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第 6 卷第 3 期 2 0 0 8年 9月 中国工程机械学报 C H I N E S E J O U R N A LO FC O N S T R U C TIO NMA C HI N E R Y V0 1 ． 6 No ． 3 S e p ．2 0 0 8 某两栖装 甲装备液压 系统不解体 状态检测与故障诊断 晁智强， 韩寿松 ， 江鹏程 装甲兵工程学 院 机械工程 系， 北京1 0 0 0 7 2 摘要 以某两栖装备液压系统为对象， 在分析液压系统检测参数体系的基础上 ， 按照不解体测试的原则 ， 充分挖 掘车载信息资源， 并应用流量不解体检测技术和油液污染度快速检测技术， 构建了笔记本 U S B数据采集卡十 适配器十车载传感器 、 不解体检测仪器为结构的状态检测与故障诊断系统， 实现了对该装备液压系统的技术状 况快速准确检测与故障诊断． 关键词 液压系统； 不解体检测 ； 故障诊断 中图分类号 T H 1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 25 5 8 1 2 0 0 8 0 3 0 3 5 90 5 No n d e s t r u c t i v e c o n d i t i o n t e s t i n g a n d f a u l t di a g n o s i s o n h y d r a u l i c s y s t em o f a mp h i bi ou s a r mo r e d e q u i p me n t C HA O Z h i q i a n g， HA N S h o u s o n g， J I ANGP e n g - c h e n g D e p a r t me n t o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， A cad e my o f Ar mo r e d F o r c e s E n g i n e e ri n g ， B e ij i n g 1 0 0 0 7 2 ， C h in a A b s t r a c t Ba s e d o n t h e n o n ． d e s t r u c t i v e t e s t i n g ， t h e t est i n g p a r a me t e r s y s t e m o f a h y d r a u l i c s y s t e m i s a n a l y z e d f o r a s p e c i f i c am p h i b i o u s a r mo r e d e q u i p me n t ．B y e x p l o r i n g v e h i c l e c a r r i e d i n f o r ma t i o n s o u r c e ，t h e c o n d i t i o n t est i n g a n d f a u l t d i a g n o s i s s y s t e m，wh i c h c o mp r i s es s u c h n o n d est r u c t i v e i n s t r u me n t s a s l a p t o p c o mp u t e r ， US B d a t a a c q u i s i t i o n c a r d， a d a p t e r a n d v e h i c l e c a r r i e d s e n s o r ，i s d e v e l o p e d u s i n g s u c h n o n d e s t ruc t i v e t e c h n o l o g i e s a S o i l f l o w an d con t am i n a t i o n t e s t i n g ．Fi n a l l y ， t h i s s y s t e m f a c i l i t a t e s t h e h y d r a u l i c s y s t e m i n f a s t a n d a c c u r a t e con d i t i o n t e s t i n g a n d f a u l t d i a g n o s i s ． Ke y wo r d sh y d r a u l i c s y s t e m ；n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g；f a u l t d i a g n o s i s 目前， 液压系统在装甲新装备中应用越来越广， 液压系统对整车性能的影响也越来越大． 