液压系统冗余部件(泵)或蓄能器在故障诊断中的应用

　　1 引言

　　液压系统具有质量轻、体积小、动作迅速、换向快、无级调速范围大,可实现恒力和恒转矩运行等优点,已广泛应用于机床、工程机械、纺织工业、国防工业等各领域。在一般的运行状况下,液压系统不容易发生故障,但故障一旦发生,其故障分析是十分复杂的。首先,液压系统的结构特点决定了其故障分析的复杂性:第一,液压系统结构复杂,一个完整的液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和传动介质5部分组成,其中每部分都有可能发生故障;第二,液压系统是一个黑箱,人们不可能直接观测到系统内部各部件的运行状况,拆卸前只能通过各种间接方法来推测故障部位。其次,液压系统的故障机理也决定了其故障分析的复杂性:液压系统的故障现象与故障原因并非一一对应,其故障呈现随机性、模糊性和多层次性,同一故障原因可能导致不同的故障现象,同一故障现象又对应不同的故障原因,这就意味着诊断结果的不唯一性,如果某几个元件同时发生故障,则故障分析更复杂。因此,液压系统的故障部位是难以测量和确定的,只能通过对系统运行过程中某些参数(压力、流量、温度等)的测量,间接分析故障所在,甚至有时还需要借助于试探性的拆卸来找出故障部位。液压系统是整个机械系统的重要组成部分,其工作直接影响到整机的工作,我国大型国企中广泛使用了液压系统,但并没配套故障监测和诊断设备,不能及时地对系统各部件的老化程度及突发事件进行预测和报警。因此我们对液压系统的状态监测与故障诊断问题,加以探讨和研究。

　　当液压系统出现故障时,故障原因不确定(即不唯一)。以一个单泵)溢流阀)换向阀)液压缸系统为例,当输出压力不足时,可能的原因有:溢流阀的动作压力低于其调节压力;泵的容积效率降低;液压缸密封性能下降等。由于同一故障对应多个可能的原因,所以需要我们寻找某些方法来缩小故障范围,进而有利于故障部位的确定。

　　2 模型的建立及分析

　　液压设备是一个完整的系统,有其输入参数(包括压力、流量、油温及各种外部因素,如环境温度等)和相应的输出参数(包括压力、流量、油温等),液压系统产生故障的实质就是工作参数的异常变化,根据输出参数的变化规律,可以判断设备状态的好坏,从而对设备故障做出诊断。实际液压系统模型详见有关资料,这里只建立一般化的系统模型。

　　液压系统的模型可以表示为一个将输入信号变为输出信号的系统,如图1所示。

　　其中:X为包括内外干扰因素,控制作用和出现内部故障引起的作用在内的输入参数的集合(其中元素用xi表示,i=1,2,n);Y为输出参数的集合(其中元素用yj表示,j=1,2,m);A为输入与输出参数之间的联系算子(用fj表示)。其中数学方程式为