海洋工程機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷機理研究

田獻旺

中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300450

近年，我國海洋資源開發(fā)與利用率得到同步提升，行業(yè)發(fā)展對海洋工程機械需求量提出新的要求，使得整體需求量驟增[1]。在此前提下，我國對海洋科技發(fā)展做到足夠重視，對海洋資源開發(fā)裝備前沿技術大力引入，為海洋工程機械行業(yè)發(fā)展帶來有力推動[2]。相關工作人員結(jié)合海洋工程機械設備特點與海洋環(huán)境，對海洋工程機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測工作進行研究，意識到液壓系統(tǒng)信號在復雜海洋環(huán)境下不易被準確提取，為后續(xù)故障診斷帶來困難，成為阻礙海洋工程機械穩(wěn)步發(fā)展的重要因素。因此，相關部門必須從多角度考慮，依托海洋工程機械液壓系統(tǒng)失效分析理論體系，保證系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障在線診斷水平有效提升。

1 海洋工程機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術

1.1 故障診斷技術

基于科學技術在新時代下的飛速發(fā)展，微電子信息技術已融入多個行業(yè)之中，拓展行業(yè)發(fā)展前景，使得狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷水平邁向新高，逐漸構(gòu)建出具有系統(tǒng)性與綜合性的工程學科[3]。我國自20 世紀80 年代起便致力于機械工程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術方面的深入研究，通過不斷努力，成功完成系統(tǒng)與完善的技術體系的建立，實現(xiàn)人工檢測手段與便攜式檢測儀器檢驗方式深度融合，構(gòu)建出有效的故障診斷體系。在該體系中，儀器檢驗手段不斷完善，可以借助多種設備完成機械設備運行過程中各種狀態(tài)信息的成功收集[1]。工作人員依托振動或者溫度等相應設備對重要信息精準與安全傳遞，為故障診斷與原因分析提供重要的數(shù)據(jù)支持。

由于海洋工程機械液壓系統(tǒng)自身凸顯出極強特殊性，部分故障出現(xiàn)的明顯征兆可能與故障原因之間沒有較為顯著的映射關系[4]。在此前提下，工作人員無法在簡單函數(shù)模型構(gòu)建下對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障進行分析，不能準確找到出現(xiàn)故障的原因所在。為此，相關工作人員會從不同角度入手，結(jié)合監(jiān)測技術特點選擇使用貝葉斯法或者選擇時間序列法等一些數(shù)學方式，為故障監(jiān)測工作開展帶來有力幫助，保證診斷方案設計與優(yōu)化具有可行性與合理性。在具體工作環(huán)節(jié)，相關工作人員會考慮故障診斷所具有的實效性提升，經(jīng)常會將專家系統(tǒng)與日常監(jiān)測與故障診斷工作有效結(jié)合，搭配神經(jīng)網(wǎng)絡技術，解決故障診斷實效方面的各種問題。對于海洋工程裝備而言，液壓系統(tǒng)自身出現(xiàn)的各類故障和電氣系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的故障，均能夠在液壓系統(tǒng)表征參數(shù)中有所體現(xiàn)。

1.2 狀態(tài)監(jiān)測

在海洋工程機械液壓系統(tǒng)在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的全過程中，機械診斷的合理使用成為一種必然趨勢，能夠在不給工程機械運行狀態(tài)帶來過多影響的前提下完成各類相關設備各時間段運行具體狀態(tài)的實時監(jiān)測，成功與高效地完成各種故障準確診斷。在系統(tǒng)監(jiān)測環(huán)節(jié)，系統(tǒng)是處于長期運行狀態(tài)，那么這類信息監(jiān)測必須具有實時性與連續(xù)性。為此，在具體監(jiān)測環(huán)節(jié)，工程機械核心性能及主要參數(shù)監(jiān)測尤為重要，海洋工程機械液壓系統(tǒng)中主要參數(shù)一般為溫度、壓力和流量等內(nèi)容，是工作人員對液壓系統(tǒng)運行實際情況科學判斷的重要依據(jù)[3]。

