液压故障诊断技术的现状与发展趋势

kaq91

液压故障诊断技术的现状与发展趋势
( F, R3 W$ Z+ [; `! g; L. n

1．现代液压故障诊断的技术途径
. m* x; y# d3 g( K1 }; s  @  t
. Q* B0 H: O7 d) F' r6 L
3 z8 U7 \* i/ i6 G+ t' m根据液压系统故障技术的要求，依靠近代数学的最新研究成果和各种先进的涔涔手段，日前国际上正处于研究和开发阶段的液压系统故障诊断方法有：功能诊断法，振动诊断法，声学振动法，热力学诊断法，传递函数诊断法，主成分诊断法，模糊诊断法，神经网络诊断法，专家系统诊断法和灰色系统诊断法等。

' v/ g& p6 u1 k- Y1 |. ?
8 z! z3 m  j+ N" d) z（1）功能诊断法  根据解析诊断模型，传动装置可以表示为一个将输入信号变换为输出信号的系统。


（2）振动诊断法  它是预测传动装置状态的方法，且很有发展前途。液压系统中发生的振动过程是一种高度集中传递信息的过程，它相当充分地反映了很多部件和整个传动装置的技术状态，对其振动参数测量并进行频谱分析以及与标准频谱分析进行比较，可以确定故障所在。
( Q% [/ V+ B+ m2 p( P  v5 T6 y

3 x! Z: ~  q9 V" E% E: ?振动分析是一种重要的液压故障分析手段。这种分析方法的基本过程是用传感器将液压系统的压力，流量的脉动量或液压元件壳体的振动信号（位移，速度及加速度）测出并记录下来，然后通过谱分析仪作频谱变换。将这些谱图与种类标准状态（正常状态及各种典型故障状态）谱图作对比，考察其最接近哪种状态。谱图分析主要通过振幅的变化及振动峰值所处频率的变化来判断故障。

* ]8 }* r6 T$ `. L3 n* }; Y7 B) P
$ P. N, z9 d6 Q, O（3）声学诊断法  这种方法的基本有所不同是系统的每一种状态对应着完全一定的音频信号，对各种信号进行分析，可用来确定液压系统的工作状态及故障情况。


" r. `5 E# B; W7 b  ~$ l$ \（4）热力学诊断法  它是根据液压系统所表现出的热力学物理量的测量，分析，从而对系统所产生的故障进行判断的一种方法。这种方法需借助一系列专门的仪器，设备才能实现。
) ]7 e- D! I- b

在液压设备中，液压元件的故障大都伴随着能量损失，如阻塞和泄漏伴随着液体介质压力能的损失，异常磨损件伴随着运动部件机械能的损失，而这些损失的能量大都以热能形式释放出来。同时，由于温度监测简便，可直接监测元件壳体和管道外壁。温度信号比较稳定，且监测传感器便宜。因此，掌握温度变化与液压故障之间的内在规律，利用温度信息推测液压设备故障具有广阔的应用前景。利用热信息可以从下列方面监测液压设备的故障；


1）液压元件是异常泄漏。当流体介质从元件的高压腔泄漏到低夺腔时，损失的压力几乎全部转化为热能。有实验数据表明，当压力为18 mpa时，齿轮泵效率下降10%，会引起4~6C的温长。
- ?5 `+ |$ r+ K' \
; ]6 G! D# o( d# }) \8 P( \1 z
2）液压元件异常磨损，特别是泵和马达运动部件的磨损，由于相对速度很快，会引起明显的温升。
3 u% [) d; D* ]; R( a; G8 s
+ ^$ R6 `' J9 i! d. Z" B
) g5 o0 T" y/ ~, s3）液压元件异常阻塞。当流体经液压元件时，温升主要由压降引起，而与流量关系不大，如果节流孔阻塞和换向不到位，必会引起阻尼增大，压力和测试升高。


3 |* R" c- g# i2 E' _" r9 k（5）主万分诊断法  它是利用近代数学研究的最新成果并借助于计算机来完成的一种故障诊断方法。其基本原理是利用各种状态监测仪器测出液压系统正常工作时间时的各种参数，并列出其协差阵，特征根矩阵，救出特征向量阵，从而得出每种参数对系统工作状态影响的累计贡献率。在发生故障时对系统的相应参数进行测量，求出相应的协差阵，特征根矩阵，特征微量阵的累计贡献率，并与与正常工作状态下的的各种对应矩阵进行比较，即可找到故障所在。它的使用需借助计算机来进行。

