1液壓管路故障診斷技術(shù)

液壓故障診斷屬于機(jī)械設(shè)備故障診斷的范疇，許多機(jī)械故障診斷方法可以直接應(yīng)用于液壓系統(tǒng)的故障診斷。用于液壓系統(tǒng)故障診斷的方法可分為一般故障診斷、基于信號(hào)提取故障診斷和基于數(shù)學(xué)模型故障診斷3大類(lèi)，如下:

1)一般故障診斷。傳統(tǒng)的主觀診斷法，指的是維修人員憑借個(gè)人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)看、聽(tīng)、摸、聞、問(wèn)，或借助簡(jiǎn)單的儀器、儀表，判斷系統(tǒng)故障發(fā)生的部位和原因。主觀診斷法簡(jiǎn)單、方便并且快捷，但診斷結(jié)果常帶有主觀傾向性，難于滿足復(fù)雜的液壓系統(tǒng)的故障診斷的需求。

2)基于數(shù)學(xué)模型診斷。模型診斷方法是以現(xiàn)代控制理論和現(xiàn)代優(yōu)化方法為指導(dǎo)，以系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，利用觀測(cè)器(組)、Kalman濾波器和辨識(shí)等方法產(chǎn)生殘差，然后基于某種準(zhǔn)則或閾值對(duì)該殘差進(jìn)行評(píng)價(jià)和決策。目前該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)是系統(tǒng)故障診斷的魯棒性、故障可檢測(cè)性和可分離性，以及利用非線性理論進(jìn)行非線性系統(tǒng)的故障診斷。

3)基于信號(hào)提取故障診斷。基于油液顆粒污染度的檢測(cè)技術(shù)有自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器;鐵譜分析法;光譜法。自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器方法具有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確度高和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但可能將油液中懸浮的微小氣泡和水珠當(dāng)作固體顆粒進(jìn)行計(jì)數(shù)，精度較低;鐵譜分析可以得到定量的數(shù)據(jù)，也可以進(jìn)行定性分析;光譜分析的精度較高，但成本較高。基于油液性能參數(shù)的檢測(cè)技術(shù)。參數(shù)測(cè)量法通過(guò)測(cè)得系統(tǒng)回路中所需點(diǎn)處工作參數(shù)，將其與系統(tǒng)工作正常值比較，即可判斷出參數(shù)是否正常、是否有故障及故障所在部位，適于在線監(jiān)測(cè)、定量預(yù)報(bào)和診斷潛在故障。

2基于靜電傳感器液壓管路故障監(jiān)測(cè)

環(huán)狀靜電傳感器如圖1，由PVC管、金屬屏蔽罩和銅電極環(huán)組成。靜電傳感器利用油與其它物質(zhì)(管壁)摩擦而產(chǎn)生靜電，使金屬電極上產(chǎn)生電荷。金屬電極的電勢(shì)等于管路中油(在電極附近)所帶電荷在金屬電極上產(chǎn)生的電勢(shì)。由于油的流動(dòng)，導(dǎo)致電場(chǎng)波動(dòng)，即產(chǎn)生了交變信號(hào)。在保證有效測(cè)量靜電信號(hào)的前提下，盡量選用較窄的電極寬度b，以獲得更寬的靜電信號(hào)帶寬，進(jìn)而減小相關(guān)測(cè)速誤差。互相關(guān)原理：式中:τ為2路信號(hào)的時(shí)延;L為2個(gè)傳感器間的距離;T為樣本記錄長(zhǎng)度;x(t)和y(t+τ)為2個(gè)傳感器測(cè)量得到的信號(hào);Vm為相關(guān)測(cè)量速度。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2，由漏斗、油路、環(huán)狀靜電傳感器(2組)、濾波放大電路、單片機(jī)采集處理電路、人機(jī)接口(鍵盤(pán)顯示模塊)和PC機(jī)等部分組成。合理選擇上、下游傳感器間距離L得到延遲時(shí)間τ，垂直方向的2路靜電傳感器測(cè)量電壓信號(hào)圖形如。可以得到2路信號(hào)有很好的相似性。本次實(shí)驗(yàn)是讓油連續(xù)流入油管中，以獲得不同的初始速度值，垂直方向上靜電傳感器的高度可調(diào)整，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基于互相關(guān)法靜電傳感器測(cè)速法的準(zhǔn)確性。自由下落的油速的理論值由v=2槡gh計(jì)算得到，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別取油下落點(diǎn)到傳感器的距離為h=0．25、0．125、0．05m3個(gè)高度，利用互相關(guān)法來(lái)測(cè)量油速。這3個(gè)高度對(duì)應(yīng)的理論速度分別為v=2．21、1．57、0．99m/s，實(shí)際測(cè)量結(jié)果。取v=1．57m/s(h=0．125m)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。在h=0．125m處進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，最終給出互相關(guān)速度重復(fù)性誤差，可以說(shuō)明互相關(guān)法測(cè)量油速有較好的重復(fù)性，其重復(fù)性誤差δ可以達(dá)到±1%以?xún)?nèi)。測(cè)量得到液壓系統(tǒng)實(shí)際速度值，與系統(tǒng)正常工作速度值進(jìn)行比較，即可判斷煤礦機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，即可監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)的工作狀況，又可以保障煤礦機(jī)械液壓系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

3結(jié)語(yǔ)

采用互相關(guān)原理結(jié)合靜電傳感器診斷液壓設(shè)備故障。由互相關(guān)原理檢測(cè)油管中油速，完成對(duì)液壓設(shè)備管路進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)，并對(duì)液壓設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)及報(bào)告。結(jié)合自建實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到被測(cè)油速的重復(fù)性誤差小于±1%。

作者：闞哲 孟國(guó)營(yíng) 張雷雷 李碩 單位：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)( 北京) 機(jī)電與信息工程學(xué)院 遼寧石油化工大學(xué) 撫順石化工程建設(shè)有限公司