尤其是大量 应用液压技术的新型装备， 液压系统往往处于动力传输控制的核心地位， 一旦发生故障会造成整车的瘫 痪． 装甲装备主要采用仪表显示液压系统的少数几个工况参数， 不仅不能全面反映整个系统的工作状态， 也不能保存数据， 难以了解工作过程参数的变化规律． 在发生故障时， 由于没有系统历史数据可供参考， 只 能依靠经验进行故障诊断排除， 使得故障定位较为困难、 用时较多． 同时由于维修人员诊断经验不足， 使得 故障诊断不准确， 往往造成系统的二次故障． 随着装备机 一电一 液一体化发展的趋势和传感器、 计算机技 术的发展， 实施对装备液压系统状态不解体检测和故障诊断日 显迫切和重要． 1 功能设计 检测与诊断系统以某两栖装备液压系统为研究对象， 在广泛调研和统计 分析该装备常见故障及其机 理的基础上， 以完成平时巡检、 战前临检、 战时维修支援保障任务为需求， 实现液压系统状态检测与技术评 估、 故障诊断等功能， 从而为该装备动用计划的制定、 维修保障提供辅助决策依据． 作者简介 晁智强 1 9 6 7一 ， 男 ， 副教授 ． E - ma il h a n s h o u mn gy a h a o ． e o m． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 中国工程机械学报 第 6卷 2 检测参数体系的确立 通过研究各类参数对液压系统的技术状况影响， 建立状态评估参数体系． 根据参数性质， 可分为直接 参数与间接参数 ． 直接参数是指能直接表征系统及元件性能包括压力、 流量 、 泄漏量 、 油液污染度和滤油器 压差⋯； 间接参数指液压系统检测时必须的一些条件参数， 包括发动机转速 、 油温和水温等 ， 利用此类参 数信息计算出实时的检测标准， 如元件泄漏量、 流量等． 2 ． 1 直接参数 ①压力 系统压力综合反映了系统及系统内元件的工作状态， 通过对液压泵进出油口、 重要管道内及 执行机构进出油 口的压力 或压力差 的监测， 可以对系统失压 、 压力不可调 、 压力波动与不稳等与压力相 关的故障进行监视． ②流量、 泄漏量 系统内流量的变化可以反映系统容积效率的变化， 而容积效率的变化 又反映了系统内元件的磨损与泄漏情况， 可以通过检测重要元件流量变化状况达到对系统、 元件的容积效 率及元件磨损状况的监视目的． ③油液污染度 对油液的监测分析是预测和诊断液压系统故障的重要参 数． ④滤油器堵塞状况 滤油器压差反映了滤油器堵塞的状况， 可通过观察监视仪表上的报警装置， 判断各 滤油器的堵塞情况． 2 ． 2 间接参数 条件 参数 ① 发动机转速 转速影响泵的输出流量， 所以根据转速计算液压泵输出流量标准值； ② 油温 油温 影响液压油的粘度， 粘度的变化影响泄漏量， 故用于计算元件的泄漏量 3 总体方案 基于系统功能和检测参数体系 ， 确定了检测与诊 断系统的 总体方案， 如图 1 所示． 方案采用 I B M笔记本 U S B数据采集 卡 适配器 车载传感器、 不解体检测仪器的结构， 以实现对整 个检测与诊断系统的整体功能任务的合理规划． 4 硬件系统设计 4 ． 1 总体结构 检测与诊断系统硬件结构如图 2所示 ， 包括以下功能模块 ①主机模块 完成技术状况检测评估与故障诊断等任务之间的 协调工作， 并实施总体的监控和管理， 为系统供电和提供操作界 硬 件 系 统 软 件 系 统 面； ②传感器模块 完成将液压系统各种参数 如转速、 温度、 流 图1 总 体方案 量、 压力 转化为电压模拟量， 以方便数据采集模块采集； ③适配 F i g 1 G e n e r a l s c h e m e 器模块 在保证车辆正常运行和车载仪表正常工作的前提下， 通过信号调理、 并接等方式， 实现传感器模块 与数据采集模块的电气连接； ④数据采集模块 完成传感器模块提供的各种电压模拟量数据的采集、 存储． 传 感 器 模 块 污染度测量仪 超声波流量计 污染度信号调理模块 流量信号调理模块 数 据 采 集 控 制 器 图 2 硬件结构 Fi g ． 2 Ha r d wa r e s t r u c t u r e l 口 l I l 一j ， I ， || 主机模块 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 晁智强， 等 某两栖装甲装备液压系统不解体状态检测与故障诊断 3 6 1 4 ． 2 主机模块的选型与设计 根据功能设计要求 ， 选用 I B M R 6 1 型笔记本作为本系统的主机设备 ， 其双核 1 ． 8 G Hz 的 C P U和1 G B 的内存提供强大的数据处理和分析能力， 能实现各种复杂任务的并行执行和调度； 8 0 G B硬盘提供了足够 的数据库扩展空间； 自带电池可提供 4 h 的续航能力， 基本满足野外试验的要求． 