王建軍，郝素蘭

(安徽機電職業(yè)技術(shù)學院 機械工程學院，安徽 蕪湖 241002)

0 引言

設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)是在大量實際經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上，編制計算機程序，模仿人類專家對設(shè)備的實際故障來分析處理。專家系統(tǒng)需要搜集該領(lǐng)域大量專家的實際經(jīng)驗和知識，可以通過計算機程序?qū)ο到y(tǒng)的參數(shù)進行采集和分析，從而實現(xiàn)該設(shè)備的故障預測以及推理出故障原因，得出相關(guān)的解決方案[1]。

液壓傳動具有傳動平穩(wěn)和優(yōu)良的控制性能，單位質(zhì)量輸出功率大，所以在起重運輸機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、冶金機械、航空工業(yè)等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[2]。在采用液壓傳動的成套設(shè)備中，與其他各系統(tǒng)相比，液壓系統(tǒng)的故障率較高。液壓系統(tǒng)構(gòu)成相對復雜，并存在動傳遞封閉、參數(shù)可測性差、故障機理多樣等問題，所以液壓系統(tǒng)的可靠性成為十分突出的問題。液壓系統(tǒng)一旦發(fā)生故障,不僅導致設(shè)備受損, 帶來巨大的經(jīng)濟損失，而且可能危及人身安全。所以在設(shè)計階段要對液壓系統(tǒng)進行可靠性設(shè)計。液壓油在管道內(nèi)部的流動情況外界很難監(jiān)測，所以液壓系統(tǒng)故障智能診斷技術(shù)成為液壓技術(shù)的一個重要發(fā)展方向[3]。

液壓設(shè)備是由機械、液壓、電氣等裝置組合而成的，因此出現(xiàn)的故障也是多種因素的綜合，形式多種多樣。多種原因可能造成同一故障現(xiàn)象，所以對于故障的準確診斷需要一定的實際經(jīng)驗。例如：液壓缸的不動，有可能是電路故障，也許是液壓泵故障，或者換向閥閥芯卡死，也可能是缸內(nèi)密封圈失效造成內(nèi)泄露嚴重，因此準確判斷故障原因具有一定的挑戰(zhàn)性[4]。

液壓傳動中最重要的兩個參數(shù)為壓力和流量，液壓傳動的速度取決于流量，壓力取決于負載，液壓系統(tǒng)的正常工作關(guān)鍵取決于這兩個參數(shù)是否正常。當液壓設(shè)備正常工作時，回路中的壓力、流量等參數(shù)應(yīng)該在設(shè)計值范圍內(nèi)，當參數(shù)嚴重偏離設(shè)計值時，系統(tǒng)即出現(xiàn)故障，所以故障的實質(zhì)是系統(tǒng)參數(shù)的異常[5]。當設(shè)備液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能正常工作時，必定是液壓系統(tǒng)中某元件出現(xiàn)故障，并能斷定此元件前后的參數(shù)肯定異常。如果能監(jiān)測液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵點參數(shù)，維修人員可以通過參數(shù)的變化和相關(guān)經(jīng)驗快速進行故障診斷和排除。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時，往往不能立即找出故障發(fā)生的部位和根源，為了避免盲目性，人們必須根據(jù)液壓系統(tǒng)原理進行邏輯分析或采用因果分析等方法逐一排除，即利用經(jīng)驗進行故障診斷。

液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)總體設(shè)計思路如圖1所示，非專家人員可以使用專家系統(tǒng)進行故障詢問，專家系統(tǒng)根據(jù)知識庫中的經(jīng)驗進行對比分析和推理，得出可能的故障原因，進而給出維修建議[6-7]。

圖1 總體設(shè)計思路

后臺的數(shù)據(jù)采集主要是利用物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感技術(shù)，根據(jù)無線傳感網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，可以遠程監(jiān)控液壓系統(tǒng)運行狀況，只要測得液壓系統(tǒng)回路中任意點處的工作參數(shù)，專家系統(tǒng)將其與系統(tǒng)工作的正常值相比較，工作人員即可判斷出系統(tǒng)工作參數(shù)是否正常，是否發(fā)生了故障以及故障的所在部位，并能夠快速診斷分析出故障原因，并在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)和實現(xiàn)智能化的診斷設(shè)備液壓系統(tǒng)故障技術(shù)，整個系統(tǒng)的設(shè)計方案如圖2所示。

