液压系统故障诊断方法综述 (1)

该方法原理简单, 概念直观。然而, 性能测试对 早期失效不很敏感, 只有当系统失效发展成十分严重
收稿日期: 2008- 04- 16 作者简介: 施锦丹 ( 1981 ), 男, 江苏启东人, 汉族, 硕士, 助理工 程师, 研究 方向为武器系统论 证。电话: 13572075154,
E - ma i:l luodcheng@ 163 com。
2008年 11月 第 36卷 第 11期
机床与液压
MACH INE TOOL & HYDRAUL ICS
Nov 2008 V ol 36 No 11
液压系统故障诊断方法综述
施锦丹 1, 王凯2, 王伯成 3, 王效飞3
( 1 中国人民解放军 63961部队 22分队, 北京 100012; 2 第二炮兵驻孝感地区军事代表室, 湖北孝感 432100; 3 中国人民解放军 91868部队 78分队, 海南三亚 572016)
( 2) 基于油液性能参数的检测技术 受潮气入侵、气蚀、腐蚀、液压元件各运动副间 磨损等作用, 液压油中金属、非金属元素、氧化物的 含量、形态发生变化, 反映出液压系统中磨损、腐蚀 及密封状态; 液压油的粘度、酸碱值等性能指标的改 变也是系统状态发生变化的征兆之一。油液性能参数
检测技术根据经验和专家知识, 建立基于液压油中性 能变化与液压系统及其元件状态间的关系库, 运用神 经网络、专家系统、模糊推理等推理机制, 判定和预 测系统的故障。
铁谱分析法: 主要用于鉴别油液中与磨损有关的 磨屑, 进行磨屑成分鉴定和含量测定。利用铁谱分析 可以得到定量的数据, 也可以进行定性分析。
光谱法: 该项技术能够给出油液中污染物各元素 的成分、浓度, 可辨别出液压系统的磨损状态及其部 位, 为预报初期故障提供了依据。
显微镜检测技术设备投资较少, 且方法简单, 但 劳动强度大、费时、误差较大; 自动颗粒计数器方法 具有检测速度快、准确度高和操作简便等优点, 但可 能将油液中悬浮的微小气泡和水珠当作固体颗粒进行 计数, 精度较低; 称重法 使用 设备 简单, 检测方 便, 但只能测定油液的污染物总量, 无法掌握污染颗粒尺 寸和分布特征; 铁谱分析可以得到定量的数据, 也可 以进行 定性 分析; 光谱 分析 的精 度 较高, 但 成本 较 高。
2 The M ilitary D eputy O ffice o f the Second A rtillery in X iaogan C ity, X iaogan H ube i 432100, Ch ina; 3 No 91868 Un it of the PLA, Sanya H ainan 572016, China)
息, 有助于确定设备的工作状态, 从而有效地进行故 障诊断。
目前对于利用振动、噪声分析进行设备故障诊断 的研究较多, 其理论和方法比较完善。常用的信号处 理的特征 提 取方 法有 时 域特 征参 数法、 时差 域 特征 法、概率密度法、相关分析法、谱分析法、自功率谱 分析法、倒频谱分析法、包络谱分析法、主分量自回
A n O verview of Fault D iagnosis Technology for H ydrau lic System
SH I Jindan1, WANG K ai2, WANG Bocheng3, WANG X iaofe i3 ( 1 No 63961 Unit of the PLA, B eijing 100012, Ch ina;
学模型的方法。 基于数学模型的诊断方法其准确性和精度主要取
决于所建立模型的准确性。目前该领域研究的重点是 (线性和非线性 ) 系统 故障诊断 的鲁棒 性、故障 可检 测性和可分离性, 以及利用非线性理论进行非线性系 统的故障诊断。
3 基于人工智能的故障诊断方法 3 1 基于专家系统的智能诊断方法 [ 6- 8]
模型诊断方法是以现代控制理论和现代优化方法