4 ． 3 传感器模块设计 根据检测参数信息来源， 传感器模块划分为图3 所示结构． 图中其他参数指车载传感器提供的参数信息， 包括压力、 转速和 温度； 流量和污染度参数为检测仪器提供的信息． 4 ． 3 ． 1 流量 泄漏量 检测 遵循不解体的原则即不破坏原有系统结构， 应用先进的超声 波测试设备实现流量 泄漏量 参数的准确获取． 超声波流量计技 术指标如下L2 J 测量范围 流速为0 ． 0 1 2 5 ． 0 0 m s 一 1 ； 配管外径为 6 ～5 O m m； 精度为1 ％； 输出信号为0 ～1 0 V ， R S 2 3 2 接口． 4 ． 3 ． 2 污染度检测 团 囤 园 图3 传感器模块结构 F i g ． 3 S t r u c t u r e o f s e n s o r s mo d u l e 基于P M4 0 0 0 污染度传感器， 开发了液压油快速检测仪， 实现了现场快速油液污染度检测． 技术指标 如下l_ 3 J 检测通道 4 ， 6 ， 1 4 ， 2 1 ／x m； 检测标准 I S M4 0 6 ； 检测精度 0 ． 5 I S O等级； 输出 R S 2 3 2 ． 4 ． 3 ． 3 其他参数检测 由于车载信息系统提供这些参数信息， 因此本系统通过连接适配器的方式获取车载传感器的信号， 详 见适配器模块设计． 4 ． 4 适配器模块设计 适配器主要用于实现传感器与数据采集卡之间的电气匹配． 由于所有传感器检测信号均为电压信号， 通 过转接模块， 可将航插组传输的传感器信号并联到数据采集模块， 这种设计能够保证车载仪表 含信息终端 与检测诊断系统并行工作． 按照检测参数体系， 在分析车载传感器系统的基础上， 将有用传感器按所属航插 的不同， 分为 3 组 传感器组 x、 传感器组 y和传感器组 z ． 适配器设计的详细结构原理如图4 所示． 车 载 传 感 器 序 列 豳 。。。。。。。。。’。’。。’。。。。。。。’。。。。’。 ’。。。’一 I L⋯⋯一一J I液压系 统 l l 乐 力倍感器 广 传 感 器 组 Z 图 4 适配器 结构原理 Fi g ． 4 S t r u c t u r e a n d p r i n c i p l e o f a d a p t e r 一 一 ～ 一 一 一 一 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 中国工程机械学报 第 6卷 4 ． 5 数据采集模块选型设计 综合考虑通道个数、 通道精度、 采样频率及与主机连接方式等因素， 选用基于 U S B总线连接方式的 US B一6 2 1 0 采集卡，其驱动与 L a b Wi n d o ws ／ C VI 的 D A QMX函数库完全兼容 ， 极大方便 了软件的设计 ． 5 软件系统设计 5 ． 1 总体结构 软件系统采用模块化设计 ， 包括状态检测评估模块、 故障诊断 模块、 趋势分析模块、 数据库管理模块、 使用帮助模块和数据库等， 结构如图 5所示[ 引． 状态检测与评估模块用于进行检测控制和评 估； 故障诊断模块可根据用户输人或选择故障征兆， 进行故障诊断， 给出诊断结论和维修建议等； 趋势分析模块提供对技术状况检测结 果数据的分析， 并给出结果 ， 实现装备液压系统的历史分析和故障 预测； 数据库管理模块用于评估标准数据库和检测结果数据库以及 专家知识库的管理和维护； 使用帮助模块提供检测与故障诊断系统 的帮助． 限于篇幅， 仅对状态检测评估模块和故障诊断模块进行阐 述． 5 ． 2 状态检测评估模块设计 该模块设计主要实现液压系统的检测方案动态配置 、 检测流程 控制、 数据采集及存储、 技术状况评估及其输出． 检测评估模块软件 流程见图 6所示 ． 5 ． 3 故障诊断模块设计 中心调度 芝 趋势分 I 析模块 I 图5 系统软件构成 F i g ． 5 S o f t wa r e s t n I c t u I ．e 故障诊断模块设计主要实现该车液压系统故障定位． 用于根据系统提示输入故障征兆， 故障诊断模块 按照预先存储的专家诊断流程， 引导完成故障元件 的定位并给出维修建议， 其软件流程如图7 所示． 6 实验 以该装备齿轮泵流量技术状况检测为例， 介绍 如何进行液压系统的技术状况检测过程． 齿轮泵参数 泵额定转速 ， z 3 0 8 0 r rai n ～； 泵 理论排量 q 1 0 ml r _ 。 ； 容积效率 7 ≥7 5 ％； 额 额定压力 1 3 MP a ； 4 0℃时运动粘度 ／ 1 4 0 81 0 m 2 S-1 ． 检测条件及标准 发动机转速 l 8 0 0 r m i n I ， 液 压油温 1 5℃， 压力 1 3 MP a ． 