摘要:海洋機械工程設備的液壓系統所處環(huán)境非常惡劣，若產(chǎn)生故障會(huì )嚴重影響工程作業(yè)，因此故障診斷勢在必行，但故障的診斷難度非常高，因此以在線(xiàn)狀態(tài)監測與故障診斷技術(shù)為基礎，探索未來(lái)海洋環(huán)境下的液壓系統監測和故障診斷解決方案和故障診斷的方法，供海洋工程機械研制參考。

關(guān)鍵詞:海洋工程機械;液壓系統;狀態(tài)監測;故障診斷

海洋工程機械具有流動(dòng)性大、分散性大、使用環(huán)境復雜等特點(diǎn)，容易造成海洋工程機械的液壓系統時(shí)常失效，面對海洋工程機械的液壓系統故障問(wèn)題，常常難以檢修或者是檢修效率不高，因而需要有針對性地探索1種狀態(tài)監測技術(shù)，以提升預防性檢修的效果。

1狀態(tài)監測與故障診斷技術(shù)

近些年，科學(xué)技術(shù)隨經(jīng)濟發(fā)展而不斷進(jìn)步，尤其微電子信息技術(shù)，取得了可觀(guān)的發(fā)展，狀態(tài)監測與故障診斷技術(shù)迎來(lái)發(fā)展的高峰期，并且逐步成為一門(mén)完整的綜合工程學(xué)科，在國際上是大熱門(mén)。1980年代，我國就開(kāi)始了狀態(tài)監測與故障診斷技術(shù)的研究，到目前，也已經(jīng)建立起了1套相對比較完善的技術(shù)體系，即人工檢驗和便攜式檢測儀器檢驗相結合的故障診斷體系，特別是儀器檢驗方面，目前已經(jīng)可以通過(guò)振動(dòng)、溫度等各種設備狀態(tài)信息來(lái)判斷故障征兆以及故障原因。針對本文的研究對象而言，通常有2種技術(shù)可選，1種是基于傳遞函數的診斷技術(shù)，另1種則是基于人工智能的診斷技術(shù)。診斷方法方面有很多種，比如說(shuō)人工憑經(jīng)驗直觀(guān)檢查的方法，利用便攜式檢測儀器來(lái)檢驗設備的各項參數以判斷故障的方法，還有如故障樹(shù)分析方法等等。當然由于液壓系統具有一定的特殊性，在故障征兆和原因方面并不存在比較顯著(zhù)的線(xiàn)性關(guān)系，進(jìn)而很難通過(guò)簡(jiǎn)單函數建模的方法來(lái)描述液壓系統的故障。因此，一般還會(huì )采取貝葉斯法、時(shí)間序列法等數學(xué)方法來(lái)形成故障監測和診斷方案，同時(shí)因為要解決故障診斷的實(shí)效性問(wèn)題，通常還需要專(zhuān)家系統，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等輔助。在線(xiàn)狀態(tài)監測與故障診斷是目前機械診斷的一大趨勢，在線(xiàn)監測與故障診斷可以在不影響工程機械運行的情況下監測設備的運行狀態(tài)，而監測系統對運行狀態(tài)信息的檢測是實(shí)時(shí)的，在監測當中，針對工程機械核心性能參數，以液壓系統來(lái)說(shuō)，主要參數就是壓力、流量、溫度等，通過(guò)監測這些參數可以準確地診斷液壓系統的狀態(tài)。在線(xiàn)設備狀態(tài)檢測和故障診斷當中就需要根據這些參數來(lái)選定專(zhuān)用的傳感器，并根據總結出來(lái)的故障經(jīng)驗，在設備上的特定位置安裝好，用來(lái)采集檢測診斷系統數據分析的信息源，在有服務(wù)器（至少一個(gè)實(shí)時(shí)服務(wù)器一個(gè)歷史服務(wù)器）的情況下，服務(wù)器會(huì )集中將采集到的數據以及歷史數據，以統一格式存儲，方便后續分析，在上層計算機管理系統中則可對這些存儲的信息進(jìn)行大數據分析，并且比對歷史服務(wù)器中的數據后就可以對系統的運行狀況進(jìn)行在線(xiàn)預測，在控制室當中，外聯(lián)一些報警器則可以在出現異常情況時(shí)報警，并在控制室顯示屏上顯示出異常的狀態(tài)數據和故障趨勢曲線(xiàn)，同時(shí)，系統會(huì )判斷是否需要停機，若不需要，則繼續運行并保持監測，提請檢修，若不行，則由PLC等自動(dòng)化控制裝備控制自動(dòng)停機，以開(kāi)始機械維修工作。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，外聯(lián)的專(zhuān)家系統同樣可以依托該管理系統進(jìn)行故障的分析，以便快速處理故障。

