静液压传动车辆液压系统的故障诊断.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 4年 第 0 5期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 2 1 静液压传动车辆液压系统的故障诊断 陈利东 中国煤炭科工集团 太原研究院， 山西 太原0 3 0 0 0 6 摘要 基于支架搬运车的液压系统故障的模糊性 、 随机性 、 相关联性及复杂性 ， 很难用单一 的判别方式将故 障截然区分开 。该 文通过 对液 系统的故障进 行任务分解 和定位搜索对支架搬 运车的液压故 障进行诊 断 ， 并通过 实例分析确定故障原 因并 进行分析， 从 而快速 获得液压系统的故障预测 ． 这为推动液压故障诊 断与维修 技术 的进 步提供一定 的借鉴 意义。 关键词 故 障诊断 ； 故障定位 ； 分解策略 中图分类号 T H1 3 7 ． 1 ； U 4 6 3 ． 5 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 5 0 0 6 0 0 3 F a u l t Di a g no s i s o f Hy d r a u h c S y s t e m f o r h y d r os t a t i c Tr a n s mi s s i o n Ve h i c l e CHEN Li d o n g T a i y u a n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g G r o u p ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n Mi n e t r u c k h y d r a u l i c s y s t e m f a i l u r e f u z z i n e s s ， r a n d o mn e s s a n d c o mp l e x i t y a s s o c i a t e d ， i t i s d i f f i c u l t t o d i s t i n g u i s h a s i n g l e f a u l t c o mp l e t e l y s e p a r a t e wa y s ． T h r o u g h t h e h y d r a u l i c s y s t e m f a i l u r e t a s k d e c o mp o s i t i o n a n d p o s i t i o n i n g o f t h e s t e n t v a n s e a r c h i n g h y d r a u l i c f a u l t d i a g n o s i s ， a n d t h r o u g h e x a mp l e s o f a n a l y s i s t o d e t e r mi n e t h e c a u s e o f t h e f a u l t a n d a n a l y z e d i n o r d e r t o q u i c k l y o b t a i n t h e h y d r a u l i c s y s t e m f a i l u r e p r e d i c t i o n ． T h i s i s t o p r o mo t e t h e f a u l t d i a g n o s i s a n d r e p a i r o f h y d r a u l i c t e c h n o l o g y t o p r o v i d e s o me r e f e r e n ee ． Ke y wo r d s f a u l t d i a g n o s i s ； f a u l t l o c a t i o n； d e c o mp o s i t i o n s t r a t e g y O 引言 支架搬运车的液压系统涉及到机 电液等多领域 的 交叉 ． 