工作人員通過在線設備狀態(tài)完成對海洋工程工機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與各種故障診斷，應根據(jù)溫度、流量與壓力等主要參數(shù)特點，結(jié)合影響參數(shù)的各種因素，選擇使用專業(yè)的高質(zhì)量傳感器。在整個計算機管理系統(tǒng)中，上層結(jié)構(gòu)會對已完成存儲的所有數(shù)據(jù)做好全面與深入分析，將分析結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)認真對比，結(jié)合對比結(jié)果對海洋工程機械液壓系統(tǒng)運行實際狀況進行在線方式的科學預測。為保證工作人員能夠在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)海洋工程機械液壓系統(tǒng)運行故障，可考慮在控制室位置安裝專業(yè)報警器設備，將其與控制室相連，保證在系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)異常時，及時發(fā)出警報。

2 海洋工程機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷分析

2.1 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方案

工程機械液壓系統(tǒng)自身一定會具備極強封閉性與適應性，以此來適應惡劣工作環(huán)境。海洋工程機械液壓系統(tǒng)運行環(huán)境多為室外環(huán)境，易受到室外多種因素的影響。部分工程設備在實際運行過程中，所處環(huán)境的惡劣程度大。在此前提下，機器運行會產(chǎn)生不同程度磨損情況，機器運行負荷量也會因環(huán)境因素而呈現(xiàn)出多變性。在具體運作環(huán)節(jié)，遇到震動情況時，海洋工程機械運行速度將發(fā)生相應變化，極易出現(xiàn)一種慣性沖擊，將機械設備磨損程度不斷加劇。那么，海洋工程機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作開展尤為重要，可以結(jié)合系統(tǒng)封閉性與適應性的特點，對狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方案科學明確，為后續(xù)故障排除工作帶來有力支持。以浮標為例，浮標液壓系統(tǒng)的監(jiān)測與故障診斷方案設計如下：

（1）做好液壓系統(tǒng)回路成功建模，必須以功率流理論為基礎，結(jié)合海洋工程機械液壓系統(tǒng)與浮標工作原理，根據(jù)實際情況在合理位置完成高精度傳感器的牢固安裝，確保高精度傳感器能夠及時將浮標液壓系統(tǒng)運行相關數(shù)據(jù)全面采集，依托網(wǎng)絡傳輸手段將重要數(shù)據(jù)安全與快速傳遞到上層服務器。工作人員結(jié)合功率流與故障分離完成液壓系統(tǒng)回路之間存在的邏輯關系的科學構(gòu)建。工作人員一方面會考慮使用直接診斷參數(shù)方式，結(jié)合具體參數(shù)顯示情況掌握系統(tǒng)故障實際狀態(tài)。例如，生產(chǎn)率參數(shù)的收集較為容易，但不能直接用于故障診斷[5]。工作人員在對機械設備工作能力進行判斷時，會借助二次效應參數(shù)，輔助判斷機械設備工作中是否存在故障問題。在傳感器技術進步前提下，大部分數(shù)據(jù)采集工作可以高效完成，例如，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以得知，液壓系統(tǒng)故障多是由油液污染導致，占有所故障原因的75%。工作人員會選擇用光散射法完成液壓油污染情況直接檢測，也可以考慮結(jié)合系統(tǒng)壓力、油液溫度等變化情況判斷液壓系統(tǒng)是否出現(xiàn)失效特征。在對常規(guī)油液進行分析時，工作人員會對不易進行在線測定的地液壓油顆粒計數(shù)、總酸值、磨粒分析與運動粘度等情況的分析。對于這些數(shù)據(jù)，工作人員需要考慮使用耗時較長的常規(guī)方式完成數(shù)據(jù)收集與分析，還應對元素光譜、水污染、氧化等內(nèi)容加以分析，確保油液分析具有全面性與科學性，能夠為后續(xù)故障診斷與排除工作提供可靠與有效數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)溫度時間與回路壓力完成模型建立，結(jié)合系統(tǒng)回路壓力變化情況分析與溫度值對比，掌握這些參數(shù)與液壓系統(tǒng)故障存在的聯(lián)系，結(jié)合回路時間序列模型，將模型中均值及方差做到合理改變，結(jié)合改變結(jié)果獲得失效時出現(xiàn)的特征信號。

（3）結(jié)合函數(shù)完成液壓系統(tǒng)失效定量表達，成功尋找到海洋工程機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)失效情況下出現(xiàn)的危險因子。在此前提下，工作人員根據(jù)失效歷史數(shù)據(jù)對模型加以修正，完成失效效果科學驗證，將液壓系統(tǒng)失效機理成功揭示，同時完成在線故障診斷工作。

