工程機械狀態(tài)檢測與故障診斷研究

方雪峰

(貴陽電氣控制設(shè)備有限公司)

1 狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

(1)傳感技術(shù)研究。傳感技術(shù)是狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷領(lǐng)域中的一項先進技術(shù)。它能夠準(zhǔn)確傳達(dá)儀器設(shè)備參數(shù)的設(shè)計，因此，國內(nèi)在這一技術(shù)上的研究力度也較大，并且也具備了一定的研究成果。例如，越來越多的傳感器出現(xiàn)在市場上，一些先進的傳感技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，如光導(dǎo)纖維等。

(2)人工智能和專家系統(tǒng)的研究。此項技術(shù)如今已經(jīng)成為了機械故障診斷的最主要技術(shù)，借助于故障診斷系統(tǒng)，大大簡化了工作量，但此技術(shù)的預(yù)期效果仍然有待加強。

(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。由于此項技術(shù)的大力推廣并且得到了廣泛的應(yīng)用，促使機械診斷的效率大大提高，同時也取得了相應(yīng)的成績。

(4)診斷系統(tǒng)的研究與開發(fā)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化為診斷帶來了越來越高的難度，對實時性要求越來越高，單機巡檢與診斷技術(shù)也相應(yīng)地不斷發(fā)展，從主要結(jié)構(gòu)到分布式結(jié)構(gòu)，診斷系統(tǒng)的開發(fā)與研究處于不斷深入當(dāng)中。

2 工程機械的幾種常規(guī)監(jiān)測診斷技術(shù)與方法

2.1 振動監(jiān)測診斷技術(shù)

(1)首先，針對診斷對象，對其進行機理分析。對機械的運行狀態(tài);構(gòu)件連接狀態(tài)等進行分析，通過上述分析掌握機械故障時的振動特征，對可能發(fā)生的故障進行診斷、排除。

(2)對可能的異常振動部位進行監(jiān)測。通過在特定部位設(shè)置監(jiān)測點，并對檢測點反饋的參數(shù)進行分析，通過分析判斷出機械是否處于正常運行之中。此外，還可以通過連續(xù)的檢測，對故障的發(fā)展趨勢進行科學(xué)的掌握。

(3)故障診斷。通過監(jiān)測點得到的參數(shù)，對工程機械的故障部位、故障程度進行分析，深入分析后作出判斷。然后對癥下藥，針對分析結(jié)果選擇修復(fù)技術(shù)。該步驟包括振動波形識別、診斷專家系統(tǒng)等。

依據(jù)上述步驟對工程機械進行監(jiān)測診斷，即可以得出科學(xué)的診斷結(jié)果，為采取措施提供重要的依據(jù)。

2.2 油樣分析

油樣分析也是工程機械檢測與故障診斷的有效技術(shù)。當(dāng)前，該項技術(shù)的實際運用以光譜分析和鐵譜分析為主。對于光譜分析，它是對磨損物的數(shù)量進行分析的一種方法，而鐵鋪分析不僅可以對磨損物的數(shù)量進行分析，也可以對磨損物的形態(tài)進行分析。因此，較光譜分析，鐵譜分析更加精確。通過對機油的光譜分析或鐵譜分析可以確定機油中的金屬成分，確定發(fā)生故障的部件，及時對其進行維修、更換。

2.3 機械性能測試技術(shù)

通過對機械運行過程的檢測，掌握其運行時的振動、響度等參數(shù)，進而判斷機械的運行狀態(tài)能否滿足正常使用。同時，還可根據(jù)反饋的參數(shù)制定機械的維修保養(yǎng)計劃。

(1)發(fā)動機功率測試。發(fā)動機的功率大小直接影響工程機械的效率。當(dāng)人力無法判斷故障原因時，可以采用無外載加速測試儀。

(2)液壓系統(tǒng)功率測試。據(jù)調(diào)查研究，液壓系統(tǒng)故障在工程機械故障中的發(fā)生率為14%，但是其造成的后果卻往往比其他故障嚴(yán)重。因此，對于液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障檢修非常重要。在液壓系統(tǒng)中安裝壓力傳感器，通過壓力傳感器收集的壓力脈沖信息，得到液壓系統(tǒng)工作的實時參數(shù)，從而及時匯總并存儲到計算機中，計算機根據(jù)反饋的參數(shù)與正常參數(shù)值的比對，對液壓系統(tǒng)的工作情況進行判斷，最終得出對液壓系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)論，以便及時采取檢修措施。該監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程是不斷“輸入——輸出——輸入”的過程，這樣的過程更加有利于系統(tǒng)的優(yōu)化。

