工程機械液壓故障監(jiān)測診斷技術(shù)未來將會是什么樣?

     1、液壓系統(tǒng)故障特征

??工程機械液壓系統(tǒng)主要包含液壓泵、變矩器、控制閥、液壓馬達和液壓缸(執(zhí)行機構(gòu))、變速器、動力換擋變速閥等機構(gòu)，其故障一般表現(xiàn)為行走和執(zhí)行機構(gòu)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(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。工程機械液壓系統(tǒng)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(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部，加之工程機械工作現(xiàn)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(tǒng)故障判斷復雜。工程機械液壓系統(tǒng)故障表現(xiàn)與故障點之間的關(guān)系較為復雜，一個故障現(xiàn)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(guān)因素的隨機性強。工程機械液壓系統(tǒng)在工作過程中，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、材料、加工及工作環(huán)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(jù)。

??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(tǒng)，其故障往往是各子系統(tǒng)的復雜耦合，這也使得液壓元件的故障監(jiān)測、診斷十分困難。

??2、故障監(jiān)測與診斷技術(shù)類別

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

??按照對象不同，工程機械液壓系統(tǒng)故障監(jiān)測與診斷技術(shù)主要有2種，一是對油液污染進行監(jiān)測與診斷，二是對液壓系統(tǒng)進行監(jiān)測與診斷。在工程機械液壓系統(tǒng)的工作過程中，往往有局部油液滲漏情況發(fā)生，造成工程機械液壓系統(tǒng)局部油液污染，影響系統(tǒng)的工作效率，甚至引發(fā)故障。通過對工程機械液壓系統(tǒng)油液污染監(jiān)測，可對故障進行診斷。

??工程機械液壓系統(tǒng)不同功能的實現(xiàn)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(xiàn)故障，勢必影響工程機械液壓系統(tǒng)的工作。而通過故障監(jiān)測與診斷技術(shù)對液壓裝置的監(jiān)測與診斷，可及時發(fā)現(xiàn)工程機械液壓系統(tǒng)存在的問題并及時處理，從而保證工程機械液壓系統(tǒng)運行的可靠性。

??一旦工程機械液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，現(xiàn)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(tǒng)零部件，通過工作系統(tǒng)的正常噪聲與故障噪聲的區(qū)別，以及油液味道、振動、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(xiàn)場缺少必要的工具和儀器時。二是通過操作與調(diào)整來進行診斷。在工程機械液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，可由有工作經(jīng)驗的工作人員通過設(shè)備的操作與調(diào)整，來對比設(shè)備與平時工作狀態(tài)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(tǒng)出現(xiàn)故障且又缺少測試儀器和技術(shù)人員時，可通過對2臺相同設(shè)備工作狀態(tài)的對比或?qū)σ伤乒收弦簤涸奶鎿Q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(shè)備、拆卸不便等因素而受到限制。

??3、故障監(jiān)測診斷技術(shù)現(xiàn)狀

??(1)國外現(xiàn)狀

??以歐美發(fā)達國為代表的眾多國外機構(gòu)對工程機械的信息化、智能化進行了大量的研究，并已經(jīng)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(tǒng)、GPS全球定位系統(tǒng)、GSM全球移動通信系統(tǒng)和METS采礦鏟土運輸系統(tǒng)。METS主要由CAES(計算機輔助鏟土運輸系統(tǒng))、VMS(關(guān)鍵信息管理系統(tǒng))和CAESoffice(CAES專有辦公系統(tǒng))3個部分組成，具有無線電通訊、設(shè)備檢測、故障預警與診斷、作業(yè)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(fā)的F系列和G系列的裝載機均安裝了CMS(計算機監(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系列裝載機搭載的電子計算機系統(tǒng)，可以同時監(jiān)控發(fā)動機燃油量、水溫、變速器溫度、液壓油溫度等，同時該系統(tǒng)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(tǒng)，可監(jiān)控并診斷裝載機的各項參數(shù)并可將數(shù)據(jù)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(jiān)控與診斷系統(tǒng)，提供了指導診斷系統(tǒng)和基于維修工具的軟件包。某工程機械安裝有VMS(關(guān)鍵信息管理系統(tǒng))，進一步強化了其監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)，并可通過LeTourneau(集成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng))

