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液压油缸之现代液压系统故障诊断的技术途径

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液压油缸之现代液压系统故障诊断的技术途径

液压油缸之现代液压系统故障诊断的技术途径

根据液压系统诊断技术的要求,依靠近代数学的最新研究成果和各种先进的监测手段,目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 灰色诊断法等。

(1)功能诊断模型,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。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。将这些谱图与各类标准状态(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。

(3)声学诊断法   这种方法的基本原理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。

(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。

在液压设备中,液压元件的故障大都伴随能量损失,如阻塞和泄漏伴随着流体介质压力能的损失,异常磨损件伴随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的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液压元件异常泄漏。当流体介质从元件的高压腔泄至低压腔时,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18MPa时,齿轮泵效率下降10%,会引起4~6℃的温升。

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液压元件的阻塞。当流体经过液压元件时,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,必会引阻尼增大,压力和温度升高。

(5)主成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的各种参数,并列出其协差阵、特征根矩阵,求出特征向量阵,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、特征向量阵的累计贡献率,并与正常工作状态下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。

(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。

(7)神经网络诊断法人工神经网络是模仍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。

(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库,供进行故障诊断时使用,它可以避免或减少误 判,提高诊断效率,因此液压系统故障诊断专家系统,具有广阔的发展前景。

(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等理论,使许多待知信息明确化,进而完成故障诊断的方法。