液壓泵故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

陶然

【摘要】：隨著液壓系統(tǒng)的各類機(jī)械中的大規(guī)模應(yīng)用，基于穩(wěn)定性的考慮，整個(gè)系統(tǒng)對液壓泵故障排除能力也有迅速、精準(zhǔn)、不解體的硬性指標(biāo)要求。液壓泵是整個(gè)液壓系統(tǒng)中的核心動(dòng)力系統(tǒng)。一旦失效，受到影響的是整個(gè)液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。探究液壓泵故障診斷技術(shù)的發(fā)展歷史，可以發(fā)現(xiàn)液壓泵的智能診斷技術(shù)是當(dāng)今液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向，但是只有多種新技術(shù)的綜合應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)智能化的故障診斷技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】：液壓泵 故障 智能診斷 發(fā)展

一、緒論

由于液壓系統(tǒng)的體積越來越小，功率密度更高，系統(tǒng)壓力越來越大以及變壓技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)在我國機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，特別是在一些特殊機(jī)械制造方面，如：武器裝備、大型工程作業(yè)機(jī)械等。但是液化系統(tǒng)的安全問題已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)中日益突出的問題，提高液壓系統(tǒng)的安全性及可靠性一直是主要的研究方向。整個(gè)液壓系統(tǒng)工作的動(dòng)力元件液壓泵被譽(yù)為液壓系統(tǒng)的核心，其運(yùn)行的性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

液化泵作為整個(gè)液壓系統(tǒng)中穩(wěn)定性最難保證的部件，不僅運(yùn)行負(fù)載是最大的，而且運(yùn)行時(shí)長最長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，液壓泵出現(xiàn)故障在所有的機(jī)械工程故障中，占有接近三分之一的比例，所以在液壓系統(tǒng)故障的診斷設(shè)計(jì)中，故障診斷是最重要的部分。液壓系統(tǒng)的液化泵發(fā)生了故障，會容易導(dǎo)致整個(gè)液壓系統(tǒng)的故障，造成不可預(yù)知的損失。例如，應(yīng)用在汽車上面的液壓系統(tǒng)，會對汽車的形式狀態(tài)進(jìn)行操作，如果汽車中的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，油壓不足，行駛中的汽車可能會失去控制，這對于交通安全是一個(gè)嚴(yán)重的隱患。

由于液壓泵處在封閉的油路中，在液壓油的壓縮性和伺服系統(tǒng)的流固耦和效果下，給液壓泵的診斷帶來了非常大的難度。一般的情況下液壓泵的故障信息不是很明顯，而且出現(xiàn)的信息難以提取。所以，為提前預(yù)知液壓泵的故障，在液化系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中，診斷技術(shù)的研究和發(fā)展絕對是必不可少的課題。

二、液壓泵故障診斷技術(shù)

（一）主要故障分析

液壓泵在液壓系統(tǒng)中的作用是將電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能。液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源，可以為液壓系統(tǒng)提供特定的流量和壓力液壓油。在液壓系統(tǒng)中，液壓泵分為葉片泵、齒輪泵和柱塞泵。

葉片泵問題。一旦定子表面磨損、拉毛或出現(xiàn)泵和電機(jī)不同的軸和空氣進(jìn)入系統(tǒng)，就會產(chǎn)生壓力波動(dòng)、噪聲和振動(dòng)。如果定子的內(nèi)部磨損嚴(yán)重，密封不緊或油的粘度過低或過高，液壓泵的壓力就不能增加，容積效率也很低。在液化泵內(nèi)的定子表面和葉片不合適，內(nèi)部空氣的進(jìn)入將導(dǎo)致同樣的情況。液壓泵的液壓油冷卻，內(nèi)部摩擦增加，軸承和電機(jī)的不對準(zhǔn)，會導(dǎo)致液壓泵高油溫和異常加熱等問題。在液壓泵中存在異物，裝配不良或破損和運(yùn)動(dòng)部件磨損都會導(dǎo)致液壓泵的疲勞和嚴(yán)重磨損。

齒輪泵中有空氣進(jìn)入、出現(xiàn)困油、流動(dòng)脈動(dòng)或加工有精度誤差，都會使齒輪泵運(yùn)行中出現(xiàn)壓力波動(dòng)，噪音，和振動(dòng)。低油粘度的齒輪泵，堵塞的油管線或齒輪油泵的間隙增加都會導(dǎo)致小流量的輸出。齒輪泵的油液散熱差、生產(chǎn)組裝精度差、摩擦增加或不適當(dāng)粘度油液的使用都會導(dǎo)致泵體發(fā)熱。如果由于外接材料所造成的軸承磨損和傳動(dòng)扭矩過大，會導(dǎo)致泵軸磨損。

在柱塞泵中，球頭和鞋的松動(dòng)配合，進(jìn)入系統(tǒng)的空氣，變量機(jī)構(gòu)的失效會導(dǎo)致柱塞泵承受較大的壓力波動(dòng)、振動(dòng)和噪聲。如果柱塞泵內(nèi)部泄漏增加，則油箱內(nèi)的熱耗散和變量機(jī)構(gòu)的失效。兩者都將導(dǎo)致液壓泵的油溫升高和泵體發(fā)熱。如果柱塞泵內(nèi)的油含有雜質(zhì)，如變形、嚴(yán)重的滯留油、安裝和加工精度誤差，將會燒毀或磨損閥板和氣缸。活塞泵的油含有雜質(zhì)、零件加工誤差和小孔堵塞，可導(dǎo)致鞋和斜板接觸面溫度急劇升高而損壞。

