液压系统应用诊断技术的研究.pdf

使用与维护 第2 9 卷2 0 1 1 年第5 期 总第 1 5 5 期 液压 系统应用诊断技术的研究 张祖华 本钢设备维护检修 中心本溪1 1 7 0 2 1 摘要液压系统故障诊断技术不同于一般机械设备故障诊断技术， 通过对其特殊性的分析， 阐述了液压系 统 故障 诊断的层次和常用岛分析方法与手段， 阐述了 液压系 统应用诊断技术与实 现“ 预知维 修” 的关系 。 关键词液压系统故障诊断技术预知维修 Ap p l i c a t i o n Re s e a r c h o n t h e Di a g n o s t i c Te c h n o l o g y f o r t h e Hy d r a u l i c S y s t e m Z HANG Z u h u a E q u i p m e n t Ma i n t e n a n c e a n dR e p a i r i n g C e n t e r o f B e n s t e e l G r o u p C o r p o r a t i o n , B e n x i ] 1 7 0 0 0 【 A b s t r a c t 】 T h e d i a g n o s t i c t e c h n o l o g y o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m f a u lt i s d iff e r e n t f r o m t h a t o f th e g e n e r a l me c h a n i c al e q u i p me n t f a u l t ． B y a n aly z i n g i t s p a r t i c u l a rit y ， t h i s a r t i c l e d e s c r i b e s t h e d i a g n o s t i c l e v e l s o f h y d r a u l i c s y s t e m f a u l t s a n d t h e c o mmo n a n aly z i n g me t h o d s a n d me a n s ， a n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e a p p l i c a t i o n o f d i a g n o s t i c t e c h n o l o gy a n d t h e r e ali z a t i o n o f t h e“ p r e d i c t i v e ma i n t e n a n c e ” ． 【 K e y w o r d s 】H y d r a u l i c s y s t e m ； f a u lt ； d i a gno s t i c t e c h n o l o gy； p r e d i c t i v e m a i n te n anc e 1 引 言 随着现代企业制度的建立和现代化设备的广 泛应用 ， 设备管理思想也由原来的以修为主转为 以防为主， 故障维修和传统的计划预修制已无法 适应现代设备管理的要求 ， 设备管理方式正在向 着预知维修这种动态管理方式过渡。 预知维修是一种以设备状态为依据 的预防维 修方式。它是根据设备的点检 、 状态监测和诊断 提供的信息 ， 经过统计分析来判断设备的劣化程 度、 故障的部位和原因， 并在故障发生前能进行适 时 的和必要 的维修 。实现 预知维修 的必要 条件 ， 是需要有设备状态监测及故障诊断技术的支持。 所谓设备故障诊断技术， 就是掌握设备现在 的状况及信息 ， 预知和预测有关异常或故障的程 度， 分析判断产生故障的原因及对将来的影响程 度， 找出必要的对策。现在， 机械设备的故障诊断 技术正在迅速发展和逐步走向完善。但是 ， 液压 元件 和液压系统 由于其不完全相同于机械设备 的 特殊性， 使得液压设备的故障诊断技术又有着其 自身的特点。 2 液压系统故障的特殊性 从系统的观点来看， 故障包括两层含义 一是 系统偏离正常功能， 这主要是系统或元件的工作 条件不正常而产生的， 通过参数调节或元件的修 复又可恢复到正常功能 ； 二是功能失效 ， 这是指系 统连续偏离正常功能， 且其程度不断加剧， 使系统 的基本功能不能保证， 也就是说 ， 如果液压系统在 实际工作中， 降低或丧失了规定的功能 ， 出现了不 能满足其技术性能和运转品质要求的情况， 就可认 为液压系统出现了故障。液压系统在工作中常见 的故障可分为突发性故障和磨损性故障两大类， 突 发性故障常与制造装配质量以及操作是否符合规 程等因素有关， 它往往发生于系统工作的初期和中 期； 而磨损性故障在正常情况下往往发生于系统工 作的后期 ， 是 由机件 的磨 损或某些件 的老化 引起 的。