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摘要：在现代很多工程机械中，液压缸是其液压系统中的主要元件，性能高低将对液压系统和机械性能的高低带来影响，因此必须切实强化液压缸的故障诊断。而内部泄漏是液压缸常见的故障，究其根源，主要是因为液压缸拉缸和密封圈损坏所导致。因此，本文结合自身的工作实践，从拉缸和密封圈损坏两个方面，对这些故障的表现进行了分析，并提出了基于小波神经网络为载体的故障诊断技术，就如何在工程机械液压缸拉缸和密封圈损坏故障诊断中应用提出了几点浅见。
关键词：工程机械；液压缸；拉缸；密封圈损坏；小波神经网络；故障诊断
在整个工程机械的液压系统中，液压缸作为动力输出的核心部件，其故障能否得到及时地诊断和排除，将直接对工程机械的正常生产带来影响。因此，需要我们切实加强对其故障表征的收集和梳理，并采取相应的技术加强对其的诊断，才能更好地确保工程机械的液压系统运行的安全性和高效性。
1.液压缸的结构与特点的分析
在液压缸日常运行中，其不仅需要进行露天作业，而且承受的冲击振动负荷较大。其主要采用的是焊接结构，具体结构详见图1。从图中可以看出，在液压缸活塞内外圈中，均设置了沟槽，这样就能利用其进行安装活塞同轴，并安装预防内部泄漏的零件。而密封圈自身形成的预紧力给活塞与缸筒的接触面会施加接触力，从而有效的确保密封效果。
图1：单杠液压缸结构示意图
其中，1-20每个序号依次分别代表的是：耳环→螺母→防尘圈→弹簧挡圈→套筒→卡键→O型密封圈→油口→端盖及导向套→缸筒→活塞→Y型密封圈→耐磨环→卡键帽→活塞杆→衬套→缸底[1]。
2.工程机械液压缸拉缸故障的分析
工程机械液压缸拉缸的表现就在于以下几点：一是工作声音异常；二是动作缓慢，速度远低于设定值；三是形成较大的振动和爬行。就其失效的原因而言，主要有以下几点：一是缸体内进入了硬质的异物，因为缸体中的硬质物质会随着液压油的流动而进入活塞与缸筒缝隙之中，达到缸体被挤压和磨损而引发拉缸；二是活塞杆遭受来自偏载荷的作用，使得活塞杆的变形，加上局部的应力较大，对于应力集中部位而言，容易出现塑性变形，使得缸体被拉伤而形成拉缸；三是缸筒自身存在缺陷或者外力导致的损伤，在液压缸工作中，由于拉伤区域在逐步扩大，日积月累之后导致拉缸。就故障后果而言，主要有以下几点：一是发生严重的内泄漏，使得其工作效率下降；二是拉缸后形成的材料磨粒与屑沫会嵌入密封件之中，导致缸筒内部的新区域中出现拉伤，使得拉缸情况变得更加严重；三是缸筒内壁表面粗糙度会相应地增加，使得其增大摩擦力而发生爬行现象。
在液压缸活塞杆和缸筒之间进行相对运动时，势必会形成摩擦，进而使得局部力集中于部分油液润滑膜而被破坏，产生的机械摩擦使得两个接触面由于缺乏润滑而形成强烈摩擦，摩擦形成的热量使得温度急剧上升，在液压油粘度降低的同时形成了拉缸。由于摩擦后形成的硬质颗粒会随着缸体的运动而研磨缸筒，使得拉缸的问题进一步加重。由此可见，导致拉缸的主要原因就在于：一是油液温度；二是负载形式；三是边界油膜；四是结合面粗糙度[2]。
3.工程机械液压缸密封圈损坏故障的分析