2.2 故障診斷

在對海洋工程機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)測與開展故障診斷工作時，所使用的方式主要有魚刺圖分析、液壓系統(tǒng)原理分析、邏輯分析和區(qū)段劃分等多種方式。工作人員可以通過現(xiàn)場診斷方式下儀器診斷方式，判斷與診斷海洋工程機械液壓系統(tǒng)故障。

（1）對液壓油箱中實際油位進行檢查，了解其位置是否滿足規(guī)定標準，同時檢查管路接頭位置，重視密封部位檢查，檢查內(nèi)容主要是滲漏情況、液壓油是否起泡、液壓油顏色是否發(fā)生變化。

（2）油溫表與壓力表檢查也較為重要，工作人員需要對指針指示準確度進行查看。

（3）仔細聽液壓系統(tǒng)在運行過程中是否出現(xiàn)不同類型的異響，通過聲音判斷出系統(tǒng)故障位置，將診斷效率有效提升。

（4）通過觸摸方式，對液壓元件位置的震動情況進行檢查，也可以掌握液壓管理是否存在過大沖擊力，也可以通過觸摸方式判斷實際油溫與正常值差距。

（5）通過液壓系統(tǒng)功能實驗精準判斷出故障具體位置。對于儀器診斷，工作人員結(jié)合系統(tǒng)工作原理，根據(jù)工作基本步驟對工作節(jié)點之間存在的潛在邏輯關系進行判斷，將懷疑對象逐一排除，找到具體故障點。基于技術不斷發(fā)展，工作人員會使用在線智能故障診斷方式完成海洋工程機械業(yè)液壓系統(tǒng)故障診斷。例如，選擇故障樹分析，結(jié)合故障機理完成詳細的邏輯框圖制作，其過程與邏輯分析診斷方式相一致，系統(tǒng)工作原理相同，從而找到每個工作節(jié)點位置存在的各種故障因素并加以分析。分析所得結(jié)果會及時匯總并上傳至故障樹，借助故障現(xiàn)象運用邏輯分析方式找到實際發(fā)生故障的位置。除此之外，神經(jīng)網(wǎng)故障診斷是完成領域?qū)I(yè)經(jīng)驗定量，通過網(wǎng)絡技術與學習算法有效融合，保證機器可以對各種信息進行熟悉并進行學習，成功完成后續(xù)智能診斷工作。

在海洋工程機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)診斷過程中，工作人員將自身經(jīng)驗融入其中，將診斷方法有效結(jié)合，發(fā)揮出儀器診斷應有作用。例如，小波分析方式可以與ANN 有效結(jié)合，再與模糊邏輯成功組合，通過多方法結(jié)合進行全方位診斷，做到優(yōu)勢互補。工作人員選擇好小波實際使用尺度，對信號信息完成重構(gòu)操作，工頻與高頻噪聲類的小波尺寸可以成功去掉，重構(gòu)后的信息當中會出現(xiàn)故障信息與液壓系統(tǒng)工況類信息。在小波變換方式下，由ANN 對重構(gòu)后信息進行科學處理，將ANN 診斷結(jié)果所具有的準確性做到極大程度提高，也能夠?qū)⒃肼晭淼母鞣N干擾有效消除。

3 結(jié)語

海洋工程機械液壓系統(tǒng)已應用先進傳感器及相關技術，在實際運用過程中凸顯出一些局限性，特別是診斷技術較為單一，影響海洋工程機械液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷工作有序開展，也不利于監(jiān)測與故障診斷水平提升，阻礙故障問題的有效解決。由于海洋工程機械工作環(huán)境相對復雜且惡劣，極易出現(xiàn)液壓系統(tǒng)故障問題，使得液壓系統(tǒng)出現(xiàn)失效情況，檢修工作整體難度較大。為了確保海洋工程機械系統(tǒng)正常與穩(wěn)定運行，監(jiān)測診斷技術的更新與應用尤為重要，要克服監(jiān)測與診斷工作問題，保證故障征兆信息獲得解決故障的最佳途徑，依托遠程信息傳輸、收集與分析做好故障診斷與問題解決，為海洋科學研究、海上航行安全與海洋環(huán)境預報治理等工作夯實牢固基礎，推動相關行業(yè)穩(wěn)步與健康發(fā)展。