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1、工程机械液压系统故障监测诊断技术现状工程机械液压系统故障监测诊断技术现状分析及发展前景分析及发展前景G.n9yiYuJishu 三圣主童工程机械液压系统故障监测诊断技术现状分析及发展前景雷万伦(长江重庆航道工程局,重庆 400060)摘要:简述了我国工程机械液压系统故障监测诊断技术的发展现状,具体分析了工程机械液压系统的故障监测诊断技术,并对其发展前景作出展望.关键词:工程机械;液压系统;故障监测诊断;发展1 我国工程机械液压系统故障监测诊断技术发展现状2O 世纪 6O 年代开始出现液压系统故障诊断技术,不过诊断的方法通常是根据测量系统的振动,流量以及压力等直接参数以及相关信号的处理进行的,直
2、 NA.九十年代,液压系统故障诊断技术,尤其是人工智能诊断技术才开始得到空前的发展.尽管国外在液压系统故障监测诊断方面已经有了几十年的发展,但是我国在这方面的起步却相对较晚,不过发展却非常迅速.因工程机械液压系统有着结构复杂,种类繁多,确定性与随机性因素交错结合的特点,所以液压系统所发生的故障也具有一定的隐蔽性与渐变性.当前工程机械液压传动系统的故障诊断主要包括 2 大类,即基于传递函数的故障诊断技术以及基于人工智能的故障诊断技术,而人工智能诊断技术又有神经网络与专家系统 2 个分支.不过基于传递函数的故障诊断技术,因为液压系统的故障征兆和原因之间呈现出非常复杂的非线性映射关系,简单的函数无法
3、将二者的关系准确描述,因此在经典故障诊断方面存在一定困难;而基于人工智能的诊断技术又因为获取专家系统知识比较困难,所以在推广应用方面存在一定局限性.近几年来,国内很多大学及科研机构都在这一领域进行了大量的理论,实验研究,比如浙江大学,吉林大学,西安交通大学,华中科技大学等,都是这其中的代表者,他们着重研究电子监控,远程监控以及故障诊断系统,为机械液压系统的故障监测与诊断作出了突出的贡献.还有一些企业公司也开发出了“汽车黑匣子“信息监测系统,这种系统应用于工程车辆,可以对工程车辆的运行状态实时监测,并将获取的监测信息详细记录,存储,不仅保证了车辆的运行安全,而且管理者可根据系统所记录的详细,可靠
4、的信息数据,进行运营管理,大大提高了工作效率.此外,很多企业在工程机械电子监控系统方面也投入了很大精力,比如山河智能,中联,徐工,福田,柳工等公司,特别是广西柳工公司,研究出“智能型工程机械故障诊断与远程服务系统“,该系统广泛应用于各种工程机械,若将工程机械安装上该系统后,无论它在世界任何地方工作,只要开通远程服务系统,生产厂家的专家系统就能实现对机械工作运行状态的实时监控,一旦出现机械故障,生产厂家则能及时会诊,在最短时间内提出具体解决方案,尽快排除故障,并将用户所需更换的机械配件及时送达工作现场.2 工程机械液压系统故障诊断技术2.1 基于液压装置信息检测该技术的主要特点是对设备的运行工况
5、进行监视,检测设备的特征信号,并对其分析处理,然后根据特征信号进行故障诊断.2.1.1 在线检测动态信号液压系统主要的动态参数,比如温度,元件运转速度,振动,噪声,压力,流量等,均可利用传感器感应到所传递的信号后进行在线的实时检测,比如滤波或者放大等信号调理或者 A/D 转换等等.动态信号的在线检测不仅可检测整个系统的特征参数,还可对单独某个液压元件进行特征参数的检测.动态信号的检测是整个故障检测过程中的重要一环,在该环节所获取的信号必须要求其准确,真实,实时,因此传感器的选择,设计与安装等非常重要,从擦与加工刀具的损耗有着重要的意义,具体可以分为以下方面:1)切削液种类的合理选择.在高强度高
