冯宝珠
中车齐齐哈尔车辆有限公司起重机分公司 黑龙江省齐齐哈尔市 161002
摘要：近些年，随着国内社会经济的发展，科学技术及信息化也获得了迅猛的发展，且在社会建设中发挥了突出的作用。以工程机械为例，为了便于操作和维护管理，现代工程机械在设计制造中，以信息技术为基础，融合互联网技术、人工智能技术、云计算技术等，进行了不断的升级和创新。工程机械的这种转变，是机械设备在系统运作时的主观性不断提升，为综合管理和故障诊断奠定了基础。现有的工程机械系统大部分采用了液压传统系统。液压传统系统相对于传统的机械传统系统，其功率密度更高、结构小巧、配置灵活、组装方便，运行更加可靠，同时系统的复杂性和精密程度也越高。根据液压系统高精密性、高复杂性的特征，研究液压系统的智能故障诊断技术对优化液压系统运行生产的效率、稳定性及延长使用寿命有着重要的意义。
关键词：机械工程；液压系统；智能故障；诊断
一、概念界定
（一）机械液压系统
1．液压系统的构成
一般的机械液压系统有能源装置、执行装置、调节控制装置、辅助装置、工作介质等几部分构成。机械液压系统是通过运动着的液体为工作介质，借助能量转换装置将原动机的机械能转换为液体压力能。液体压力能通过封闭管道、调节控制元件和另一能量装置将液体压力再转化为机械能。它的运行包含液压传动和液压控制两部分。二者构成一个系统整体，在系统运行中紧密联系。
2．液压系统特点
液压系统在实际应用过程中具有换向频繁及往复运动的特点。由于不同领域采取液压传统系统的出发点不同，因而在不同工程机械中的液压系统的设计也存在差异。下表1为工程机械中常用的控制系统及元件对比表。
（二）智能故障诊断技术
智能故障诊断技术是一种基于机械系统运行防护的设备管理方式。机械液压系统中常用到的智能故障诊断技术有状态预测与信息处理、识别分析、数据采集、数字建模等技术。通过应用智能分析技术，保证机械液压系统在运行生产过程中设备的各项参数能够保持最佳状态。
二、液压系统装置检测与故障诊断的常用方法
（一）动态信号在线检测与故障诊断
动态信号在线检测是机械液压系统最常用的智能故障诊断技术之一。通过液压系统液压元件及一些重要的元件各个部位安装的智能传感器对液压元件噪声、振动、运动速度、温度、流量、压力等进行在线信号监测。监测到的信号通过互联网传输给综合管理中心。管理中心实时获取系统元件运行的各项参数，通过对信号的信息及处理来识别和诊断液压系统运行的故障。智能传感器的主要目的是获取信号、滤波等，综合系统则通过A/D转换及条例来调整和处理故障。动态信号在线监测的优势在于能有效地确保液压系统故障诊断的真实性、精准性，为故障识别和处理提供可靠决策依据。
（二）工作状态在线识别与故障诊断
1．模糊诊断
机械液压系统的运行处于一个不确定的状态下，因此其动态信号也存在不确定性和模糊性。要实现对同一机械液压系统同一元件不同工况下运行状态的精准识别，就需要借助模糊分类和模糊推理，在模糊逻辑和模糊诊断的基础上来描述系统非线性特征的故障问题。如液压元件磨损状态、压力高低、偏心问题、振动强弱问题等。
2．专家系统诊断
专家系统是一种基于人类专家符号推理的逻辑来识别和处理系统元件故障的方式。根据机械液压系统中的液压元件存的基本性能存在一定的共性的特征，可以对液压系统进行专家推理和解释。为系统设定IF<条件A>、THEN<动作B>，根据系统数据库中载入的专家知识，来解释液压系统元件不同伺服阀结构的故障，从而实现对相似故障更加精准化的识别和诊断。
3．神经网络系统诊断
神经网络系统是基于人的大脑神经元结构建立的一种非线性动力学结构。它有简单的非线性单元关联而成，可适用于处理复杂的、大规模的、较差的信号类型。在管理系统中输入被诊断对象的特征值，系统就会自动输出可能发生的故障。由于神经网络系统不具备驾驶功能，在液压系统故障诊断中可以与专家系统相结合，来提高对复杂故障、交叉故障原因表达的精准性。
三、现代智能故障诊断技术在机械液压系统中的综合应用
（一）在油液颗粒污染检测中的应用
油液颗粒污染常用实验室取样分析技术、便携式检测仪检测技术、在线快速检测技术等进行检测。其检测依据是根据数据库中已建立的专家知识，结合检测元件的状态参数分析油液污染程度。其中实验室取样分析技术最常用的方法为称重法、铁谱分析法、显微镜法。
1．实验室取样分析技术
（1）称重法。称重法用于检测液压系统油液污染物的总量。
（2）铁谱分析法。铁谱分析法是指借助铁谱仪、旋转式铁谱仪等铁磁性污染物专用分析仪器，对铁磁性污磨粒污染物进行测定的方法。
（3）显微镜法。显微镜法治借助光学显微镜分析和测定油液中分布的颗粒及尺寸大小，并在此基础上实现对油液污染浓度的测定。
2．便携式检测仪检测技术
便携式检测仪检测技术指借助专用的颗粒技术分析仪对油液颗粒进行现场测定的方式。机械液压系统的油液受到污染后，其透光性就会发生变化。利用污染油液颗粒浓度增高后的透光变差、遮光变强及散射等原理，分析液压油是否发生污染，并据此来分析液压系统的故障。
（二）在油液理化性质检测中的应用
机械液压系统不同类型液压元件的相对运动部分采用的金属材料和非金属材料不同。材料的金属元素变化表示相同液压元件发生了磨损，非金属元素含量的变化表示液压系统磨损情况和密封状态的变化。对于油液而言，金属材料与非金属材料元素含量的变化，还代表液压油段监督、黏度等理化指标的变化。为机械液压系统根据专家经验建立专家推理机制，使其与液压系统液压元件状态参数数据库相关联。利用专家推理机制，系统就可以根据液压元件状态参数的变化来分析和判定油液是否发生磨损、系统温度过高等故障。当专家系统自动诊断到金属元素含量增加，可以判定为液压元件发生磨损。其油液中金属元素含量浓度越高，表明液压元件磨损程度越深。当专家系统自动诊断到油液黏度的变化，表明油液可能存在水分侵入，或油液系统温度过高的问题。诊断出油液异常，可以为机械液压系统故障的精准诊断提供更加全面的、可靠的识别依据。
四、结语
机械液压系统液压元件类型及规格较多，这也决定了机械液压系统的运行中往往故障类型较多。随着工程机械信息化程度的加深，机械液压系统的故障识别和分析中的信息类型也越来越多。为了更加精准地分析和处理数据，采用现代化的智能故障诊断技术就可以实现对工程机械运行状态的在线监测和系统装置的信息检测。在状态预测与信息处理、识别分析、数据采集、数字建模等技术支持下，将所有监测及检测的信息的数据模型转换为参数模型。管理人员通过分析参数模型就可以快速地对机械液压系统的故障进行分析和识别，高效精准的锁定故障，并利用信息综合处理的报告来处理和解决系统故障，确保机械液压系统在运行期间始终能够保持最佳的运行状态。
参考文献
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