工程机械液压故障在线监测与智能诊断
黄子涵
摘 要： 伴随资源开发规模的进一步扩大及大型基础工程建设项目的增多，我国工程机械行业也得到了极大的发展。但因工程机械产品具有较为复杂的系统结构，且工作环境恶劣，导致故障频发。同时，因现代机械设备逐步向大型化、连续化方向发展，要求不断提升设备的性能及复杂程度，进而增加了设备故障诊断的难度。液压系统作为工程机械的主要构成部分，当液压系统产生故障时，将严重影响机械设备正常运作，为此，本文在充分掌握工程机械液压系统故障原因的基础上，对其诊断技术的应用进行分析与探究。
关键词： 工程机械；液压系统；故障诊断
工程机械作业环境极为恶劣，基本都是露天作业，如常见的起重设备、装载设备等，为此，对工程机械液压系统的应用提出了更高的要求。第一，适应性、封闭性为工程机械液压系统的环境要求；第二，工程机械液压系统工作位置往往平整性不足，常处于倾斜、颠簸状态，此时应保证系统可靠性良好。能够更好应对多变载荷及多变速度；第三，液压系统应具备较高机动性，保证系统能够充分封闭，且能够做各种变动活动。
一、工程机械液压系统故障原因
工程机械液压系统主要构成部分为液压油箱、液压泵装置及液压控制装置。液压系统产生故障的根本原因在于设计、制造等方面不合理。或是正常运作条件下，因自然磨损、老化及变质等因素产生故障。为此，本文主要从以下几个方面对其故障原因进行了分析。
1、设计方面
于液压系统性能而言，设计问题极为关键，为先天属性。如油液污染将严重影响液压系统，导致故障发生。在液压系统内，油箱是油液污染的主要部位。最常见的故障原因为封闭性不佳，设计不当。如连接位置接管部位密封不严，油箱内极易渗入杂物。液压系统内油液被污染后，将加快磨损、锈蚀或堵塞液压元件的速度，最终出现故障。近年来，针对此问题以做出深入研究。如选用全封闭式油箱结构，因具有密闭性良好的油箱，可取消泵进口位置吸汕口部位过滤装置，全部同油向同一个总回汕管路进入，此时可将滤油装置安设到回油管口位置。其主要作用将系统中元件磨损的残余物过滤出去，保证油箱内油液不被污染。
2、使用方面
工程机械设备往往在较为恶劣的工作环境下操作，其执行机构的活塞杆往往处于室外环境内，大气内的污染物将对其造成一定损害。在活塞杆在长期伸缩运作中将逐渐被磨损，同时还会受到大气内腐蚀性气体的锈蚀，进而影响设备质量，导致液压系统无法正常运转。
二、工程机械液压系统故障监测与诊断方法
1、常规诊断方法
（1）故障知识获取。研究怎样提取出专家大脑内的知识信息，并进行总结是故障知识获取的主要任务，要求知识具有一致性。
（2）故障知识表示。通过一组框架构成分类框架知识表示，框架间层次结构形式的故障诊断树可对元件故障诊断知识逻辑流程图进行形象地描述。故障树的各个框架都能够对框架编号、类型、内容等进行全面表示。
（3）推理机制的实现。取得知识数量、质量等都是专家问题解决的主要内容，同时还应具备知识灵活运用的能力，也就是推理机制形式，如液压元件故障、回路故障推理等。
（4）测试、维护及评价。诊断系统选取输入及输出自然语言，具有良好人机界面，及较高系统透明度，便于修改、扩充知识库。
2、组合诊断方法
当前，应用最多的诊断方法为故障诊断法、神经网络优化等，但此类诊断法多适用于传统机械设备故障诊断，如大型发电机组等。而对于工程机械液压系统而言，其故障特点主要为多层次性、不确定性与复杂性，在液压回路故障知识表示及推理机制方面如何实现则难度较大，基于此，应根据实际情况，合理选用组合诊断法，以此对故障进行快速诊断。
（1）小波分析、模糊逻辑与ANN融合诊断方法
信号时频局部分析时往往选取小波分析，信号异常点可通过小波变换模极大值进行检测，并能够对其成分进行分析，由此可见，针对突发型故障小波分析的诊断效果良好。同时，伴随尺度的增加，随机噪声小波变换模极大值将呈现出快速减弱的趋势，而在尺度增加的基础上，与有效信号相应的小波变换模极大值则会呈现出增大的趋势，通过该应用理论，可实现信号随机去噪的目的。
（2）ES与ANN结合的诊断方法
在ES内纳入FT与模糊数学，进行故障率、故障易检率模糊概念的建立，并在此基礎进行FT的自动生成，通过启发式对过程故障诊断进行全面指导，以此保证诊断结果的准确性。液压系统故障诊断ES内，往往对各类定性模型使用进行研究。在故障诊断环节，为提高问题求解能力，相比推理机制，知识表示更为关键。一般故障诊断系统，都仅限于浅层知识，研究领域并不大。与其相比，基于模型的方法，在诊断中可运用深层知识，如利用设备结构、功能等，这对于系统故障诊断效果而言极为有利。也就是说仅基于规则的启发式系统在工程机械液压系统故障诊断中，因机制复杂程度较高，实现难度较大。为此，基于人工智能的AI启发式模型可用于局部诊断，且选取定性模型用于全局诊断，以此降低待查故障数，达到局部诊断效率提升的目的。
（3）铁谱分析技术与现代智能技术的结合
铁谱分析技术就是我们通常所说的油液分析技术，是利用分析润滑油内存有的金属磨粒，如气相色谱、红外谱等，取得机械润滑剂磨损的状态信息，并通过该信息对机械磨损情况、故障位置等进行判断。作为一项应用最广泛的油液分析技术，在机械不停机、不解体等情况即可使用铁谱分析技术，通过强度极高的梯度磁场，能够把机械摩擦出现的磨粒分离出润滑油，并根据其不同尺寸、顺序等定量分析磨粒，以此取得磨损各类信息。铁谱分析技术结合现代智能技术，故障诊断效果更佳。
三、结束语
综上所述，在社会经济高速发展的今天，我国工程机械行业也得到了极大的发展。作为工程机械设备的核心部件，液压系统运行的可靠性对设备的运转、质量影响巨大。因液压系统较为复杂，且故障具有随机性，因此，大大增加了液压故障诊断的难度。为此，本文在全面了解液压故障原因的基础上，采取了常规诊断法与结合诊断法进行分析，以此全面提升诊断效果，保证工程机械设备运转正常。
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