导致系统的故障点或故障环节越来越多。同时由 于其工作条件恶劣 ．引发故障 的因素和出现故 障的机 会也增 多． 而这些故障的出现会导致巨大 的经济损失 ， 基于上述原 因， 研究并 实现快速 、 准确 、 高效 的实时故 障诊断是非常必要的 1 故 障诊 断模 型和任务分解策 略 目前设备诊 断监测 系统的结 构主要有集 中式 、 主 从式 、 分散式及基于网络的分布式结构。本文是将诊断 模型逐层分解 ， 将支架搬运车的问题分解 为多个层次 、 多个 规模 的子 诊 断 问题 ．并 在 此 基 础上 建 立层 次 诊 断 模型 ． 针对各层子诊断的问题 ． 选择相应 的诊断方法或 者再次进行分解 ， 逐层深入 ， 直至诊断任务完成。层次 诊断模 型本质是通过逐步缩小故障范围．减小诊断过 基 金 项 目 中 国煤 炭科 工 集 团太 原 研 究 院技 术 创 新 基 金 资 助 项 目 K J 2 0 1 2 S X MJ 0 3 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 9 1 3 作者简介 陈利东 1 9 8 0 一 ， 男 ， 山西长治人 ， 助理工程师 ， 硕 士研究生 ， 现 从事煤矿 井下 特种车辆液压系统设 计开发T作 6 0 程中的搜索量 ． 提高诊断的效率和可靠性 。诊断模型如 图 1所示 。 图 1 基 于 层 次 分 解 的 诊 断 模 型 2 液压系统故障定位策略 支架搬运车控制系统包括液压驱动系统 、液压工 作系统 、 和液压转向系统。液压系统 由泵组 、 行走马达 、 提升油缸 、 转 向油缸 、 夹紧油缸 、 液压油散热器等组成。 动力由柴油发动机通过星行分动箱提供． 液压系统包括 1 0个 油 缸 ． 其 中 4个 油 缸用 于 支架 起 吊功能 ． 另 外 4个 油缸 由于夹紧功能 ．使支架在悬挂状态下不产生左右 摇晃 ．提高行进的稳定性 ．另外 2个油缸用于整机转 向。行走采用两个闭式泵带动 4个行走 马达组成 ． 驻 车制动形式为弹簧制动液压释放 支架搬运车的故障 具有其特殊性和具体性 ．表现同一故障往往 由不同的 子 系统和子部件同时引起 ． 而另一方 面 ． 同一个子系统 在不 同的情况下表现出不 同的故 障特性 这种故障的 分散性和不确定性 ．给基于元件级的故障分析带来了 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 0 5 ． 2 0 1 4 困难。为了提高故障诊断的效率 ． 可以在子系统的基础 上， 从整体角度 出发 ， 建立故障模 型进行分析 。假设液 压机液压系统发生故障后有 n个搜索方案可实施故障 寻因． 有 m个影响搜索方案的属性需要考虑． 这些属性 包括搜索成本 S 、 故障概率 P、 影响程度等 。用 X ， ， ⋯ ，X 表示可供选择的方案的集 ， 用 I ， y Y i ， ⋯， 】 ， i 表示第 i 个方案的属性值的集 ， 其 中 y 是第 个方 案 的第 个属性的值。如用 目标 函数表示属性 ， 则属性 y i ， 为 y i ， |] j『 ， i 1 ， 2 ， ⋯ ， n 1 ， 2 ， ⋯， m各搜索方案的 属性值可用搜索决策矩阵 表示 A 根据 搜索决策矩阵 A按归 一化理论把 属性规 范 化 ． 即把各属性值都统一变换到 0， 1 范围内 ， 成为规 范化矩阵 B，其矩阵元素 B ii 为 B ij ， 1 ， 2 ， 、／i毫 y i ⋯ ，n ， l ， 2 ，⋯， m利用权的最小平方法构造模糊决策 矩阵． 求 的判断矩阵 ． 根据逼近于理想解的排序方法可 知理 想解 和 负理想 解 ， 最终 得 到相对 贴进 度 。 3 故 障定位实例 本文针对支架搬运车夹紧油缸无动作现象 ．