为 指 导, 以 系 统 的 数 学 模 型 为 基 础, 利 用 观 测 器 (组 )、等价空间 方程、 K alm an 滤 波 器、参数 模 型估 计和辨识等方法产生残差, 然后基于某种准则或阈值 对该残差进行评价和决策。基于模型的诊断方法能与 控制系统紧密结合, 是监控、容错控制、系统修复和 重构的前提。液压伺服系统的故障诊断常采用基于数
传统的主观诊断法, 指的是维修人员凭借个人的
实践经验, 通过看、听、摸、闻、问, 或借助简单的 仪器、仪表, 判断系统故障发生的部位和原因。常用 的方法有感官诊断法、方框图分析法、系统图分析法 等。该方法是维修人员利用系统或元件的结构、模型 和功能等方面的知识, 进行综合分析和判断, 因此要 求维修人员掌握大量的故障机理知识和具备丰富的诊 断经验。
K eyword s: H ydraulic sy stem; F au lt diagnosis; Signa l analyzing; A rtificia l in telligence
国内外工程机械的传动和执行机构都普遍采用了 液压技术, 大量机械设备的自动化控制也往往借助液 压系统来实现。统计表明, 机械设备发生的故障半数 以上都与液压系统 有关。液压 系统 的状态 直接 影响、 甚至决定机械设备的运行状况。因此对液压系统进行 故障诊断, 对社会生 产具有极 为重 要的意 义和 作用。 国内外学者对此进行了大量的研究, 笔者对液压系统 故障诊断技术的发展现状进行了分析和总结, 并展望 了该技术的发展趋势。
后, 在知识库和数据库的支持下, 推理机综合运用各 种规则, 调 用各 种 相关 的应 用程 序, 进行 一 系列 推 理, 从而找到最可能故障。解释机制对推理过程进行 解释, 并提供相应的维修建议。
专家系统给液压系 统故障 诊断 带来了 很大 方便, 为液压系统故障诊断自动化奠定了基础, 但诊断专家 系统在应用过程中也存在一些问题, 主要是缺乏有效 的诊断知识表达和不确定性知识推理, 同时知识的获 取也存在 瓶颈 ! 问题。 3 2 基于神经网络的智能诊断方法 [ 9 - 10]
Abstrac t: T he developm ent o f the d iagno sis techno logy fo r hydraulic system w as rev iew ed, and the pr inciples o f fau lt diagnosis m ethod were ana lyzed and c lassified. The strongpo int and the shortcom ing w ere summ arized. The further research o f th is techno logy w as presen ted and the trend was prospected.
该技术需对油液的有关参数及金属含量进行细致
的分析, 监测周期长, 不适合液压系统故障的在线检 测, 但在重 要液 压系 统 的故 障诊 断 方面 有巨 大 的潜 力。 2 2 基于振动、噪声分析的方法
振动、噪声是液压系统在运行过程中伴随的必然
现象, 特别对液压泵来说, 其壳体振动十分明显。设 备的振动、噪声信号 中包含 有大 量丰富 的故障 信息, 通过对信号 的 分析 可以 获得 许 多有 关元 件的 状 态信
( 1) 基于油液颗粒污染度的检测技术 显微镜检测技术: 采用光学显微镜测定油液中污 染颗粒的尺寸分布和浓度。 自动颗粒计数器: 该项技术利用光学自动颗粒计 数器将油液中悬浮的固体颗粒进行计数, 间接测量油 液的污染度。由于光学自动颗粒计数器可能将油液中 悬浮的微 小气 泡 和水 珠当 作固 体 颗粒 进行 计 数, 因 此, 在测量前需要对油样进行脱气处理, 以减少计数 误差。 称重法: 该方法主要利用油液的质量和密度之间 的对应关系, 通过测量单位体积的油液的质量和理论 质量的比 对, 确 定一 定容 量 的油 液所 含污 染 物的 总 量。
摘要: 简要回顾了液压系 统故障诊断方法的发展, 归类分 析了液压 系统故 障诊断 的方法, 总结了各 种方法 的优缺 点, 展望了液压系统故障 诊断的发展趋势与动态。