工程机械液压缸密封圈损坏的表现就在于以下几点：一是工作中出现爬行的情况；二是噪音变大；三是动作缓慢；四是压力值不达标。就其原因而言，主要有以下几点：一是迪塞尔效应，即缸内压力比油液空气溶解压力要低时，由于在油液中释放了大量小气泡，且最终成为大气泡，系统压力又会急剧上升，导致气泡中的气体混合物出现自然的情况，而导致密封件被烧焦的情况出现。二是流体动压，由于活塞杆和密封件间有空隙，当流体从这个缝隙通过时，就会随着活塞的运动而将其带到密封部位，此时压力升高，比密封前的压力更大，而活塞杆是往复式运动，使得密封件被高压挤出而被破坏。三是化学腐蚀，由于其运行的工作环境较为潮湿，当水进入液压系统时，会与液压油发生反应，使得密封圈的材料出现化学反应而导致其损坏失效。四是油液污染物，油液内的硬质污染物，亦或是缸筒制造时形成的金属铁屑，将与密封圈形成相对运动，使得密封件被严重地损坏。而其导致的后果，主要有以下几点：一是内泄漏十分严重，工作效率急剧下降；二是密封件老化的速度加快；三是增加运动的不确定性；四是导致环境被污染。
通过上述分析不难看出，液压密封圈的损坏，其主要影响因素就在于工作的压力和油液的温度，以及密封圈的材料等，而这些因素又往往是不可避免的。密封圈自身的耐热性能较差，由于运行温度上升之后，使得其强度下降，发生塑性变形，加上材料自身和介质不相溶，使得材料自身的物理性质也会发生变化，进而出现密封圈损坏的故障。此外，液压密封圈的损坏还与油膜的厚度有着较大的关联，液压缸密封的方式，使得密封件的动力润滑有着直接的影响，当液压缸运行时，密封件携带的油膜会在活塞杆的表面黏附，使得油膜的厚度降低的同时导致密封件的磨损与摩擦力被增加，导致密封圈被损坏。
4.小波神经网络技术在故障诊断中的应用要点
小波神经网络技术是常见的故障诊断技术，主要是采取紧致型的结构形式。在诊断拉缸和密封圈损坏故障时，首先需要确定拉缸和密封圈损坏故障诊断所需的输入向量和输出向量，将这两种向量设计好之后，采用小波神经网络来进行故障识别，从而更好地利用其进行在线诊断，进而结合故障诊断的情况针对性的加强对其的处理和优化。因此，利用其进行故障诊断时，输入向量与输出向量的参数确定最为重要。在这一过程中，首先需要将小波函数评议和伸缩因子以及连接权值进行初始化处理，并设置网络学习速率，再将训练样本输入系统中，对网络输出进行预测，再将网络输出计算后与期望输出的误差进行对比，最后结合误差修正网络权值与小波函数参数进行训练，从而完成小波神经网络训练。与此同时，还要对样本状态、小波系数均方根值、子带能量值、能量熵值和能量方差值确定输入向量。而输出向量则是通过实际测试，最后按照预设的标准值对其故障与否进行判断[3]。
5.结语
综上所述，液压缸在工程机械运行中，经常出现拉缸与密封圈损坏的问题，为强化对其的处理，需要我们加强对其故障表征的总结，采取小波神经网络诊断技术加强对其的诊断，以促进其运行故障的排除和优化，实现工程机械液压缸的高速运行，尽可能地避免出现拉缸与密封圈损坏的故障出现。
参考文献：
[1]林勇刚，许建强，刘宏伟，李伟.基于数字液压缸组的波浪能装置压力匹配[J/OL].浙江大学学报（工学版），2019（10）：1-6[2019-09-06].
[2]林雪冬.基于虚拟仿真技术的液压与气动技术课程的教学改革实践研究[J/OL].科技资讯：1-3[2019-09-06].
[3]王翔宇，张晓刚，权龙，张红娟.闭式泵控三腔液压缸的装载机举升装置特性研究[J/OL].农业机械学报：1-9[2019-09-06].