得到 如图 2所示的故障树。其 中， 1 ， 2 ⋯代表故障原 因和编 号 ． 文章仅考虑影响决定搜索策略的属性有搜索成本 ．s 和故障概率 P ． 根据实际情况 、 专家经验和有关数据 ， 其 排序如表 1 ． 表 2所示 ． 表中“ 出现概率排序号” 为 1者 出现概率最大 ． “ 搜索成本 P排序号” 为 1者 。 其搜索成 本最低 ， 依此类推。 图 2 故障树 表 1 顶事件和 中间事件的名称 事件代 号 事件名称 夹紧油缸无动作 油缸压力不足 油液泄漏 管路破损 进入多路阀的压力不足 控制阀块故障 节流阀故障 大阀块故障 表 2基础事件 的名称和模糊数参数 根据表 2建立的搜索决策矩阵 『 2 1 ⋯ 6] A l { 【 9 1 0 ⋯ 6 j 对矩阵进行规范化得矩阵 『 0 ． 1 5 03 0 ． 0 7 52 ⋯0 ． 4 5 1 0 ] l l 【 0 ． 4 5 87 0 ． 5 0 96 ⋯0 ． 3 0 5 8 J 根据故障诊断的实际 ． 结合液压系统的特点 ， 对搜 索成本 、 故障发生概率属性的权『 1 1 进行成对比较以后得 到判断矩阵 C f 1 1 ／ 2 1 c 【 2 1 J 【 J 可求得加权 向量 【 } 手 ] 从而得到加权的规范化搜索决策矩阵 f 0 ． 0 5 0 l 0 ． 0 2 5 l ⋯0 ． 1 5 0 3 1 【 o ． 3 o 5 8 0 ．3 3 9 8⋯ 0 ．2 0 3 9 J 理想解 为 X { 0 ． 0 2 5 1 ， 0 ． 0 3 4 0 l 负理想解为 X { 0 ． 1 5 0 3 , 0 ． 3 3 9 8 下转第6 4页 61 A B c D匠 疡 - 量 c写 啪 ； ； 一 一 ～ 一 佗 2 y y； ；y ； 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 4年 第 0 5期 口压 力 升 高 时 ， 径 向力 也 跟 着 变 大 ， 延 长 了轴 承 及 整 台泵的寿命 。 也有利于齿轮泵的压力升级 。 J y ． H F s a 刚轮液压力分布 b 柔轮液压力分布 图 2齿轮圆周上径向液压力分布 可见 ．双作用齿轮泵是解决常规齿 轮泵 的径向力 问题 、 提高轴承寿命的有效途径。 3 结束语 齿 轮泵 在 三大 类 液 压泵 中 ， 历 史 最悠 久 、 应 用 最 广 泛 ． 但是 ． 现有齿轮泵结构所决定的径 向力问题一直是 制约齿轮泵性能提高 的老大难 问题 问题的症结是现 有齿轮泵都属于单作用工作方式 ， 即只有一个吸油腔 、 一 个排油腔 ． 因为是单边输 出压力油 ． 所 以轴承受到来 自排油腔的单 向压力较大 ， 其结果是加速轴承失效 ． 造 成泵过早损坏 。如何解决齿轮泵 的径向力问题 ． 是科技 - 一 一 一 一 一 工作者一直孜孜以求的重要课题。 作者突破传统齿轮泵 的结构 ．借鉴双作用 叶片泵 及谐波齿轮传动原理提出的双作用新 型齿轮泵 ，从结 构 、 原理上解决 了齿轮泵 的径向力 问题 ， 使齿轮泵进一 步提高压力及使用寿命成为可能 ．为传统齿轮泵的更 型换代 、 增强齿轮泵与柱塞泵的竞争力提供 了新思路 。 迄今为止 ， 国内外液压行业 尚无 同行 问鼎该项技术。对 双作用齿轮泵进行深入 的理论与应用研究 ，必将推动 齿轮 泵技 术进 入一 个 新 的发展 阶段 参 考 文 献 [ 1 】 N ． E r t t i r k ，A ． V e r n e t ，R ．C a s t i l l a ，P ． J ． G a me z Mo n t e r o ，J ． A ． F e r r e ． Ex p e r i me nt a l Ana l y s i s o f t h e Fl o w Dy n a mi c s i n t h e S u c t i o n C h a m b e r o f a n E x t e r n a l G e a r P u m p [ J ] ． I n t e rna t i o n a l J o u rna l o f Me c h a n i c a l S c i e n c e s ， 2 0 1 1 ， 5 3 2 1 3 5 1 4 J4 ． 