（二）常用診斷方法

現(xiàn)有的液壓泵檢測和診斷方法主要分為三類：基于經(jīng)驗(yàn)的主觀故障診斷方法、基于信號和模型處理技術(shù)的診斷方法和人工智能診斷。主觀診斷需要診斷人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識，基于維修人員的感官、思考、系統(tǒng)的簡單參數(shù)和故障診斷的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。包括方框圖法、魚刺圖法和參數(shù)測量比較是主要的方法。

目前，信號處理技術(shù)、人工智能理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能診斷和基于信號處理和模型的診斷方法的快速發(fā)展已經(jīng)成為診斷方法的主流。其診斷一般都需要經(jīng)過檢測方法和特征信號的選取、傳感器布設(shè)、信號的傳輸及采集、信號處理和故障診斷策略這五大方面。液壓泵在發(fā)生故障的時(shí)候，震動(dòng)信號具有是變性、非線性以及微弱性等等的特點(diǎn)。所以，在液化泵發(fā)生故障時(shí)，很容易使故障信號被噪聲信號淹沒。

三、故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢

目前人工智能、智能計(jì)算、信息處理、計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，各種傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)的智能化，使得各種相關(guān)科學(xué)的融合，高精度化、網(wǎng)絡(luò)化、復(fù)合化還有不解體化成為了液壓泵故障診斷技術(shù)的主要發(fā)展方向。

（一）提高診斷精度

液壓泵作為整個(gè)液壓系統(tǒng)的核心部分，處于惡劣的工作環(huán)境中。當(dāng)獲得傳感器信號時(shí)，通常會有很大的背景噪聲，而故障信息很容易被噪聲淹沒。因此，在信號處理中需要有效的降噪措施。

基于數(shù)據(jù)建模和微電子技術(shù)的發(fā)展，聲音傳感器等部件收集的信息可以通過微型處理器進(jìn)行一定的降噪處理，有效去除背景噪聲，提高診斷信息的精確度。而且基于數(shù)據(jù)庫對比自動(dòng)給出相應(yīng)的診斷報(bào)告。

（二）網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)故障診斷

網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)是將液壓系統(tǒng)診斷傳感器收集的信息通過公司的專用網(wǎng)絡(luò)或無線通信網(wǎng)絡(luò)將液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的監(jiān)控中心，運(yùn)用監(jiān)控中心的設(shè)備實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和技術(shù)支持服務(wù)。但是由于數(shù)據(jù)傳輸量有限，網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)只能實(shí)時(shí)診斷小數(shù)據(jù)故障，這將不可避免地影響診斷的準(zhǔn)確性。而云計(jì)算技術(shù)與高速網(wǎng)絡(luò)化故障診斷技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了多特征信號的實(shí)時(shí)采集、傳輸、融合和診斷，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的故障定位和實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測。這將成為今后液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的主流。

（三）多種診斷技術(shù)的融合

目前實(shí)行發(fā)的故障診斷方法都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，通過整合不同的故障診斷技術(shù)，進(jìn)一步提高診斷系統(tǒng)的性能，是液壓診斷技術(shù)發(fā)展的發(fā)展方向。診斷技術(shù)的組合方法可以是兩種智能故障診斷方法的結(jié)合，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)的結(jié)合，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊方法的結(jié)合，專家系統(tǒng)與模糊方法的結(jié)合。當(dāng)然，也可以是復(fù)數(shù)診斷技術(shù)的融合，而最好的組合方法可以通過中間權(quán)重選擇來進(jìn)行故障診斷。不能局限于上述組合，也可以是灰色理論、混沌理論、模擬進(jìn)化、人工免疫、集群智能等方法引入故障診斷。這也是未來研究的熱點(diǎn)之一。

（4）不解體化診斷技術(shù)

如今故障診斷技術(shù)的發(fā)展主要方向是降低損耗、減少設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，而不解體化診斷技術(shù)具有診斷迅速、故障檢測無需拆解設(shè)備等特點(diǎn)。目前在復(fù)雜的液壓系統(tǒng)中正廣泛應(yīng)用的不解體檢測技術(shù)主要是分為預(yù)埋式和非介入式二種。非介入式的診斷方式能夠通過在外部傳感信息收集設(shè)備檢測液壓泵的運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)，達(dá)到檢測中避免拆解液壓設(shè)備的目的。而預(yù)埋式檢測是通過設(shè)備制造中預(yù)先將傳感器置入液壓系統(tǒng)內(nèi)部，從而在運(yùn)行中實(shí)時(shí)收集系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息。這樣的故障檢測方法不僅提高了工作效率，降低了成本。而且能夠?yàn)榫€的診斷和檢測提供實(shí)時(shí)的故障信息收集，從而有效的避免了液壓泵的拆卸，減少設(shè)備檢測停機(jī)時(shí)間。

四、結(jié)語

隨著液壓傳統(tǒng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，液壓泵作為液壓系統(tǒng)的核心動(dòng)力，液壓泵故障診斷技術(shù)已朝著簡潔和自動(dòng)化方向發(fā)展，以提高整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定。液壓泵的診斷難點(diǎn)主要在于故障的多樣性，復(fù)雜性和隱蔽性。隨著液壓系統(tǒng)集成度和系統(tǒng)復(fù)雜度的增加，對于液壓系統(tǒng)診斷技術(shù)的要求也在不斷提高，診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，高精度化及智能化故障檢測是未來液壓泵檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

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