6、 Cr 钢油井管数控加工环节中,受切削温度高,压力大以及摩擦损耗严重等实际加工特性的影响,切削液不能直接用于数控加工,而应该添加浓度控制在10%12%之间的挤压型乳化液作为切削液性能提升的关键优化手段.2)切削液使用方式的合理选择.喷雾装置通过对空气的合理压缩将切削液进行雾化处理,使高强度高 cr 钢油井管材料在切削过程中能受高温影响迅速汽化,可将这些加工材料表层的热能及时吸收,使其能及时冷却,进行下一操作步骤的实施,并以此提高整个高强度高 cr 钢油井管数控加工的作业效率.4 高强度高 Cr 钢油井管数控加工技术的发展趋势大量的实践研究结果表明,高强度高 cr 钢材料自身具有的高屈服能力,高
7、可塑性,使得数控加工环节中的加工刀具在整个运作环节的温度,湿度,制约下的持续作业效率受到影响,并极易发生磨损,崩刀现象.这就需要相关工作人员在高端科学技术发展的带动下,对切削刀具相应技术与材质作出发展预测,以此提高刀具的使用寿命周期,降低数控加工运行成本.具体可分为以下几点:(1)涂层多元化发展.硬质合金刀具材质在与高强度高 Cr 钢材料直接基础面上的涂层保护膜是降低刀具物理性损耗,提高数控加工设备使用周期的关键.目前这一涂层结构还较为单一,未来应朝着多颗粒,多纳米材质下梯度涂抹技术的方面多元化发展.(2)切削技术多元化发展.高强度高 Cr 钢油井管在数控加工环节的切削技术需要一改传统模式中单
8、一的高速高效切削技术,并结合切削加工设备,加工刀具材质的合理优化,向着以高效切削为主,干硬切削为辅,综合发展与应用的方向前进.参考文献i-13 沈彬,孙方宏,薛宏国,等.高性能复杂形状金刚石薄膜涂层刀具的制备和切削性能研究J.中国机械工程,2008(19)r23 王勇,马玉平,孙方宏,等.光滑硬质合金衬底渗透硼预处理对 CVD金刚石薄膜性能的影响 O3.中国机械工程,2006(5)33 李学昆,陈泽彪,陈明,等.涂层钻头加工不锈钢磨损机理研究J.中国机械工程,2006(4)43 龚家勇,贾正旭,李强,等.高强度抽油泵阀罩的研制与应用J.石油机械,2007(6)收稿日期:201 卜 o915作者
9、简介:刘遵平(1984 一),男,四川资阳人,助理工程师,研究方向:数控螺纹加工,石油钻采等.机电信息 2011 年第 3O 期总第 312 期 119羹三量 G.ngyiYuJishu某种程度上,液压系统故障诊断的真实性与准确性是由传感器的技术水平决定的.2.1.2 工作状态的识别与故障诊断该过程主要包括分析信号特征,识别工作状态以及做出故障诊断.分析现场的实测信号,进行诸如频域分析,时域分析或者小波分析等数据处理,提取表达工况状态的特征量,以此为根据识别工作状态,并对故障做出诊断.由于液压系统元件在实际出现故障时会表现出明显的非线性特征,比如液压阀滞坏,死区等等,或者表现出流量与压力特性的
10、严重非线性,所以通常采用模糊诊断法,神经网络诊断法或专家系统诊断法进行诊断.具体的诊断方法如下:(1)模糊诊断法.当液压系统处于工程状态时,系统及其元件的动态信号表现出较强的模糊性与不确定性,很多故障征兆比较适用模糊概念来描述,比如振动的强弱,偏心的严重程度,压力较高或者磨损较严重等等.即使是同一个系统或者同一个液压元件,其使用条件不同,实际工况不同,其所表现出来的动态参数也各不相同,所以只能在特定的范围内对其做出合理估价,即模糊分类.通常模糊推理方法采用一 THEN 形式,与人类的思维方式比较相符.此外,模糊诊断法无需建立数学模型,特别适用于非线性系统,所以在液压系统的故障诊断过程中得到较为
11、普通的应用.(2)神经网络诊断法.所谓的神经网络是指模仿人大脑神经元结构的特性,建立起一种非线性动力学网络.它由大量的简单非线性单元互联而成,有着明显的大规模并行处理能力,适应性学习能力以及处理复杂多模式的特点.(3)专家系统诊断法.尽管液压系统各不相同,但是其本质都具有一定的共性,相应的液压系统及液压元件的故障诊断也表现出一定的共性,比如伺服阀的结构与故障就可看出一定的共同点.正是利用这些共性,在故障诊断过程中积累了丰富的专家知识,对于液压系统的故障诊断创造了更为有利的条件.(4)其他诊断方法.现代智能技术飞速发展,很多复合型智能诊断方法也纷纷面世,比如模糊与专家系统诊断法,神经网络与专家系