【 2 】 祝 海林， 邹 曼． 提高高粘 度齿轮 泵性能 和寿命 的途径[ J ] ． 石 油 化 丁设备技术 ． 1 9 9 9 ， 2 0 1 4 3 ～ 4 5 ． 【 3 】 Ha i L i n Z h u ． K e e p G e a r P u mp s He a l t h y【 J 1 _ C h e mi c a l E n g i n e e fi n g ， 2 0 0 2 ， 1 0 9 3 7 4 - 7 6 ． 『 4 1 何存兴 ． 液压元件『 M1 ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 8 2 ． 『 5 1 饶 振纲． 行星传动机构设计『 M1 ． 北京 国防工业 出版社 ， 1 9 9 4 ． 『 6 1 祝海林 ， 邹曼． 具有新颖 内齿罔 的齿轮泵 中国， 2 0 1 0 2 0 0 2 2 9 5 6 ． 9 『 P ] ． 2 0 1 0 1 1 -1 0 ． 上接第 6 1页 求 的解 到理 想解 的距 离 Di { 0 ． 2 7 3 0 ， O ． 3 0 5 8 ， ⋯， O ． 2 1 1 1 ， i 1 ， 2 ， ⋯ ， 1 0 求 的到 负理 想解 的距 离是 Di { 0 ． 1 0 5 8 ， 0 ． 1 2 5 3 ， ⋯， 0 ． 1 3 5 9 } ， i 1 ， 2 ， ⋯ ， 1 O 所 得到 的所 有 的解对 理想 解 的相 对贴 近度 为 E； { 0 ． 2 7 9 4 ， 0 ． 2 9 0 6 ， 0 ． 2 5 2 9 ， 0 ． 3 4 3 3 ， 0 ． 7 5 3 8 ， 0 ． 6 5 67， 0 ． 7 4 7 1 ， 0 ． 4 7 89， 0 ． 7 2 06， 0 ． 3 9 1 7 } ， i 1 ， 2， ⋯ ， l 0 。 根据 E ；。 的大小顺序来确定搜索方案 ，排在前面的 优先搜索、 检测和诊断。根据上述计算可得搜索方案的 排序为 5 ， 7 ， 9 ， 6 ， 8 ， 1 0， 4 ， 2 ， 1 ， 3 ， 其结果如 图 3所示 。 、0 0 故障编号 图 3 计算结果显示图形 每次搜索故障后 ， 如果搜索成功 ， 则诊断结束 如果 搜索失败 ，检测后需要对搜索前的决策矩阵进行修正 ． 故障概率应成为条件故障概率 ， 搜索代价也会作相应的 6 4 修正 ． 以便将检测的结果与本次搜索方案的确定结合在 一 起考虑 ， 得到新的诊断搜索解 ． 直到诊断成功为止圆 。 按上述搜索序列进行检查 ．发现液控单 向阀故障 故障编号为 5 导致夹紧油缸无动作 。 液控单向阀故障 主要原 因是 阀芯锥面与阀座结合配合不好 ．造成 内泄 漏 ，达不到保压 的作用 。导致液控单 向阀不能正常工 作 。 通过安装调试检验证明这一判断基本正确 更换该 液控单向阀． 故障排除。 4总结 通 过分 析 液 压元 件 失 效模 式 及 失 效机 理 ．建 立 了 基 于故障树分析 的支架搬运车液压 系统故 障模 型 ． 提 出了一种液压 系统故障诊断搜索策略 ．对液压系统快 速故障诊断进行探索 ．并通过支架搬运车夹紧油缸无 动作故障搜索实例验证 了算法有效性 随着液压系统 的 日趋复杂 ， 诊断难度越来越大 ． 优化故障诊断搜索策 略可有效提高液压系统故 障诊断效率 ．具有一定的实 用价值和实际意义 参 考 文 献 [ 1 ] 聂俊岚． 基 于故 障树 分析 的低压开关控制柜 故障搜索代价研 究 [ J ] ． 低压 电器 ， 2 0 0 6 ， 8 ． 【 2 】 杨世凤． 设 备故 障诊断最优搜索策 略的求解【 R 】 ． 无锡 第十一 届全国设备监测与诊 断学术会议 ． 2 0 0 2 ．