关键词: 液压系统; 故障诊断; 信号来自百度文库析; 人工智能 中图分类号: T P206 3 文献标识码: A 文章编号: 1001- 3881 ( 2008) 11- 175- 5
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施锦丹 等: 液压系统故障诊断方法综述
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决人们在通常条件下难以解决的问题。 故障诊断专家系统主要由知识库、数据库、推理
机和解释机制等组成。对于在线监测或诊断系统, 数 据库的内 容是 实 时检 测到 的工 况 数据; 对 于 离线 诊 断, 数据库 中的 内容 可以 是 实际 故障 时检 测 到的 数 据, 也可以 是人 为设 置故 障 时检 测到 的一 些 样本 数 据。知识库中存放着与诊断系统相关的知识, 包括系 统知识和规则库。系统知识是反映系统工作机理及系 统结构的 知识; 而规 则库 是 反映 故障 因果 关 系的 规 则。专家系 统在 运行 中通 过 人机 交互 获得 必 要信 息
专家系统 ( Exp ert System ) 是 诊断 领域 引人 注目 的发展方向之一, 也是目前研究最多、应用最广的一 类智能诊断技术, 它运用专家知识和推理方法求解复 杂的实际问题。实质上专家系统是一种人工智能计算
机程序, 具有大量的权威性知识, 具备较强的学习功 能, 并能够采取一定的策略, 运用专家知识推理, 解
液压系统故障诊断属于机械故障诊断的范畴, 许 多机械故障诊断方法可以直接应用于液压系统的故障 诊断。诊断方法从以专家或维修人员的感官、个人经 验及简单仪表为依据的传统诊断技术, 发展为以传感 器技术、动态测试技术为手段, 以信号分析和建模处 理为基础 的现 代 诊断 技术, 现在 已发 展到 以 信号 分 析、建模与知识处理技术为基础, 以信息融合技术为 核心的智能诊断技术。概括说来, 用于液压系统故障 诊断的方法可分为简易的故障诊断、基于信号分析的 故障诊断和基于人工智能的故障诊断三大类, 下文将 就三类方法进行详细的分析和比较。 1 简易的故障诊断方法 [ 1- 2] 1 1 传统的主观诊断法
主观诊断法简单、方便并且快捷, 但诊断结果常 带有主观倾向性, 难于满足复杂的液压系统的故障诊 断的需求。
1 2 直接性能测试的方法 直接性能测试的方法是通过对液压元件和系统的
性能测试, 来评价系统的工作状态。该方法也可进行 在线状态监测和 故障诊 断, 并对 故障进 行定量 分析, 已被应用 在 许多 液压 系 统的 状态 监测 中。其 基 本思 想: 在正常情况下, 被测试液压元件和系统的性能测 量值应在正常范围内变动, 当超出此范围时, 可以认 为已经发生或将要发生故障。在液压元件和系统性能 测试中, 常见的测量参数有压力、流量、温度, 以及 其它相应类型的参数。另外, 还可以用被测量的变化 率是否在正常范围内来判别故障是否发生。
归谱提取法、 AR 谱参 数提 取法、小波 分析 等。振动 分析技术已成功地 应用于 旋转机 械设备 的故障 诊断, 在纯机械设备的故障诊断中取得了很大成功。
在液压系统中存在油液, 其振动信号里包含了大 量的噪声, 既有机械振动, 又有流体振动, 使得信号 处理非常困难。因此目前在国内外公开发表的文献当 中, 关于基于振动、噪声分析的方法在液压系统故障 诊断中应用的相关文献较少。随着信号处理技术的不 断发展, 振动分析技术在液压系统故障诊断中的应用 前景将更为广阔。 2 3 基于数学模型的诊断方法 [ 3- 5]
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时, 其性能指标变化才有所体现。 2 基于信号分析的故障诊断方法 [ 1- 2] 2 1 基于油样分析的方法
液压系统中的污染物带有大量反映系统内部状态 的信息。因此, 通过对油液中污染物成分鉴别和含量 测定, 可以了解液压系统油液的污染状况以及元件的 工作状况, 为液压系 统的故障 诊断 和维护 提供 依据。 目前常用的油样分析技术和方法有以下两种。