但无论是哪类故障， 与机械设备故障相比， 液 压设备的故障都具有以下一些特殊性。这些特殊 性给液压设备实现预知维修增加了难度。 1 故障具有复杂性 液压设备的故障往往不 是单一性的， 而是几个故障现象同时出现。 2 故障具有隐蔽性 液压元件的内部结构和 工作状况不能从外表直接进行观察， 因此， 其故障 状况不如机械设备故障那样直观， 而是具有较深 的隐蔽性。 3 引起同一故障的原因具有多样性 对液压 一 1 5 第2 9 卷2 0 1 1 年第5 期 总第 1 5 5 期 使用与维护 设备 而言 ， 可能会有多种不同的原因都引起 同一 种故 障的现象 ， 而且有时这些原因不是 孤立存在 而是互相交织在一起互相影响的。 4 同一原因引起的故 障具有多样性 液压系 统 中 ， 往往 同一种原因所引起的故障现象却是 多 种多样。 5 故障的产生具有偶然性与必然性 液压系 统在运行中， 有的故障是偶然发生的， 有的故障是 必然发生的。偶然发生的故障没有一定的规律， 但 绝不是没有诱因； 必然发生的故障具有一定的规律 可循 ， 但要探明这一规律也并不是容易做到的。 6 故障的产生与使用条件具有密切相关性 同样 的液压系统 ， 往往 随着使用条件 的不 同而产 生不 同的故障。 7 故障的可变性 由于液压系统中各个液压 元件的动作是相互影响的， 所以一个故障排除了， 往往又会出现另一个故障。这就使液压系统的故 障表现出了可变性 。 由此可见 ， 液压设 备故障诊断和分析非常 困 难， 特别是确定故障的部位和找出故障产生的原 因就更不是 一件容易的事 。但是 ， 一旦查 明故障 原因后 ， 故障处理和排除却 比较容易。因此 ， 液压 设备 的故障具有难 于分析判断和易于处理性 。这 样 ， 如何掌握液压故 障的诊断方法和诊断手段就 成为一个重要的课题。 3 液压系统故障的可诊断性 设备所有的故障或缺陷是否能够诊断这就 是故障的可诊断性问题在实际中往往一个故障对 应多个特征， 一个特征对应多个故障， 或者不同的 故障其特征却差不多 ， 而相同的故障现象其故障 机理却不同， 这些现象在液压设备中很普遍。对 于某台机械设备的故障而言， 它与诸多因素有关， 从故障的现象很难判断其是否是液压系统的原因 所致 。因此液压设备故障的可诊断性就是影响其 点检管理的重要因素之一。在点检管理体系中， 通过对液压设备故障机理的研究， 实验模拟和生 产现场的实践， 总结出液压设备故障的特征、 提取 的方法和诊断的经验， 从而可提高液压设备的可 诊断性。 4 液压 系统故障诊断的层次 液压设备 的故 障诊 断 ， 一般分为简 易诊 断和 精密诊断两个层次。 一 1 6一 1 简易诊断技术 简易诊断技术 ， 又称 主观 诊断法。它是依靠人的“ 五感” 凭借实践经验或利 用简单 的诊断仪器对液压系统 出现的故障进行分 析诊断 ， 判 断产 生故 障的原 因和部位 。例如五感 诊断法 、 浇油法 、 元件替换法 、 隔离法和断路法等。 2 精密诊断技术 精密诊断技术 ， 又称客观 诊断法 。它是在简易诊断法 的基础上对有疑问的 异常现象 ， 使用某种精密检测仪器对其进行定量 分析， 从而找出故障原因。常用的诊断仪器有铁 谱分析仪、 油质检测仪、 振动测试仪， 油温监测仪 、 油位监测仪 、 振动监测仪以及专用的液压元件试 验测试 台等 。用精 密诊 断技 术可预 测其发 展趋 势， 为预知维修提供信息。 5 液压故障的分析方法 在对液压故障原因的分析中， 排除与此故障 无关 的区域 和因素后 ， 逐步把 目标缩小到某个单 元 或元件是 最行之 有效 的方 法 。常 用 的分析 方 法有 1 应用方框图查找故障的部位和原因 某一 故障现象的出现， 可能有很多原因， 但其中必定有 一 个是主要原因， 寻找故障的主要原因， 可以画出 方框图， 从图中一步步分析出故障的部位和主要 原因。 2 应用因果图分析故障的主次原因 因果图 又称鱼刺 图。用 因果分析 的方法对设备 出现 的故 障进行分析， 找出几个主要因素， 然后， 再用因果图 进一步分析出故障的原因。这样 ， 既能很快找出产 生故障的主次原因， 又能积累排除故障的经验。 3 根据液压系统原理图分析故障原因 按液 压系统原理图， 结合所使用的元件的结构和技术 性能， 逐步找出故障的原因， 这是分析液压故障的 一 种基本方法。在用液压系统原理图分析排除故 障时 ， 主要 方法是 “ 抓两头 ， 连中间” 。即 先抓 动 力源和执行元件这“ 两头 ” ， 再分析从 动力源到执 行元件之间所经过的管路和控制元件这“ 中间环 节” ， 进而分析出故障的部位和原因。 4 应用逻辑流程图进行分析 首先设计出故 障分析逻辑流程图， 用它对产生故障的原因进行 逻辑判断， 一步一步按照流程图查找下去， 最后分 析出故障的真实原因。