3 m9 J+ A, i7 k2 n; e# T1 o" W% J1 I; m
  （6）模糊诊断法  液压系统工作过程中，系统及元件的动态信号大多具有不确定性和模糊性，许多故障征兆用模糊概念来描述比较合理，如振动强弱，偏心严重，压力偏高，磨损严重等。同一系统或元件，在不同的工况和使用条件下，其动态参数也不尽相同，因此对其评价只能在一定范围内作出合理估价，即模糊分类。模糊推理方法采用IF-THEN形式，符合人类思维方式。同时，模糊诊断法不需要建立系统的精确数学模型，对非线性系统尤为合适，因此在液压系统故障诊断中得到了应用和发展。

2 @# f# Y3 d2 ^
: M* @; w# f$ @/ z, t   （7）神经网络诊断法  人工神经网络是模仿人的大脑神经元结构特性而建立的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，具有大规模并行处理能力，适应性学习和处理复杂多模式的特点，在液压系统故障诊断中得到了较多的应用和发展。
! V% _4 @7 ]& z( v" c
2 Y4 p) R* r% N: i! Q; w& {4 G3 I
, l! Q* ]+ v1 h( d# e（8）专家系统诊断法   由于各种液压系统和元件具有一定的相似性，所以各种液压系统和元件的故障具有一定的共同点。如各种伺服阀的结构，故障特点都具有一定的共同点。利用在这一领域积累的大量专家知识，建立相对完善的专家知识库，供进行故障诊断时使用，它可以避免或减少误判效率，因此液压系统故障诊断专家系统，具有广阔的发展前景。


, [1 k1 R% J: J. q- _（9）灰色系统诊断法  它是应用灰色系统的理论对故障的征兆模式和故障模式进行识别的技术。灰色理论认为：设备发生故障时，既有一些已知信息（称为白色信息）表征出来，但也有一些未知的，非确知的信息（称为灰色信息）表征出来，灰色系统诊断法正是应用灰色关联理论，使许多待知信息明确化，进而完成故障诊断的方法。

/ G+ }( p; y5 i+ E9 Z' |: J+ Q" O
2．液压系统故障诊断技术的发展趋势
( `, H3 y: G! b

+ s/ S& Q5 Y  ~- B3 D' y9 R由于机械设备工作状态的多样性，其液压系统故障诊断技术的发展趋势是不解体化，高精度化，智能化及网络化。
1 r* W  o% g  ?( H

（1）不解体化  不解体检测的研究方向是开发可预置于液压系统内的传感器。美国，日本等国家已成功将超微型传感器安置于液压系统内，对系统的温度及主要部件的工件参数进行监测，并利用光纤传感器监测系统的温度，液压油粘度和压力等参数的波动。
9 d+ x6 ~8 J8 L$ T# m# G! N

（2）高精度化  在信号技术处理方面，是指提高信号分析的信噪比，对于较复杂的液压系统而言，其信号，系数是瞬态的，非平衡的，突变的。将小波理论用于这些信号的分析处理上，则可大大提高其分辨率。在振动信号的处理上，全息谱分析方法则充分考虑了幅，频，相三者的结合，弥补了普通傅里叶谱只考虑幅，频关系的不足，能够比较全面地获取振动信号。
& o4 |! G: x2 Q
  p- c" d8 e' s$ L% @, R+ ?# m( W( h
（3）智能化  是指开发诊断型专家系统，使数据处理，分析，故障识别自动完成，民减轻诊断的工作量，并提高诊断速度及正确性。在故障诊断专家系统的建立上，要深入故障形成机理的研究，丰富系统的知识库，解决专家系统所谓的“瓶颈问题”。同时将模糊神经网络方法应用于故障诊断的专家系统中，使之具有一定的智能，具有组织，自学习联想功能，从而使诊断系统自我完善，自我发展。此外诊断系统将由集中式走向分布式，系统的硬件生产标准化，软件设计规范化模块化，这有利于缩短系统的开发周期，提高系统的可靠性。

) q5 a4 C9 v. g: T
# B4 o' H0 {( D, l9 _（4）网络化  是本世纪故障诊断技术的发展方向随着计算机网络技术的发展及通信技术的进步，利用各种通信手段将多个故障诊断系统联系起来，实现资源共享，可提高诊断的质量和精度。将故障诊断系统与数据采集系统结合起来组成网络，有利于对机组的管理，减少设备的投资，提高设备的利用率，必要时可与企业的MIS系统相联接，促进企业管理的一体化，现代化。