检测系统能够自 动采集 上述条件参数， 并根据程序计算出此检测条件下的流 量标准值， 得出系统满载流量应≥1 5 ． 4 3 L r a i n - 。 ． 采用超声波流量计进行流量不解体测试， 测点 如图 8 所示 ． 测试结果如图 9 所示． 系统满载流量有效值始终大于使用标准 1 5 ． 4 3 L ra i n ～， 故系统满载流量 泵容积效率 合格． 图 6 状态检测软件流程图 Fi g． 6 Fl o w di a g r a m o f t e s t do f t ＼ 一 状评 数据库管理 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 晁智强， 等 某两栖装甲装备液压系统不解体状态检测与故障诊断 图8 系统满载流量测点 F i g ． 8 F l o w r a t e t e s t p o i n t o f p u mp 7 结语 图7 故障诊断软件流程 Fi g ． 7 F l o w d i a g r a m o f f a i l u r e d i a g n o s i s s o f t I C E J 删 图9 齿轮泵满载流量 Fi g ． 9 Re s ul t o ff l o w r a t e 液压系统不解体检测与故障诊断系统充分挖掘车载信息资源， 应用超声波流量不解体检测技术和快 速油液监测技术， 在不破坏装备原有系统结构的前提下， 实现了对液压系统的技术状况快速准确检测、 故 障诊断以及技术状况趋势分析． 系统的应用为基于状态的维修和使用提供了技术支撑， 对于提高装备完好 率具有重要的意义． 下转第3 6 9页 ∞ 加 ∞ 如 们 如 加 m 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 王盂． 等 汽车轴类热锻模具的失效形式与分析 3 6 9 退化层， 是萌发初始热疲劳裂纹的源头． 表层材料性状的退化也加速了热磨损失效进程． 建议增加热锻模 具的表面处理工艺， 改善模具材料的表面性能， 延长热锻模具的使用寿命． 参考文献 [ 1 ] S A N T O S CA ， A G U I L A RMTP ， C A MP O S HB ， e t a1 ． F a i l u r e a n a l y s i s o f t h e d i e i n t h e t h i r d h o t f o r g i n g s t a g e o f a g e a r b la n k [ J ] ． E n g i n e e r i n g Fa i lu r e An a l y s i s ， 2 0 0 6， 1 3 8 868 9 7． [ 2 ] 樊东黎， 王广生． 热处理手册I N] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 1 ． F AN D o n g l i ， WA N G G u a n g s h e n g ． H e a t t r eat m e n t e n c h ir i d i o n [ M] ． B e ij i n g C h i n a Ma c h i n e P r e s s ， 2 0 0 1 ． [ 3 ] 徐进， 陈再枝． 模具钢[ M] ． 北京 冶金工业出版社 。 1 9 8 9 ． X U J i n ， c 眦 N z a iz h i ． D i e s t e e l [ M] ． B e ij in g C h i n a Me t a l l u r g yP r e s s ， 1 9 8 9 ． 曾珊琪， 丁毅． 模具寿命与失效[ M] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 5 ． Z E N G S h a n q i ， D E N G Y i ． L jf e a n d f a il u r e o f d i e s [ M] ． B e ij i n g C h i n a C h e m is t r y P r o s ， 2 0 0 5 ． 宝志坚． 汽车热锻模具的失效机理及延寿技术[ D] ． 北京 华北电力大学， 2 0 0 6 ． B A O Z h i j i a n ． F a i l ure m e c h a n is m a n d l i f e e x t e n s i o n t e c h n o l o g y o f h o t f o rg e d c a s t d i e s f o r a u t o m o b i l es [ D] ． B e ij i n g N o r t h C h i n a E lect r i c P o w e r Un i v e r s it y， 2 0 0 6． 