此，结合数据监测与科学诊断方法，研究液压系统故障规律及维修技术，对降低设备运维成本、提升工程施工效率具有重要现实意义。

1、工程机械液压系统工作原理及常见故障类型

1.1 工作原理

工程机械液压系统以液压油为工作介质，通过“机械能-压力能-机械能”的转换实现动力传递，核心由五大部件构成。动力元件液压泵将发动机机械能转化为液压油压力能，额定工作压力通常为 25-40MPa，流量范围20-200L/min。执行元件液压缸、液压马达将压力能转化为机械能，驱动设备完成挖掘、回转、举升等动作。控制元件溢流阀、换向阀、节流调节压力、流量与流向，如溢流阀设定系统最高压力，防止过载。辅助元件油箱、滤油器、冷却器保障系统清洁度与油温稳定，油箱容积通常为液压泵每分钟流量的 3-5 倍，滤油器过滤精度要求不低于 10μm 。工作介质抗磨液压油需具备良好的粘温特性，40℃时运动粘度通常为32-68mm²/s。以某型号挖掘机为例，其液压系统通过双联变量柱塞泵供油，经多路阀分配至动臂缸、斗杆缸及回转马达，正常工况下系统压力波动范围≤±0.5MPa，油温控制在 35-55℃。

1.2 常见故障类型及数据特征

过对 200 台工程机械液压系统故障案例的统计分析，各类型故障数据特征如下。

（1）压力异常。包括压力不足、过高及波动过大。压力不足表现为执行元件动作无力，如挖掘机挖掘力下降时，动臂缸工作压力低于额定值的 70% ，正常额定压力31.5MPa，故障时仅18-22MPa，压力过高会导致溢流阀频繁溢流，系统温升速率加快，每小时升温8-12℃，远超正常的2-3℃/h，压力波动过大则表现为压力表指针摆动幅度＞2MPa，导致设备动作卡顿。

（2）流量异常。主要为流量不足。装载机举升速度下降50%时，实测多路阀进油流量仅为额定值的 45% ，额定流量120L/min，故障时仅54L/min，导致举升时间从正常的8s 延长至 18s，流量过大虽占比仅 3% ，但会造成液压马达转速超额定值 15% ，加速齿轮磨损[1]。

（3）油温过高。正常工况油温 35-55℃，故障时油温超65℃，部分极端案例达 80℃。当油温从 50℃升至70℃时，液压油粘度从40mm²/s 降至22mm²/s，系统泄漏量增加 40% ，容积效率下降至75%以下，正常 >90% 。（4）泄漏故障。内泄漏占 12% ，外泄漏占 6% 。内泄漏表现为液压缸无负载时沉降量超10mm/h，正常≤3mm/h，如挖掘机动臂静置1h 后下沉15mm；外泄漏则导致液压油损耗量超0.5L/d，污染环境且增加运维成本。

（5）振动与噪声。正常液压泵噪声≤75dB，故障时噪声超 85dB，同时伴随管路振动频率10-15Hz，正常 < 5Hz，长期振动会导致管接头松动，引发二次泄漏。

2、案例分析与维修技术实践

2.1 案例背景

某建筑公司一台小松 PC200-8 挖掘机，工作时长8500h，在基坑挖掘作业中出现动臂举升缓慢、挖掘力下降故障，停机24h 后仍无法恢复，影响基坑开挖进度，原计划日开挖量500m³，故障时仅200m³。该挖掘机液压系统采用双联变量柱塞泵，额定工作压力31.5MPa，动臂缸额定流量110L/min，正常 MTBF 为2500h。

2.2 故障诊断过程

（1）直观检查。油箱油位正常，油液呈深褐色，有轻微异味；触摸液压泵壳体温度68℃，正常≤55℃，动缸筒表面有油污，疑似外泄漏，听诊液压泵有“咔咔”异响，噪声值 88dB，正常≤75dB[2]。

（2）仪器检测。使用压力表检测关键节点压力，液压泵出口压力20.5MPa，额定31.5MPa，动臂缸无杆腔压力18.2MPa，额定29.8MPa，流量检测显示动臂缸进油流量62L/min，额定110L/min，油液污染度检测为22/19/16，远超正常标准，红外测温显示油温72℃，正常35-55℃。

（3）逻辑分析。压力、流量均不足→排除溢流阀故障，设定压力31.7MPa 正常，油温过高→可能因压力损失过大导致；油液污染严重→推测元件磨损或滤芯堵塞；吸油管路真空度-0.035MPa→吸油阻力大。

（4）对比替换。替换吸油滤芯，原滤芯已堵塞，过滤精度降至 25μm 后，压力升至 23.8MPa，流量升至78L/min，仍未达标；替换液压泵后，压力升至30.9MPa，流量升至108L/min，油温降至52℃，故障明显缓解，确认液压泵磨损为核心故障。

2.3 维修技术实施

（1） 液压泵维修与更换。拆解原液压泵，发现柱塞与缸体配合间隙达0.025mm，正常 ⩽0.008mm ，配流盘磨损深度0.15mm，正常≤0.05mm，密封件老化。由于磨损超修复阈值，更换同型号柱塞泵，容积效率 93% ，安装时按规定扭矩拧紧连接螺栓，扭矩45N·m，确保泵轴与发动机输出轴同轴度 ⩽0.1mm ，避免附加径向力。

（2）系统清洗与油液更换。1、排空油箱内旧油。使用高压清洗机压力8MPa 冲洗油箱内壁，去除底部沉积物。2. 拆卸所有管路，用煤油冲洗，高压空气吹干，压力0.6MPa。3、更换吸油滤芯精度 10μm 、回油滤芯精度5μm 及高压滤芯精度3μm。4、4. 加注46 号抗磨液压油，粘度40mm²/s，清洁度NAS 6 级，油量至油箱刻度线 2/3 处，启动发动机怠速循环10min，排除系统空气。

（3）泄漏点修复与元件调试。1、动臂缸缸筒外泄漏处，更换防尘圈与主密封，采用聚氨酯材质，耐温-30-120℃，装配后测试沉降量2mm/h，正常≤3mm/h。2. 调节溢流阀设定压力至32MPa，确保系统安全冗余。3. 调试液压泵排量控制机构，使空载时排量达额定值的95%，负载时根据压力自动调节排量[3]。

2.4 维修效果数据验证

维修后液压泵出口压力稳定在 30.5-31.2MPa，动臂缸流量稳定在105-108L/min，油温控制在42-50℃，均达到额定标准。设备动臂举升时间从维修前的16s 缩短至7.8s，挖掘力恢复至额定值的 98% ，日开挖量回升至480m³，接近原计划500m3，跟踪3 个月内，系统无故障运行，MTBF 从维修前的1800h 延长至2800h，维修成本8500元，远低于更换整机液压系统的5 万元成本。

3、结语：

综上，本文通过案例实践，为工程机械液压系统故障诊断与维修提供了技术方案，后续可进一步研究智能诊断系统，结合物联网技术实现故障预警，提升运维效率。

参考文献：

[1]陈辉.赵亮. 新型故障诊断算法在工程机械液压泵故障诊断中的应用[J].制造业自动化.2024.10-113.

[2]周鹏.吴迪. 工程机械液压系统泄漏故障的检测与维修技术探讨[J].液压与气动.2024(7): 95-100.

[3]孙悦.郑伟.大数据分析在工程机械液压系统故障预测与诊断中的应用[J]. 自动化与仪器仪表, 2024(9):167-170.