圖2 專家診斷系統(tǒng)總體方案

2 故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計

2.1 參數(shù)采集系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，則系統(tǒng)參數(shù)肯定會出現(xiàn)異常，所以可以根據(jù)液壓系統(tǒng)工作的實際參數(shù)推斷故障原因。首先要對液壓機的系統(tǒng)圖和執(zhí)行元件的動作循環(huán)足夠了解，要求工作人員對液壓知識具有一定基礎(chǔ)并能看懂液壓系統(tǒng)圖中元件的名稱、功能、原理、結(jié)構(gòu)，能夠分析動作循環(huán)和了解系統(tǒng)正常工作的相關(guān)參數(shù)。所以，系統(tǒng)參數(shù)的準確采集是故障診斷和排除的最有利助手[8]。

以常見四柱式液壓機為研究對象，首先分析液壓機系統(tǒng)，確定系統(tǒng)重要參數(shù)監(jiān)測點，主要包括壓力、流量和溫度等參數(shù)，根據(jù)具體系統(tǒng)設(shè)置關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集節(jié)點。液壓機液壓系統(tǒng)如圖3所示，設(shè)置了8處參數(shù)監(jiān)測點，充液油箱下方設(shè)置流量傳感器，其他7個采集點主要是采集壓力和流量[9]。采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和傳輸，采集的終端數(shù)據(jù)可以在顯示器上顯示，遠程監(jiān)控液壓系統(tǒng)運行狀況。

圖3 某四柱式液壓機液壓系統(tǒng)

2.2 專家系統(tǒng)設(shè)計

故障診斷專家系統(tǒng)由專家經(jīng)驗知識庫和故障推理系統(tǒng)兩大部分組成，專家知識庫是來自于維修人員和專家對于常見液壓故障診斷的直接或間接經(jīng)驗的總結(jié)，故障推理系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)和故障現(xiàn)象進行推理，得出引起故障的原因，并能對于各種原因按照可能性大小進行排序，并列出排除方法，為液壓系統(tǒng)的故障診斷提供方便[10]。

設(shè)計專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，專家系統(tǒng)故障診斷結(jié)果的準確性與專家經(jīng)驗知識庫的經(jīng)驗可靠度直接相關(guān)，所以專家經(jīng)驗知識庫需要真實可靠的實踐經(jīng)驗。

圖4 液壓故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 故障診斷示例

設(shè)計系統(tǒng)診斷界面如圖5所示。當圖3中的液壓機系統(tǒng)兩液壓缸為停止狀態(tài)時液壓泵卸荷，6處壓力應(yīng)該是2.5 MPa，流量約為400 L/min，即液壓泵要在一定壓力下卸荷，從而保證控制油路有壓力。如果控制油無壓力，液動換向閥不能換向，則說明順序閥7或者泵站溢流閥2和3出現(xiàn)故障，如果流量相差較大則說明泵內(nèi)泄漏嚴重。

圖5 故障診斷專家界面

3 結(jié) 論

采用參數(shù)測量和專家系統(tǒng)相結(jié)合的故障診斷方法，能夠?qū)收犀F(xiàn)象和系統(tǒng)參數(shù)進行邏輯分析, 即使是無經(jīng)驗的工作人員，也能實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)故障的診斷, 具有準確性和快速性，這一技術(shù)的實現(xiàn)將促進液壓設(shè)備故障診斷技術(shù)向智能化方向發(fā)展。

(1)通過傳感技術(shù)將實時監(jiān)測液壓系統(tǒng)關(guān)鍵點參數(shù)，可以提前進行故障預測與維護。

(2)依靠專家經(jīng)驗知識庫和經(jīng)驗數(shù)據(jù)可以判斷元件發(fā)生故障前后其進出油口的參數(shù)變化，從而快速判斷故障原因。

(3)專家經(jīng)驗知識庫中的內(nèi)容還可進行修改和增刪。系統(tǒng)可以隨時改進，可以不斷地優(yōu)化和修改診斷推理系統(tǒng)，提高診斷結(jié)果的準確性。