3 現(xiàn)代檢測診斷技術(shù)

人工智能方法逐步被引用到各個領(lǐng)域的發(fā)展中，工程機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)也吸收了很多現(xiàn)代信息化技術(shù)，尤其是信號處理和測試技術(shù)，他們有效的促進推動了工程機械狀態(tài)監(jiān)測的進程。

3.1 計算機輔助監(jiān)測診斷技術(shù)

該技術(shù)利用現(xiàn)代計算機技術(shù)設(shè)計出軟件，從而可以對工程機械實現(xiàn)自動化診斷，系統(tǒng)通過設(shè)備對工程機械進行信號采集、記錄、分析，然后輸入到計算機中由系統(tǒng)進行機械狀態(tài)監(jiān)測與診斷。當(dāng)然，前提是該系統(tǒng)必須具備非常強大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和分析能力。當(dāng)故障診斷超出設(shè)定的數(shù)據(jù)值時，立即向技術(shù)人員發(fā)出信號，同時，該系統(tǒng)完成對故障的診斷和修復(fù)后，能夠及時將相關(guān)數(shù)據(jù)、圖像等資料進行存儲，為每臺檢修機械建立資料庫，也能夠?qū)⒋罅康臋C械或機組運行狀態(tài)資料分類貯存，方便今后的機械檢修工作。

3.2 專家診斷系統(tǒng)

專家診斷系統(tǒng)偏向于知識庫儲備，更多強調(diào)豐富的知識和資料儲備。這類軟件可以利用強大的計算機記憶功能，建立知識庫咨詢系統(tǒng)。圖1為知識庫系統(tǒng)簡圖。

專家診斷系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于異常強大的存儲、計算、分析功能。技術(shù)人員在前期將正確有效的工程機械監(jiān)測與故障維修案例進行分析，然后將相關(guān)原始數(shù)據(jù)和經(jīng)驗輸入計算機，建立功能強大的信息庫。該系統(tǒng)能夠模擬專家思維，對工程機械進行故障識別，利用信息庫的數(shù)據(jù)儲備對識別出的機械狀態(tài)進行分析，根據(jù)專家思維推理出故障名稱，并提出相應(yīng)的診斷結(jié)果、處理對策和操作指南。然而，專家診斷系統(tǒng)的最大優(yōu)勢也正是其弱點所在，計算機雖然具備強大的存儲能力和快速的分析能力，但是想要建立完善的知識庫儲備還是有困難的。一方面，專家本身的知識面有限;另一方面，專家知識表述困難，很多案例來自于經(jīng)驗，無法轉(zhuǎn)化成精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。因此想要建立完備的專家診斷系統(tǒng)仍然存在一定難度。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)

作為一種前沿的診斷方法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對獲取的數(shù)據(jù)無需整理、總結(jié)，這就減少了人們的表達(dá)工作量，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只需要人們針對某一實例對其進行訓(xùn)練。它有著眾多優(yōu)點，例如，獲取知識時，不需要對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識進行整理以及總結(jié)等，從而消除了專家知識的表述難題。因此，與專家系統(tǒng)相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更加智能，人性化。當(dāng)然其缺點是邏輯性不強，只是利用實例的經(jīng)驗，診斷過程缺乏說服力。

4 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)促進了工程機械狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展，機械的工作狀態(tài)可以根據(jù)通過數(shù)據(jù)監(jiān)測和參數(shù)分析得出障礙基本情況，但是筆者認(rèn)為還可以提高機械狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)的準(zhǔn)確性與可靠性。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，工程機械狀態(tài)檢測完全可以做到一步到位，即通過精確的數(shù)據(jù)分析，精確判斷故障部位和故障類型，并且能夠直接給出故障的零部件和元器件，提供合理解決方案，這將更加有利于對工程機械的合理使用與保護。

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［1］劉忠，楊國平.工程機械液壓傳動原理、故障診斷與排除［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2005:68.

［2］張登峰.動態(tài)系統(tǒng)的故障檢測與診斷研究［D］.南京理工大學(xué)博士論文，2003:27-30.

［3］周東華，葉銀忠.現(xiàn)代故障診斷與容錯控制［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000:124.