工程機(jī)械液壓故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)未來(lái)將會(huì)是什么樣?

     1、液壓系統(tǒng)故障特征

  工程機(jī)械液壓系統(tǒng)主要包含液壓泵、變矩器、控制閥、液壓馬達(dá)和液壓缸(執(zhí)行機(jī)構(gòu))、變速器、動(dòng)力換擋變速閥等機(jī)構(gòu)，其故障一般表現(xiàn)為行走和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)力、遲緩、振顫或過(guò)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(tǒng)或元件失效引起的。這種失效常表現(xiàn)為液壓系統(tǒng)的壓力、流量和溫度等的變化。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的故障特征具有以下5個(gè)特點(diǎn)：

  一是故障點(diǎn)隱蔽性強(qiáng)。工程機(jī)械液壓裝置的失效往往發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部，加之工程機(jī)械工作現(xiàn)場(chǎng)檢查條件差，因此難以直接檢測(cè)，故障分析與判斷困難。

  二是液壓系統(tǒng)故障判斷復(fù)雜。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)故障表現(xiàn)與故障點(diǎn)之間的關(guān)系較為復(fù)雜，一個(gè)故障現(xiàn)象可能由多個(gè)故障點(diǎn)疊加導(dǎo)致，一個(gè)故障癥狀可能因?yàn)槎喾N原因，一個(gè)故障源也可能導(dǎo)致多處的液壓癥狀。

  三是相關(guān)因素的隨機(jī)性強(qiáng)。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中，往往受到多種因素的影響，故障的發(fā)生與發(fā)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(shè)計(jì)、材料、加工及工作環(huán)境的差異較大，造成工程機(jī)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(biāo)準(zhǔn)”在這樣復(fù)雜的情況下只能作為參考，而無(wú)法作為工程機(jī)械液壓元件故障診斷與分析的主要依據(jù)。

  五是機(jī)電液耦合性差異。工程機(jī)械往往是一個(gè)機(jī)械、電子與液壓裝置于一體的綜合系統(tǒng)，其故障往往是各子系統(tǒng)的復(fù)雜耦合，這也使得液壓元件的故障監(jiān)測(cè)、診斷十分困難。

  2、故障監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)類(lèi)別

  所謂工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)與診斷就是利用現(xiàn)代科技手段與儀器設(shè)備，對(duì)液壓系統(tǒng)中的溫度、壓力、流量等基本參數(shù)，以及液壓馬達(dá)和液壓缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油液狀態(tài)、速度、噪聲及泄漏情況等進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)綜合判斷液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，進(jìn)而推斷液壓元件的工作狀態(tài)及損傷情況。

  按照對(duì)象不同，工程機(jī)械液壓系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)主要有2種，一是對(duì)油液污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷，二是對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷。在工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作過(guò)程中，往往有局部油液滲漏情況發(fā)生，造成工程機(jī)械液壓系統(tǒng)局部油液污染，影響系統(tǒng)的工作效率，甚至引發(fā)故障。通過(guò)對(duì)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)油液污染監(jiān)測(cè)，可對(duì)故障進(jìn)行診斷。

  工程機(jī)械液壓系統(tǒng)不同功能的實(shí)現(xiàn)需多個(gè)液壓元件相互配合完成，如果工作過(guò)程中一個(gè)或多個(gè)元件出現(xiàn)故障，勢(shì)必影響工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作。而通過(guò)故障監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)對(duì)液壓裝置的監(jiān)測(cè)與診斷，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)存在的問(wèn)題并及時(shí)處理，從而保證工程機(jī)械液壓系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

