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工程機械液壓故障監測診斷技術未來將會是什么樣?

發布時間:2018-6-4 15:09:41 關注度:507
1、液壓系統故障特征

工程機械液壓系統主要包含液壓泵、變矩器、控制閥、液壓馬達和液壓缸(執行機構)、變速器、動力換擋變速閥等機構,其故障一般表現為行走和執行機構無力、遲緩、振顫或過熱,液壓離合器耦合不良,液壓活塞伸縮不到位等。故障形成的原因主要是由液壓系統或元件失效引起的。這種失效常表現為液壓系統的壓力、流量和溫度等的變化。工程機械液壓系統的故障特征具有以下5個特點:

一是故障點隱蔽性強。工程機械液壓裝置的失效往往發生在系統內部,加之工程機械工作現場檢查條件差,因此難以直接檢測,故障分析與判斷困難。

二是液壓系統故障判斷復雜。工程機械液壓系統故障表現與故障點之間的關系較為復雜,一個故障現象可能由多個故障點疊加導致,一個故障癥狀可能因為多種原因,一個故障源也可能導致多處的液壓癥狀。

三是相關因素的隨機性強。工程機械液壓系統在工作過程中,往往受到多種因素的影響,故障的發生與發展往往具有不確定性,為此判斷與定量分析較為困難。

四是失效分布分散。由于設計、材料、加工及工作環境的差異較大,造成工程機械的各液壓元件的磨損速度差異較大,為此所謂的“液壓元件壽命標準”在這樣復雜的情況下只能作為參考,而無法作為工程機械液壓元件故障診斷與分析的主要依據。

五是機電液耦合性差異。工程機械往往是一個機械、電子與液壓裝置于一體的綜合系統,其故障往往是各子系統的復雜耦合,這也使得液壓元件的故障監測、診斷十分困難。

2、故障監測與診斷技術類別

所謂工程機械的液壓系統故障監測與診斷就是利用現代科技手段與儀器設備,對液壓系統中的溫度、壓力、流量等基本參數,以及液壓馬達和液壓缸等執行機構的油液狀態、速度、噪聲及泄漏情況等進行檢測,來綜合判斷液壓系統的工作狀態,進而推斷液壓元件的工作狀態及損傷情況。

按照對象不同,工程機械液壓系統故障監測與診斷技術主要有2種,一是對油液污染進行監測與診斷,二是對液壓系統進行監測與診斷。在工程機械液壓系統的工作過程中,往往有局部油液滲漏情況發生,造成工程機械液壓系統局部油液污染,影響系統的工作效率,甚至引發故障。通過對工程機械液壓系統油液污染監測,可對故障進行診斷。

工程機械液壓系統不同功能的實現需多個液壓元件相互配合完成,如果工作過程中一個或多個元件出現故障,勢必影響工程機械液壓系統的工作。而通過故障監測與診斷技術對液壓裝置的監測與診斷,可及時發現工程機械液壓系統存在的問題并及時處理,從而保證工程機械液壓系統運行的可靠性。

一旦工程機械液壓系統出現故障,現場工作人員可以采取以下方法需求鎖定故障點,及時排除問題。一是觀察法。觀察法是最為簡便的方法,工作人員可以通過聽、聞、摸、看等方法檢查工程機械液壓系統零部件,通過工作系統的正常噪聲與故障噪聲的區別,以及油液味道、振動、溫度、顏色變化等來判斷諸如變形、松脫、漏油、破裂等故障。觀察法簡單、可靠,尤其是適用工作現場缺少必要的工具和儀器時。二是通過操作與調整來進行診斷。在工程機械液壓系統出現問題時,可由有工作經驗的工作人員通過設備的操作與調整,來對比設備與平時工作狀態的不同來判斷故障的種類及部位。這種診斷方法有無負荷均可進行,但對工作人員的技能要求較高。三是對比或替換檢查法。在工程機械液壓系統出現故障且又缺少測試儀器和專業技術人員時,可通過對2臺相同設備工作狀態的對比或對疑似故障液壓元件的替換來判斷故障點。使用這種方法時較為直接,但常常會因找不到相同設備、拆卸不便等因素而受到限制。

3、故障監測診斷技術現狀

(1)國外現狀

以歐美發達國為代表的眾多國外機構對工程機械的信息化、智能化進行了大量的研究,并已經付諸實踐。如某品牌在很多工程機械上安裝了GIS地理信息系統、GPS全球定位系統、GSM全球移動通信系統和METS采礦鏟土運輸系統。METS主要由CAES(計算機輔助鏟土運輸系統)、VMS(關鍵信息管理系統)和CAESoffice(CAES專有辦公系統)3個部分組成,具有無線電通訊、設備檢測、故障預警與診斷、作業管理和機械自動化控制等功能。

