壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)故障診斷方法探索

周暉

摘 要 隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，為了促進(jìn)城市的環(huán)保事業(yè)，垃圾車的數(shù)量越來越多，所以發(fā)生故障的可能性也更多，壓縮式垃圾車是典型的液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，一旦發(fā)生故障，傳統(tǒng)的故障診斷方法難以滿足現(xiàn)場的檢修要求。對壓縮式垃圾車的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際情況，建議使用在向量機(jī)基礎(chǔ)上的垃圾車液壓系統(tǒng)故障診斷方法。AMEsim是一款功能強(qiáng)大的仿真軟件，利用該軟件，可以對垃圾車的液壓系統(tǒng)未知故障樣本進(jìn)行測試。

關(guān)鍵詞 壓縮式垃圾車 液壓系統(tǒng) 故障診斷 探索

中圖分類號：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.07.026

Abstract With the accelerating process of urbanization in our country， in order to promote the city's environmental protection cause， the increasing number of garbage truck， so the occurrence of the possibility of failure more， compression type garbage truck is driving the typical hydraulic system of equipment， once fault occurs， the traditional fault diagnosis method can not meet the requirements of on-site maintenance. The hydraulic system of the compression type garbage truck is analyzed. According to the actual situation， the fault diagnosis method of the hydraulic system of the garbage truck based on the vector machine is proposed. AMEsim is a powerful simulation software， the software can be used to test the unknown fault samples of the hydraulic system of garbage trucks.

Key words compression type garbage truck； Hydraulic System； fault diagnosis； exploration

液壓系統(tǒng)是很多典型設(shè)備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對于壓縮式垃圾車來說，更是核心的組成部分，液壓系統(tǒng)能夠正常工作，液壓系統(tǒng)發(fā)生故障能夠快速、準(zhǔn)確地診斷出來，對于垃圾車的正常使用有著重大的影響。縱觀各類液壓系統(tǒng)的故障診斷方法，主要有：基于規(guī)則的專家系統(tǒng)故障診斷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷、模糊診斷系以及其它一些基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法上。這幾種液壓系統(tǒng)故障診斷方法各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，每種故障診斷方法都存在著一定的缺陷，有沒有一種方法能夠?qū)σ簤合到y(tǒng)故障診斷有更好的效果呢？國外科學(xué)家根據(jù)對數(shù)學(xué)相關(guān)理論的研究，提出了支持向量機(jī)法，而且這種方法已經(jīng)在一些設(shè)備診斷中得到了應(yīng)用，并取得一定成果，但是也必須要認(rèn)識到，目前這種方式研究相對比較少，所以，應(yīng)該進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，就要對系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真。AMEsim是一款功能強(qiáng)的建模仿真軟件，文章將利用它來展開工作。根據(jù)實(shí)際情況，文章把SVM 方法引入到研所是垃圾車液壓系統(tǒng)故障診斷中，并且通過優(yōu)化網(wǎng)格，對液壓系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1 壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)的簡要分析

圖1是某型號的壓縮式垃圾車的簡單模型，從圖1我們可以看出，該垃圾車的主要組成部分有：底盤、箱體、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及填充器，這款車采用了后裝壓縮和雙向壓縮技術(shù)，這就能夠很好的實(shí)現(xiàn)對垃圾的收集和轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)，還具有可處理垃圾容量大、設(shè)備整體安全系統(tǒng)高等特點(diǎn)。

通過對設(shè)備的分析，我們根據(jù)其動(dòng)作的規(guī)律將其液壓系統(tǒng)分為翻桶系統(tǒng)、舉升系統(tǒng)、推鏟系統(tǒng)、滑板系統(tǒng)、刮板系統(tǒng)。同時(shí)，該液壓系統(tǒng)中沒有反饋環(huán)節(jié)，是典型的開環(huán)式控制方法，該液壓系統(tǒng)的動(dòng)力裝置是一臺(tái)雙聯(lián)齒輪泵，齒輪的旋轉(zhuǎn)以后，帶動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，然后把運(yùn)動(dòng)傳輸給動(dòng)力裝置，通過電控系統(tǒng)來完成對其液壓系統(tǒng)等定位、速度等控制液壓系統(tǒng)中應(yīng)用了集成油塊，通過這些油塊，從液壓系統(tǒng)中進(jìn)來的壓力油合理地分配給了分支液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常工作。雙聯(lián)齒輪泵提供的高壓油進(jìn)入集成閥塊，高壓油被分配給相應(yīng)的油路，使各機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的作業(yè)動(dòng)作。

2 故障診斷方法研究

根據(jù)垃圾車的液壓原理我們可以知道，該液壓系統(tǒng)存在著多個(gè)變量，同時(shí)，由于系統(tǒng)中存在著發(fā)熱、泄露等現(xiàn)象，各主要部件之間的重要參數(shù)，例如壓力、流量等，并不是線性的關(guān)系，難易直觀地找到規(guī)律，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，參數(shù)也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，要想找出故障的發(fā)生規(guī)律，就必須要對系統(tǒng)這些原本就非線性關(guān)系的參數(shù)進(jìn)行分析，要想實(shí)現(xiàn)對這些非線性變量的恰當(dāng)分析，就必須通過一種合適的方法，這里就提出了支持向量機(jī)的方法。通過這種方式，能夠很好地發(fā)現(xiàn)這些非線性參數(shù)之間存在的聯(lián)系，從而為排除液壓系統(tǒng)故障和以后的液壓系統(tǒng)故障診斷提供幫助，非常具有實(shí)際意義。