  一旦工程機(jī)械液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以采取以下方法需求鎖定故障點(diǎn)，及時(shí)排除問(wèn)題。一是觀察法。觀察法是簡(jiǎn)便的方法，工作人員可以通過(guò)聽(tīng)、聞、摸、看等方法檢查工程機(jī)械液壓系統(tǒng)零部件，通過(guò)工作系統(tǒng)的正常噪聲與故障噪聲的區(qū)別，以及油液味道、振動(dòng)、溫度、顏色變化等來(lái)判斷諸如變形、松脫、漏油、破裂等故障。觀察法簡(jiǎn)單、可靠，尤其是適用工作現(xiàn)場(chǎng)缺少必要的工具和儀器時(shí)。二是通過(guò)操作與調(diào)整來(lái)進(jìn)行診斷。在工程機(jī)械液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可由有工作經(jīng)驗(yàn)的工作人員通過(guò)設(shè)備的操作與調(diào)整，來(lái)對(duì)比設(shè)備與平時(shí)工作狀態(tài)的不同來(lái)判斷故障的種類(lèi)及部位。這種診斷方法有無(wú)負(fù)荷均可進(jìn)行，但對(duì)工作人員的技能要求較高。三是對(duì)比或替換檢查法。在工程機(jī)械液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障且又缺少測(cè)試儀器和技術(shù)人員時(shí)，可通過(guò)對(duì)2臺(tái)相同設(shè)備工作狀態(tài)的對(duì)比或?qū)σ伤乒收弦簤涸奶鎿Q來(lái)判斷故障點(diǎn)。使用這種方法時(shí)較為直接，但常常會(huì)因找不到相同設(shè)備、拆卸不便等因素而受到限制。

  3、故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)現(xiàn)狀

  (1)國(guó)外現(xiàn)狀

  以歐美發(fā)達(dá)國(guó)為代表的眾多國(guó)外機(jī)構(gòu)對(duì)工程機(jī)械的信息化、智能化進(jìn)行了大量的研究，并已經(jīng)付諸實(shí)踐。如某品牌在很多工程機(jī)械上安裝了GIS地理信息系統(tǒng)、GPS全球定位系統(tǒng)、GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)和METS采礦鏟土運(yùn)輸系統(tǒng)。METS主要由CAES(計(jì)算機(jī)輔助鏟土運(yùn)輸系統(tǒng))、VMS(關(guān)鍵信息管理系統(tǒng))和CAESoffice(CAES專(zhuān)有辦公系統(tǒng))3個(gè)部分組成，具有無(wú)線電通訊、設(shè)備檢測(cè)、故障預(yù)警與診斷、作業(yè)管理和機(jī)械自動(dòng)化控制等功能。

  某公司在20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā)的F系列和G系列的裝載機(jī)均安裝了CMS(計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng))，取代了其上一代產(chǎn)品——E系列的EMS(電子監(jiān)控系統(tǒng))。F系列和G系列裝載機(jī)搭載的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以同時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)燃油量、水溫、變速器溫度、液壓油溫度等，同時(shí)該系統(tǒng)具備故障診斷功能，可提供三級(jí)報(bào)警。其中搭載在某工程機(jī)械上的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可監(jiān)控并診斷裝載機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)并可將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳送到辦公室進(jìn)行記錄和分析。某工程機(jī)械配備的該公司的計(jì)算機(jī)監(jiān)控與診斷系統(tǒng)，提供了指導(dǎo)診斷系統(tǒng)和基于維修工具的軟件包。某工程機(jī)械安裝有VMS(關(guān)鍵信息管理系統(tǒng))，進(jìn)一步強(qiáng)化了其監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)，并可通過(guò)LeTourneau(集成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng))

將出錯(cuò)信息、故障原因等顯示在液晶屏上，同時(shí)他還提供三級(jí)報(bào)警信號(hào)用以顯示發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣電子系統(tǒng)等的狀態(tài)。某公司生產(chǎn)的L系列裝載機(jī)也安裝了基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的Matris軟件，用以監(jiān)控和分析裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并提供人機(jī)交互和自動(dòng)故障診斷與顯示。