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(fā)動機、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系列裝載機也安裝了基于計算機技術(shù)的Matris軟件，用以監(jiān)控和分析裝載機的發(fā)動機、液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并提供人機交互和自動故障診斷與顯示。

??(2)國內(nèi)現(xiàn)狀

??相比較而言，我國工程機械故障檢測與診斷技術(shù)落后。進入21世紀以來，國內(nèi)的不少研究機構(gòu)加大了對工程機械電子監(jiān)控、故障監(jiān)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(lián)網(wǎng)的設(shè)備故障遠程診斷國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)問題;哈爾濱工業(yè)大學的邢松寅從發(fā)展背景、概念內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢等方面介紹了CSCW(計算機支持的協(xié)同工作)在工程機械故障監(jiān)測與診斷領(lǐng)域的應(yīng)用。

??為了提高工程機械的可靠性，國內(nèi)一線工程機械設(shè)計制造企業(yè)，開始嘗試研發(fā)工程機械電子監(jiān)控系統(tǒng)，用以監(jiān)測、記錄工程機械的運行狀態(tài)，并提供基于計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備初步故障監(jiān)測與診斷服務(wù)功能的故障診斷與遠程服務(wù)系統(tǒng)。安裝有這個系統(tǒng)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(wù)系統(tǒng)，生產(chǎn)廠家的專家就可以隨時監(jiān)控工程機械的工作狀態(tài)，并可提供故障機械的會診及故障排除(咨詢)服務(wù)。國內(nèi)某企業(yè)開發(fā)的基于GPS、GPRS(無線通信技術(shù))和GIS(地理信息技術(shù))的智能型工程機械遠程監(jiān)控平臺，在該公司的正流量液壓挖掘機等產(chǎn)品上有了廣泛應(yīng)用，其性能指標達到了國際同期水平。

??4、未來發(fā)展趨勢

??隨著機電液一體技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機及數(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，工程機械液壓系統(tǒng)的故障檢測與診斷技術(shù)也正從單純的主觀分析向新的方向發(fā)展，主要有以下幾個方面。

??(1)虛擬化

??隨著計算機技術(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)用到各種工程機械上。這種技術(shù)具有柔性和開放性，開發(fā)環(huán)境友善，用戶對軟件作適當改變，即可實現(xiàn)一些新功能。

??(2)高精度化

??對工程機械液壓系統(tǒng)而言，其信號往往是非線性的、突變的和瞬態(tài)的，為此傳統(tǒng)時域和頻域只適用于穩(wěn)態(tài)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(xiàn)信號時域和頻域的方法。而計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)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(tài)化

??將傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、紅外測溫技術(shù)和超聲波技術(shù)等引入工程機械液壓系統(tǒng)監(jiān)測與診斷領(lǐng)域，能解決液體流經(jīng)管路時流速、壓力、噪聲等綜合載體信號產(chǎn)生時差流量信號和壓力信號的跟蹤問題，實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的在線實時監(jiān)測，避免了對工程機械液壓系統(tǒng)的“解體體檢”的問題，從而解決“維修不足”和“維修過度”的矛盾。

??(4)智能化

??知識工程、專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)在工程機械液壓系統(tǒng)監(jiān)測與診斷領(lǐng)域的應(yīng)用，可很好地解決因液壓系統(tǒng)故障隱蔽、多樣、成因復雜而導致故障診斷嚴重依賴實踐經(jīng)驗問題。

??(5)網(wǎng)絡(luò)化

??現(xiàn)代工程機械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨復雜，這就需要設(shè)備專家能夠及時介入設(shè)備的故障檢測與診斷之中。工程機械流動性較強，設(shè)備廠商往往不能及時派遣專家到現(xiàn)場解決問題，因此建立基于互聯(lián)網(wǎng)的實時在線測與故障診斷系統(tǒng)，將成為工程機械液壓系統(tǒng)監(jiān)測與診斷的必然選擇。