现代工程机械的主要工作装置大多采用液压控制技术实现，因此液压系统的可靠性往往对整机的可靠性产生很大的影响。利用系统工程理论，分析了液压系统可靠性的几个参数，定量地分析了工程机械液压系统的可靠性模型，为使系统具有高有效度，液压系统的可靠性设计和维修性设计应得以充分重视。

 

　　一、液压系统可靠性及其特征值

 

　　大多数液压系统均属可维修系统，因此在其可靠性设计中不应只考虑狭义可靠性设计，而应将维修性设计考虑进来，即进行广义可靠性设计。广义可靠性是指产品在整个寿命期内完成规定功能的能力，它将可靠性和维修性均包括在内。广义可靠性的衡量尺度为有效度，是指在规定的条件下使用时，在某时刻t具有或维持其功能的概率，常记作A（t）或A，是时间的函数。它又有瞬时有效度、平均有效度、稳态有效度之分。

 

　　二、工程机械液压系统设计控制方案

 

　　（一）传统液压系统设计的提升

 

　　传统设计者通常都是围绕系统的使用性能，对于系统的高效性、节能性、自动化、智能化等先进功能，都没有综合考虑在内，这将形成液压系统设计的局限性，满足不了相关工程机械产品的技术优势需求。为此，我们需要提高工程机械液压系统设计的水平，例如工程机械的柴油机原动力系统，其原动力通常依靠发动机和电动机等来产生并维持，柴油机泵组有时并不能够绝对保证泵与发动机之间的良好匹配。因此，我们需要借助液压系统的多泵工作原理，建立多条工作回路，提高系统功率利用值。鉴于工程机械经常处于恶劣的环境之下，因此系统的原动力需要具备抵抗压力波动和冲击的能力，维持系统动态运行的稳定性。这就需要结合液压系统的工作特性，将原动力系统的全部负载表现在特性曲线上面，并通过分析，找出造成泵与发动力不能保持匹配的具体原因，确定各种工作状态下系统发动机油门的节点范围及最佳节点。

 

　　（二）液压系统结构

 

　　液压系统的结构复杂，譬如多泵的特征，要求提供多种工作回路供油等系统，因此需要根据辅助工作回路的功率消耗，工作回路可利用功率，发动机最大输出功率，发动机功率储备系数等推算出功率实际利用值的变化情况，形成液压系统结构构建的基本参数，进而利用相应的机械控制和计算机控制等手段来解决恒功率控制问题。例如工程机械的液压系统大部分属于开环控制型的系统，在实际工作当中，需要进行系统响应结果的检测，这样系统才能够快速进入工作状态、适应并消除外界的影响。

 

　　（三）负载波动问题

 

　　鉴于工程机械作业环境的恶劣，经常产生较大的压力波动，由此设计方案需要体现出系统负载波动因素的消除思路，即在出现过大功率负载之后，利用主工作油泵输出功率，主工作油泵输出压力、输出流量等控制方法与载体，维持输出压力和输出流量的稳定性。这也是保持发动机和泵良好匹配的重要方法，减少发动机在极限工况下的熄火问题。

 

　　三、提高液压系统可靠性设计方法

 

　　可靠性设计是基于对系统故障机制的深刻认识，充分考虑到各种不可靠因素及各个薄弱环节，并采取有效的预防失效措施，从而尽可能地消除可能引发故障的潜在因素，以提高系统的固有可靠度。它包含的内容非常丰富，方案设计、参数设计、结构设计3个阶段都需要以提高可靠性为目的的实质性内容的设计。

 

　　（一）方案设计

 

　　方案设计是提高系统固有可靠性的关键阶段。这是由于系统在满足功能要求的前提下，方案拟定阶段最便于设计者充分发挥主观能动作用，使系统组成最简单，其冗余、安全、抗干扰设计措施最完善。这些都是保证系统可靠运行最敏感的决定性因素。可从以下方面着手：

 

　　（1）设法用最少元器件、最简单的方法来实现系统全部功能要求。

 

　　（2）应用先进设计理论。如应用应力—强度分布干涉理论来设计一些零件的相关参数，可有效地延缓疲劳失效的出现；应用油膜理论，使摩擦副中形成较为理想的油膜，可很好地改善摩擦副的润滑性能提高液压元件的可靠度。

 

　　（3）零件设计合理选材。如摩擦副采用高强韧的耐磨材料，过滤器采用过滤性能好的材料，均有利于相关元件可靠性的改善。

 

　　（4）多采用可靠性好的标准化液压元件。只有高可靠度的元件，才能组成高可靠度的系统。

 

　　（二）参数设计

 

　　参数设计阶段的可靠性设计内容，主要有降额设计、容差设计和热设计等。降额设计就是有意识地降低某些元器件的使用规范，令其在低于其额定工况的条件下工作，可有效地降低其失效概率，从而使整个系统有更高的可靠度。容差设计是通过合理选择工作点等办法，使元器件输出性能波动在允许范围之内，即通过控制影响大的主要误差因素本身的波动来改善系统的工作可靠性。热设计。温升也是引起液压系统失效的重要原因之一，在系统设计中，应采取控制系统温度的有效措施，以防异常温升现象的出现，否则系统可靠性难以达到较高水平。

 

　　（三）结构设计

 

　　系统的可靠性依赖于各子系统和各构成部分的可靠性。因此，要根据工程机械系统的结构，基于每个子系统和部件的可靠性，求出系统的可靠性系数，液压系统是总系统可靠性系数之一。

 

　　（1）尽可能简化系统结构

 

　　随着并联子系统的增多，各子系统对提高系统可靠性的贡献程度下降，所以一般只采用2个并联或3个并联来提高可靠性。目前，大部分工程机械采用串并联设计方式，在重要的子系统采用具有相同功能的几部分，避免一部分失效而使整个系统失效。

 

　　（2）人机工程设计。液压系统的失效有相当一部分是人为差错造成的，而出现人为差错的主要原因之一是系统设计不合理，因此进行人机工程设计也是可靠性设计的重要内容之一。具体地说，就是要根据人的生理、心理特点，合理设计液压系统的信息显示器、控制器、作业空间及其他相关部位，以保证所有的操作能迅速、准确地进行，尽可能减小因人为差错而导致系统失效的概率。

 

　　（3）安全设计。是指失电、过载、限压、限流等等安全防范措施设计。

 

　　（4）抗干扰设计。是针对系统复杂的工作状态和环境干扰而采取的防备措施设计。包括考虑负载效应、环境防护等方面的外干扰，和考虑关联效应、耦合效应影响的内干扰2个方面。尽量事先防止它们的出现或影响，亦是抗干扰设计应包含的内容。

 

　　参考文献：

 

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　　[3]高立龙，王新晴，蒋文峰.基于的工程机械液压系统故障检测仪的设计[J].起重运输机械，2012，（9）：16-19.