该方法主要分三步 步骤 一 由若干个阶段组成 ， 是故障分析的具体过程； 步骤二是总的结论 ， 是对步骤一的全面总结 ； 步骤 三是对策与处理意见， 意在怎样排除故障。 使用与维护 第2 9 卷2 0 1 1 年第5 期 总第 1 5 5 期 6 计算机测试在液压故障诊断中的应用 在液压设备的故障诊断技术中， 常用计算机对 振动、 噪声和压力脉动等动态信号进行数据采集和 分析处理。利用计算机可以对多个被选定的观测 点进行高速数据采集， 并通过对测得的信号进行监 测和快速的综合分析和处理， 以此来诊断液压元件 的故障； 也可利用计算机对采集来的信号， 进行时 域、 频域以及各种经典谱和现代谱分析， 从多方面 提取故障特征， 从而进行液压故障的监视与早期预 报 ， 为实现“ 预知维修” 提供技术支持。 7 基于专家系统的液压故障诊断 有 了监测手 段 ， 再建 立起 液压故障诊断 的专 家系统， 可以实现故障的早期发现和早期预防， 这 就为实现“ 预知维修” 提供了可能。 由于液压故障的多样性和成因的复杂性 ， 进行 液压系统故障诊断所需要 的知识越来越依赖于故 障诊断专家的经验， 这就使人工智能在液压系统故 障诊断领域中得到了应用。所以， 应重视特征的提 取和知识库的建立。液压系统故障诊断专家系统 中要建立起双层知识库， 第一层是启发性知识组成 的浅层知识库， 第二层是以液压系统原理和故障机 理结构、 故障分级等知识组成的深层知识库。 基于知识 的诊断模 型与控制策略是对人类思 维方式的模拟， 对于复杂系统的诊断， 专家系统诊 断模型和推理控制策略的选取非常重要 。液压系 统可采用浅层知识 和深层推理相结合 的 ， 基于知 识 的双层故 障诊断模 型 ， 来实现液压 系统相应 的 故障诊断专家系统。 推理控制策略决定故障搜索顺序和推理诊断 速度， 可以采用“ 正反向混合” 推理控制策略和“ 深 度优先” 搜索故障源和使用知识。基于知识的双 [ 上接第 1 4页] 3 改造效果 根据倾动系统运行状态改变同步方式 ， 以及 根据 P L C 、 变频器 、 电动机转速综合调整抱 闸制动 阈值 ， 有效避免 了倾动系统在制动过程 中单纯为 力矩同步和4 个倾动 电动机转矩相同而转速相差 很大的情况， 也有效避免了单纯为速度同步而使 转矩平衡差 、 动态响应慢 、 机械设备损伤大的缺 点。在启动和倾动过程中为力矩同步 ， 主从变频 器力矩相同， 保证了倾动系统的安全稳定。在制 动过程中为速度同步， 同步参数的转换由P L C 作 层诊 断模型是对领域专家的推理控制策略和故障 搜索方法的模拟， 其诊断过程可归纳为以下步骤 首先利用检测系统明确系统 已经出现故障 ， 启动 诊断系统从综合数据库得到有关异常特征信息， 并根据特征信息， 提出故障假设集， 设定故障搜索 集， 并确定故障搜索的优先顺序； 其次用启发性知 识进行推理， 若不存在启发性知识或启发性知识 匹配失败 ， 则选择有关知识进行正向推理 ， 推出有 可能的子故障， 若存在未知命题 ， 则系统回溯， 寻 找可支持该命题的知识 ， 再转入正向推理； 然后计 算所有子故障的综合可信度 ， 记录整个推理路径 ， 直至给出最终的基本故障源， 按结论可信度由大 到小对所有故障进行排列， 最终输出所有强度超 过阈值的故障。 8 结束语 简易诊断技术 只是定性 的故 障诊 断方法 ， 对 简单的液压设备故障的诊断和排除是有效的； 但 对于复杂的 、 精度高的现代化液压设备 ， 应该做到 防故 障于未然 。这就要求能掌握其运行 的技术状 态及信息 ， 预知和预测有关异 常或潜在故 障的程 度以及对未来的影响程度 ， 以便及 时采取必要 的 对策， 这就必须依赖于精密诊断技术和计算机测 试 技术在液压设 备故障诊断 中的应用 ， 以及液压 故障诊断专家系统的建立 ， 这也是 为液压设备实 现“ 预知维修” 提供了条件。 参考文献 [ 1 】 李兴中等． 液压设备管理维护手册． 上海 上海科学 技术 出版社 ， 1 9 9 6 ． 【 2 】 路 甬祥 ． 液压 气动技 术手册． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 00 2． 2 0 1 1 0 4 0 4 收稿 矗 ；、 f f ； 出判断 ， 并通过写控 制字的方法来 改变变频器 的 同步方式， 减轻了4 个倾动电动机因力矩和速度不 平衡而引起的减速器抖动的问题 ， 使转炉在倾动 过程可以平稳地启动和制动。 改造后 ， 启动力矩大于满载力矩， 确保了启动 无冲击 ， 并且 可以设定合适 的延 时时间确保安全 地打开抱 闸； 制动时制动 阈值小于额定速度的 l ％， 并且减速期间电磁转矩保持满力矩， 达到了零 速满力矩制动的效果。 2 0 1 0 - 0 8 - 0 2 收稿 一 1 7