徐滨士． 神奇的表面工程[ M] ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 0 ． X U B i n g s h i ． Ma g ic s u r f a c e e n g i n e e r in g [ M】 ． B e ij i n g Ts i n g h u a Un i v e r s i t y P r e s s ， 2 0 0 0 ． 刘宗德， 安江英， 杨昆， 等． 电爆炸高速喷涂新技术研究[ J ] ． 爆炸与冲击。 2 0 0 1 1 1 7 2 0 ． L I U Z o n g d e ， A N J i a n g y i ng， Y A N GK u n ， e t a 1 ． S t u d i eso n r a p id s p r a y i ng b y e l e c t r i c a l e x p lo s i o n m e t h o d [ J ] ． E x p losi o n a n d S h o c k Wa v e s ， 2 0 0 1 1 1 7 2 0 ． J 0H NS oN P K， A RA NA M ， O L A Z A K M ， e t a 1 ． C r a c k in i t i a t io n in a c o a t e d a n d u n c o a t e d n i c k e l - b a s e s u p e r a l l o y u n d e r T MF C o n d i t io n s [ J ] ． J o u rna l o f E n g i n e e r i ng f o r G a s T ur b i n e s a nd P o w e r ， 1 9 9 8 ． 1 0 7 9 1 7 9 5 ． 上接第 3 6 3页 参考文献 ， ⋯， ⋯， ‘，H’‘ ， ， ’ ， [ 1 ] 播伟， 王汉工． 工程机械液压系统在线状态监测[ J ] ． 维修论坛， 2 0 0 4 6 1 2 5 1 2 7 ． P A NWe i ． WA N GH a n g o n g ． T e c hni c a l m o n i t o r i ng o f t h e e n g i n e e r i ng m a c h in e r y h y d r a u l i c s y s t e m[ J ] ． Mm m e n a n e e F o r u m， 2 0 0 4 6 1 2 5 1 2 7 ． [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] F L E x I M c 0 L ] - D ． P o r t a b l e u l t r a s o n ic fl o w m e t e r f lu x u s A D M6 2 7 5 u s e r m a n u a l [ R ] ． B e r l i n F u x I M C 【 D， 2 0 o 5 ． P a v i f i c S c i e n t i fi c I n s t r u m e n t s C OL T D ． O n l in e c o n t a mi n a t i o nc o n d i t io n p a r t ic le mon it o r m o d d p m 4 0 0 0 o w n e r s man u a l [ R ] ． O r e g o n P a c if i c Sci e n t i f i c I n s t r u me n t s CO L I T ， 2 0 0 2． 吴烨， 黄志雄， 何清华． 液压挖掘机的状态监测与故障诊断系统设计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 1 1 1 9 4 1 9 6 ． wU Y e ， H U A N G Z h i x io n g 。 Q in g h u a ． T h e d esig n f o r s t a t e m o n it o ri n g a n d f a u l t d ia g n o s i s s y s t e m o f h y d r a u l i c e x c a v a t o r s [ J ] ． Ma c h in e To o l Hy d r a u l i c s ， 2 0 0 5 1 1 1 9 41 9 6 ． J ] ] ] ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m