數(shù)據(jù)的獲取以及預(yù)處理。要想比較準(zhǔn)確地分析垃圾車的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，應(yīng)該選擇系統(tǒng)中有典型意義的部位的參數(shù)，例如該部分的流量、壓力等。我們可以先進(jìn)行一個(gè)假設(shè)，該系統(tǒng)中一共可能發(fā)生的故障有S種，每種故障的代號為u（u的范圍是從1到s），這就可以對預(yù)設(shè)的S種故障情況下，壓力、流量等相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得到S中故障特征向量（—），為了使公式后期的運(yùn)算速度更快，應(yīng)該進(jìn)行收斂速度分析，從而得到 = ，式中，是原始的數(shù)據(jù)，和分別代表了最大值和最小值。

我們知道，針對壓縮式液壓車的液壓系統(tǒng)來說，其主要部位的壓力、流量參數(shù)非線性程度比較大，這就使我們很難準(zhǔn)確地進(jìn)行建模，這就為故障的自動(dòng)診斷帶來了困擾，但是，在支持向量機(jī)中引入高斯核函數(shù)，就可以極大地提高診斷效率。

對上面的式子進(jìn)行聯(lián)合求解，可以得到

%＼和C的最優(yōu)參數(shù)。要想確定這個(gè)參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，建議使用網(wǎng)格法，這種方法就是將要處理的事情，劃分成有規(guī)律的網(wǎng)格，然后通過合理的算法，找到最優(yōu)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這種算法適應(yīng)能力強(qiáng)，通過他們確定＼和C的最優(yōu)參數(shù)。

整理好分析所需要的數(shù)據(jù)以后，將數(shù)據(jù)代入液壓系統(tǒng)，就可以得到診斷的結(jié)果。

3 仿真部分

AMEsim軟件具有強(qiáng)大的液壓部件庫，通過液壓部件庫，能夠很方便地對常見的液壓系統(tǒng)進(jìn)行搭建，在搭建壓縮式垃圾車的液壓系統(tǒng)時(shí)，為了保證系統(tǒng)的仿真精度，其參數(shù)應(yīng)該選用前面設(shè)計(jì)好的參數(shù)，另外的參數(shù)不要修改，以軟件默認(rèn)的為主。

通過前面對壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)的分析，我們知道該液壓系統(tǒng)的主要組成部分，從實(shí)際的應(yīng)用來看，進(jìn)行垃圾處理的時(shí)候，翻桶回路應(yīng)用得最多，因此，可以把它作為仿真研究的重點(diǎn)，其余的都采用類似的方法得到仿真結(jié)果。

應(yīng)用AMEsim來進(jìn)行系統(tǒng)故障的模擬，顯然，翻桶支路的故障發(fā)生必然會(huì)有相關(guān)關(guān)參數(shù)的變化，所以，我們可以根據(jù)故障發(fā)生時(shí)候的參數(shù)，來用軟件對故障進(jìn)行再現(xiàn)模擬。

我們可以設(shè)置10種常見的垃圾車液壓系統(tǒng)故障，采用液壓泵的效率來體現(xiàn)，同時(shí)設(shè)置液壓泵泄露系數(shù)等。其余回路的故障仿真，參考翻桶回路來進(jìn)行，并且將參數(shù)保留好，以便下一步分析。

診斷分析。MATLAB軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，通過MATLAB軟件，能夠快速發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過前面的仿真，我們得到了故障樣本庫，從樣本庫隨機(jī)籌集200個(gè)樣本當(dāng)做訓(xùn)練集、130個(gè)樣本作為測試集，使用MATLAB編寫程序，應(yīng)用網(wǎng)格尋優(yōu)法，可以得到最優(yōu)交叉驗(yàn)證準(zhǔn)確率，然后建立基于SVM混淆矩陣：

通過混淆矩陣我們可以看到，利用SVM方法以后，其故障診斷的精度達(dá)到了98%以上，然后將這個(gè)結(jié)果和其他的故障診斷方法進(jìn)行比較（見表1）。

通過對比我們可以很直觀地發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用SVM優(yōu)化以后，其診斷的成功率提高了很多，并且測試時(shí)間也相對比較短，這就說明了SVM方法能夠有效用于壓縮式垃圾車的故障診斷中。

仿真的結(jié)果必須要進(jìn)行驗(yàn)證，為了證明上面結(jié)論的可行性，我們利用訓(xùn)練集建立起的SVM分類模型對200個(gè)訓(xùn)練集樣本進(jìn)行預(yù)測還原，得到了SVM方法的預(yù)測還原接近100%，因?yàn)橛?xùn)練集本身就是隨機(jī)抽取的，這就證明了仿真結(jié)果的可行性。

4 結(jié)論

液壓系統(tǒng)在很多車輛中得到了廣泛的應(yīng)用，使用頻率較高的液壓系統(tǒng)，難免會(huì)發(fā)生各種各樣的故障，但是，很多故障都是有前兆的，通過相關(guān)的專業(yè)知識，能夠有效提高液壓系統(tǒng)的故障診斷結(jié)果正確度。通過對壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)故障診斷的分析，我們得到了以下的結(jié)論：相對而言，支持向量機(jī)的垃圾車液壓系統(tǒng)故障診斷思路具有明顯的可行性，能夠提高診斷的效率和提升診斷的成功率；合理的核函數(shù)和懲罰因子C對于液壓系統(tǒng)故障診斷精度的提高有著關(guān)鍵性的作用；通過實(shí)際的AMEsim建模分析以后，可以看到，應(yīng)用支持向量機(jī)的方法確實(shí)有著明顯的可行性，對于指導(dǎo)實(shí)踐工作有著重要的意義。希望本文能夠?qū)ο嚓P(guān)的工作人員產(chǎn)生一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱洪鵬.垂直式垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[D].大連交通大學(xué)，2014.