某公司在20世紀90年代開發的F系列和G系列的裝載機均安裝了CMS(計算機監控系統),取代了其上一代產品——E系列的EMS(電子監控系統)。F系列和G系列裝載機搭載的電子計算機系統,可以同時監控發動機燃油量、水溫、變速器溫度、液壓油溫度等,同時該系統具備故障診斷功能,可提供三級報警。其中搭載在某工程機械上的電子計算機系統,可監控并診斷裝載機的各項參數并可將數據通過無線傳送到辦公室進行記錄和分析。某工程機械配備的該公司的計算機監控與診斷系統,提供了指導診斷系統和基于維修工具的軟件包。某工程機械安裝有VMS(關鍵信息管理系統),進一步強化了其監控與故障診斷系統,并可通過LeTourneau(集成網絡控制系統)將出錯信息、故障原因等顯示在液晶屏上,同時他還提供三級報警信號用以顯示發動機、液壓系統、電氣電子系統等的狀態。某公司生產的L系列裝載機也安裝了基于計算機技術的Matris軟件,用以監控和分析裝載機的發動機、液壓系統等關鍵系統的工作狀態,并提供人機交互和自動故障診斷與顯示。

(2)國內現狀

相比較而言,我國工程機械故障檢測與診斷技術落后。進入21世紀以來,國內的不少研究機構加大了對工程機械電子監控、故障監測與診斷等的理論研究與實踐探索。如:華中科技大學的何嶺松、楊叔子梳理了基于互聯網的設備故障遠程診斷國內外研究現狀與關鍵技術問題;哈爾濱工業大學的邢松寅從發展背景、概念內涵、關鍵技術、應用前景及發展趨勢等方面介紹了CSCW(計算機支持的協同工作)在工程機械故障監測與診斷領域的應用。

為了提高工程機械的可靠性,國內一線工程機械設計制造企業,開始嘗試研發工程機械電子監控系統,用以監測、記錄工程機械的運行狀態,并提供基于計算機、互聯網技術具備初步故障監測與診斷服務功能的故障診斷與遠程服務系統。安裝有這個系統的工程機械,無論在世界上的任何地方,只要用戶開通了遠程服務系統,生產廠家的專家就可以隨時監控工程機械的工作狀態,并可提供故障機械的會診及故障排除(咨詢)服務。國內某企業開發的基于GPS、GPRS(無線通信技術)和GIS(地理信息技術)的智能型工程機械遠程監控平臺,在該公司的正流量液壓挖掘機等產品上得到了廣泛應用,其性能指標達到了國際同期水平。

4、未來發展趨勢

隨著機電液一體化技術的不斷發展,計算機及數據處理技術、網絡與通訊技術等逐漸與之融合,工程機械液壓系統的故障檢測與診斷技術也正從單純的主觀分析向新的方向發展,主要有以下幾個方面。

(1)虛擬化

隨著計算機技術的不斷發展,與其相關的軟件技術和微電子技術也在不斷更新。虛擬儀器技術作為一種新型技術,已經逐漸應用到各種工程機械上。這種技術具有柔性和開放性,開發環境友善,用戶對軟件作適當改變,即可實現一些新功能。

(2)高精度化

對工程機械液壓系統而言,其信號往往是非線性的、突變的和瞬態的,為此傳統時域和頻域只適用于穩態信號的分析,不能揭示其中的故障信息。這就要求一種能夠同時表現信號時域和頻域的方法。而計算機技術、大數據技術的不斷發展,恰能滿足了這種要求,大大提高了信號處理的分辨率。

(3)狀態化

將傳感器技術、計算機技術、紅外測溫技術和超聲波技術等引入工程機械液壓系統監測與診斷領域,能有效解決液體流經管路時流速、壓力、噪聲等綜合載體信號產生時差流量信號和壓力信號的跟蹤問題,實現了液壓系統動態參數的在線實時監測,避免了對工程機械液壓系統的“解體體檢”的問題,從而有效解決“維修不足”和“維修過度”的矛盾。

(4)智能化

知識工程、專家系統和人工神經網絡等人工智能技術在工程機械液壓系統監測與診斷領域的應用,可很好地解決因液壓系統故障隱蔽、多樣、成因復雜而導致故障診斷嚴重依賴實踐經驗問題。

(5)網絡化

現代工程機械液壓系統的結構日趨復雜,專業性也越來越強,這就需要設備專家能夠及時介入設備的故障檢測與診斷之中。工程機械流動性較強,設備廠商往往不能及時派遣專家到現場解決問題,因此建立基于互聯網的實時在線測與故障診斷系統,將成為工程機械液壓系統監測與診斷的必然選擇。
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