2液壓系統監測與故障診斷分析

2.1監測與故障診斷方案

以浮標為例，一個(gè)典型的浮標液壓系統的監測和故障診斷方案如下。首先，可以基于功率流理論對液壓系統回路進(jìn)行建模。根據其工作原理，通過(guò)安裝相應傳感器來(lái)對其相關(guān)數據進(jìn)行采集并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸至上層服務(wù)器，同時(shí)構建液壓系統回路的邏輯關(guān)系，主要依據是功率流以及故障分離。注意選對參數是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，對不同的海洋工程機械的液壓設備，要確定用來(lái)判斷設備故障的有效特征參數，一般有2種，其中1種是直接診斷參數，這一類(lèi)參數可以直接反應系統的故障狀態(tài)，比如說(shuō)生產(chǎn)率，這種參數很容易得到，但是若用這一類(lèi)參數來(lái)做故障診斷，往往反應不夠靈敏，因為有可能在機械裝備出廠(chǎng)時(shí)，零部件就可能存在一些缺陷，而這些缺陷并不會(huì )在短時(shí)間內表現在直接診斷參數上，所以，一般可以用來(lái)判斷機械裝備的工作能力強弱和有無(wú)故障。還有一些參數一般作為二次效應參數，比如溫度、壓力、流量等等。具體來(lái)說(shuō)，液壓系統回路功率的變化會(huì )表現在系統流量以及壓力的變化上，直接檢測流量難度要復雜一些，一般可以通過(guò)檢測相關(guān)的壓力和溫度變化來(lái)間接檢測，當然傳感器技術(shù)是在進(jìn)步的，目前絕大多數傳感器都能夠采集到需要的數據。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，液壓系統出現故障75%的原因是油液污染，不過(guò)常規的油液分析方法耗時(shí)很長(cháng)，不易實(shí)現在線(xiàn)的實(shí)時(shí)監測。常規的油液分析方法主要檢測液壓油的顆粒計數、水污染、運動(dòng)粘度、總酸值、元素光譜、氧化、磨粒分析/鐵譜分析，這些內容基本上都不易實(shí)現在線(xiàn)測定。不過(guò)針對油液污染來(lái)說(shuō)，現在有1種光散射法監測技術(shù)可以用來(lái)直接檢測液壓油污染。當然，還有1種替代方法，就是直接將液壓系統的壓力以及油液的溫度變化來(lái)對液壓系統油液失效特征進(jìn)行綜合分析判斷。其次，可以建立回路的壓力與溫度時(shí)間序列模型。通過(guò)分析系統回路壓力和溫度等參數與故障現象之間的關(guān)系，建立回路時(shí)間序列模型，并通過(guò)改變模型的均值和方差來(lái)獲取不同工況以及失效時(shí)的特征信號。最后，通過(guò)相關(guān)的函數來(lái)實(shí)現液壓系統失效的定量表達，發(fā)現液壓系統失效時(shí)的危險因子，并使用失效歷史數據中的數據對模型以及失效效果進(jìn)行驗證和修正，揭示液壓系統失效機理的同時(shí)，也可實(shí)現在線(xiàn)的故障診斷。

2.2故障診斷

對于液壓系統的故障診斷來(lái)說(shuō)，其一般基本的方法包括邏輯分析診斷方法、魚(yú)刺圖分析方法、區段劃分方法、液壓系統原理分析方法，這些方法都需要人工經(jīng)驗來(lái)判斷故障，診斷故障。例如邏輯分析，其主要原理是利用系統的工作原理，按照其工作的基本步驟來(lái)分析判斷每一個(gè)工作節點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，進(jìn)而排除掉懷疑對象，逐步確定故障點(diǎn)。當然在技術(shù)的進(jìn)步中，海洋工程機械液壓系統也實(shí)現了在線(xiàn)智能故障診斷，如故障樹(shù)分析方法，其關(guān)鍵點(diǎn)是根據故障的機理來(lái)制作出相應的邏輯框圖，邏輯框圖的基本依據與邏輯分析診斷方法相似，也是系統的工作原理，當然故障樹(shù)分析會(huì )對每一個(gè)工作節點(diǎn)可能出現故障的因素進(jìn)行分析，并匯總到故障樹(shù)當中，然后再依托故障現象，從故障樹(shù)當中去進(jìn)行邏輯分析，最終確定故障點(diǎn)。再如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的故障診斷方法，該方法主要是將領(lǐng)域專(zhuān)家的經(jīng)驗定量后，輸入到網(wǎng)絡(luò )當中，依托一定的學(xué)習算法，讓機器自主學(xué)習故障信息，進(jìn)而實(shí)現智能診斷。這種方法在1990年代就有學(xué)者在研究，成果也比較多。當然還可以將一些方法進(jìn)行組合，以此來(lái)對液壓系統的故障進(jìn)行診斷，比如將小波分析、模糊邏輯分析以及ANN進(jìn)行組合來(lái)診斷故障，可以先選擇小波尺度，并在其基礎上對信號進(jìn)行重構，去掉工頻以及高頻噪聲的小波尺度，確保重構后的信息只包含液壓系統工況信息和故障信息，然后利用小波變換來(lái)對輸入到ANN中的信息進(jìn)行處理，這樣的處理方式能有效提高ANN的診斷結果準確性，同時(shí)也可以消除一定的噪聲干擾。

3結論

綜上所述，海洋工程機械因為所處環(huán)境復雜，容易造成其液壓系統出現一些典型的故障問(wèn)題，導致失效。當然也因為海洋工程機械所處環(huán)境復雜，對其進(jìn)行檢修的難度很高，為了保證其正常運作發(fā)展相應的檢測診斷技術(shù)具有必要性，但是必須要克服復雜環(huán)境下的故障征兆信息提取問(wèn)題以及遠程信息傳輸問(wèn)題等。

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