12、统诊断法等等.这些复合型的智能诊断方法大大改善了以往单一的液压系统故障诊断方法.比如神经网络与专家系统相结合的诊断方法,其在获取知识,适应性学习以及并行处理,容错能力等方面,优势非常明显,而专家系统在这些方面恰巧存在着不足.这种复合智能诊断系统表现出高精度,强纠错,诊断快的特点,所以也将成为以后很长一段时期内的主要发展方向.2.2 基于油液污染检测液压系统有 3/4 的故障是由其工作介质引起的,即液压油液受到了污染.由于液压油液中包含了大量,丰富的液压系统故障信息,所以对油液进行监测,分析,可以对液压系统的故障检测作出准确的预测与诊断.具体有以下几种:2.2.1 对油液颗粒污染度的检测这种技术
13、是以油液分析进行故障诊断技术的一个主要方法,具体过程如下:按照相关经验或者专家知识,先建立起一个油液颗粒污染度和液压系统及元件状态参数的关系库,再通过专家推理机制对系统故障预测与诊断,该方法最关键之处在于要准确的检测出油液颗粒的污染程度.针对这一问题,国际上有专门的油液颗粒污染度标准.该方法的发展包括 3 个阶段,即实验室取样分析检测,便携式检测仪检测以及在线检测仪检测.其中实验室取样分析法主要有 3 种:(1)称重法.该方法只能测量出油液的污染物总量,而无法判断污染颗粒的大小与分布.(2)显微镜法.该方法是利用光学显微镜来测量污染颗粒的大小与深度.(3)铁谱分析法.该方法主要是检测铁磁性磨粒
14、污染物.不过实验室取样分析检测技术其诊断结果有较大误差,且耗时长,无法实现在线测定,有时还要高成本的精密仪器,因此在推广方面受到诸多因素的局限.便携式检测仪检测法,主要是利用颗粒的遮光性,光散射以及12O透光原理制成的颗粒计数分析仪器,在设备工作现场对液压油液进行在线的取样及离线的检测,这种方法不仅检测速度快,而且可以实现较高的精度,较适用于在线测试.这种仪器在西方发达国家发展比较迅速,实现对油液的在线取样分析,多通道计算后即可将油液中污染颗粒的大小,分布定量测出,有较高的计数精度,较利于油样的微机辅助分析与故障监测.但是这种仪器往往成本较高,因此也不利于推广.在线快速检测法,因为油液中颗粒分
15、布呈现出一定的对数正态分布规律,而液压油的颗粒污染度不同,其光,电以及超声波等传导性能就会存在一定差异,所以可利用这一原因进行在线识别,分析油液中的颗粒污染度.比如在油箱或者油管中隔一段距离就设置一个传感器,用于超声波的发射和接收:如果油液在经过 2 个探头时,其杂质出现变化,则超声波从开始发射到接收的时间和强度也会产生相应的变化,此时利用微机数据处理即可判断出油液的污染情况.液压系统滤器两头的压差及动态变化可以通过微机进行实时监测,分析其监测信号即可判断出油液的污染情况.不过因为油液的温度,状态,水分以及空气的含量都会影响到传导信号的强弱和相差,所以这种技术需要进行比较复杂的预处理,所以目前
16、还在研究之中.2.2.2 检测油液理化性能参数因为液压系统中的各元件相对运动部分的材料存在差异,相应的液压油中金属与非金属的含量变化可以反映液压系统磨损与密封的状态,而且也可以从液压油理化指标的改变判断出系统的状态变化,比如油的粘度以及酸碱值等,所以按照经验或者专家知识,可以建立起以液压油中理化性能变化和液压系统及其元件状态参数间为基础的关系库,利用专家推理机制,对系统故障作出预测与判断.不过这种技术对油液相关参数,金属含量等分析的精确度要求较高,并且监测周期相对较长,因此只适用于重要液压系统的故障诊断.3 工程机械液压系统故障监测诊断技术的发展具体而言,工程机械液压系统故障监测诊断技术未来的发展方向可总结为以下几点:(1)信息的集成,多传感器融合技术的应用,以及软测试技术;(2)数据采集,混合智能故障诊断技术,以及以互联网为基础的远程协同诊断技术;(3)侧重于故障检测,以分离为核心的容错控制,可信性系统以及监控系统研究.这些研究方向可以解决我国液压系统在线故障诊断与预测的难点问题,以促进我国的工程机械行业可持续发展.参考文献1朱大奇,孔敏.应用信息分配