  (2)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

  相比較而言，我國(guó)工程機(jī)械故障檢測(cè)與診斷技術(shù)落后。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)的不少研究機(jī)構(gòu)加大了對(duì)工程機(jī)械電子監(jiān)控、故障監(jiān)測(cè)與診斷等的理論研究與實(shí)踐探索。如：華中科技大學(xué)的何嶺松、楊叔子梳理了基于互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題;哈爾濱工業(yè)大學(xué)的邢松寅從發(fā)展背景、概念內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢(shì)等方面介紹了CSCW(計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作)在工程機(jī)械故障監(jiān)測(cè)與診斷領(lǐng)域的應(yīng)用。

  為了提高工程機(jī)械的可靠性，國(guó)內(nèi)一線工程機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)，開(kāi)始嘗試研發(fā)工程機(jī)械電子監(jiān)控系統(tǒng)，用以監(jiān)測(cè)、記錄工程機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，并提供基于計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備初步故障監(jiān)測(cè)與診斷服務(wù)功能的故障診斷與遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)。安裝有這個(gè)系統(tǒng)的工程機(jī)械，無(wú)論在世界上的任何地方，只要用戶(hù)開(kāi)通了遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)，生產(chǎn)廠家的專(zhuān)家就可以隨時(shí)監(jiān)控工程機(jī)械的工作狀態(tài)，并可提供故障機(jī)械的會(huì)診及故障排除(咨詢(xún))服務(wù)。國(guó)內(nèi)某企業(yè)開(kāi)發(fā)的基于GPS、GPRS(無(wú)線通信技術(shù))和GIS(地理信息技術(shù))的智能型工程機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，在該公司的正流量液壓挖掘機(jī)等產(chǎn)品上有了廣泛應(yīng)用，其性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際同期水平。

  4、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

  隨著機(jī)電液一體技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)等逐漸與之合力，工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷技術(shù)也正從單純的主觀分析向新的方向發(fā)展，主要有以下幾個(gè)方面。

  (1)虛擬化

  隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，與其相關(guān)的軟件技術(shù)和微電子技術(shù)也在不斷更新。虛擬儀器技術(shù)作為一種新型技術(shù)，已經(jīng)逐漸應(yīng)用到各種工程機(jī)械上。這種技術(shù)具有柔性和開(kāi)放性，開(kāi)發(fā)環(huán)境友善，用戶(hù)對(duì)軟件作適當(dāng)改變，即可實(shí)現(xiàn)一些新功能。

  (2)高精度化

  對(duì)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)而言，其信號(hào)往往是非線性的、突變的和瞬態(tài)的，為此傳統(tǒng)時(shí)域和頻域只適用于穩(wěn)態(tài)信號(hào)的分析，不能揭示其中的故障信息。這就要求一種能夠同時(shí)表現(xiàn)信號(hào)時(shí)域和頻域的方法。而計(jì)算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，恰能滿(mǎn)足了這種要求，大大提高了信號(hào)處理的分辨率。

  (3)狀態(tài)化

  將傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、紅外測(cè)溫技術(shù)和超聲波技術(shù)等引入工程機(jī)械液壓系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與診斷領(lǐng)域，能解決液體流經(jīng)管路時(shí)流速、壓力、噪聲等綜合載體信號(hào)產(chǎn)生時(shí)差流量信號(hào)和壓力信號(hào)的跟蹤問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免了對(duì)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的“解體體檢”的問(wèn)題，從而解決“維修不足”和“維修過(guò)度”的矛盾。

  (4)智能化

  知識(shí)工程、專(zhuān)家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)在工程機(jī)械液壓系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與診斷領(lǐng)域的應(yīng)用，可很好地解決因液壓系統(tǒng)故障隱蔽、多樣、成因復(fù)雜而導(dǎo)致故障診斷嚴(yán)重依賴(lài)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)問(wèn)題。

  (5)網(wǎng)絡(luò)化

  現(xiàn)代工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，這就需要設(shè)備專(zhuān)家能夠及時(shí)介入設(shè)備的故障檢測(cè)與診斷之中。工程機(jī)械流動(dòng)性較強(qiáng)，設(shè)備廠商往往不能及時(shí)派遣專(zhuān)家到現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題，因此建立基于互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)在線測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，將成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與診斷的必然選擇。