液壓泵故障診斷技木的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

吳偉

摘要：液壓系統(tǒng)的作用為通過改變壓強增大作用力，在機械系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。液壓泵作為整個液壓系統(tǒng)中的核心動力系統(tǒng)，整個機械系統(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，這關(guān)系到整個機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性。探究液壓泵故障診斷技術(shù)的發(fā)展歷史，可以發(fā)現(xiàn)液壓泵的智能診斷和綜合診斷技術(shù)的應(yīng)用是單當(dāng)今液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計液壓泵 故障診斷

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)在我國機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，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。動力元件液壓泵是機械液壓系統(tǒng)的核心部件，其工作狀態(tài)直接影響整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

液化泵作為整個液壓系統(tǒng)中最為核心的部件，不僅運行負(fù)載是最大的，而且運行時長最長。據(jù)統(tǒng)計，液壓泵出現(xiàn)故障在所有的機械工程故障中，占有接近三分之一的比例，所以在液壓系統(tǒng)故障的設(shè)計中，故障診斷方式是不可或缺的部分。無法控制的液壓泵故障會導(dǎo)致整個設(shè)備的正常運行，造成使用方的損失。比較常見的汽車液壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)著汽車的轉(zhuǎn)向等重要工作，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。

實際上液壓泵處于完全密閉的油路環(huán)境中，由于液壓油的壓縮性特性和伺服系統(tǒng)的流固耦和特性，診斷故障的難度很高。這導(dǎo)致大多數(shù)情況下故障的信息不是很明顯，難以有效的提取信息。所以液壓泵的故障診斷，在液化系統(tǒng)的研究和設(shè)計中是一個不斷被研究攻克的難題。

二、當(dāng)前液壓泵故障診斷技術(shù)概述

（一）主要的故障技術(shù)

液壓泵的作用是將其它設(shè)備的機械能轉(zhuǎn)化成壓力動力。液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力部件，可以為機械系統(tǒng)提供受控制的液壓油。按照不同的應(yīng)用方向，液壓泵分為葉片泵、柱塞泵和齒輪泵。

首先是葉片泵的診斷。如果定子表面出現(xiàn)了磨損、表面拉毛、泵和電機的異軸或者進入了空氣，則會產(chǎn)生壓力變動、噪聲和振動問題。甚至定子內(nèi)部磨損比較厲害、系統(tǒng)密封不嚴(yán)或者液壓油的粘度不合適，導(dǎo)致液壓泵的壓能傳導(dǎo)效率降低。同時空氣的進入也會導(dǎo)致同樣的問題。泵內(nèi)的油溫度較低，內(nèi)部摩擦較高、軸承和電機異位也會導(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動部件磨損都會導(dǎo)致液壓泵的疲勞和嚴(yán)重磨損。

同樣的齒輪泵中有空氣進入、出現(xiàn)困油、流動脈動或加工有精度誤差，都會使泵在運行中出現(xiàn)壓力變動、噪音增大和振動偏高等問題。而使用較低粘度的液壓油時，系統(tǒng)的間隙會導(dǎo)致油的滲漏。由于齒輪泵的特性，其液壓油散熱不好、配件精度低、不匹配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扭矩過大，會導(dǎo)致泵軸磨損。

在柱塞泵中，球頭的松動、配合不好、進入系統(tǒng)的空氣、變量機構(gòu)的失效會導(dǎo)致柱塞泵承受較大的壓力波動、振動和噪聲。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。在使用含有雜質(zhì)的油時，構(gòu)件變形、油的滯留、構(gòu)件精讀低，都會導(dǎo)致閥板和氣缸的磨損，甚至燒毀。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)在主流的檢測和診斷方法有三種：基于維護人員技術(shù)的故障診斷、基于傳感器和信息處理技術(shù)的診斷和基于人工智能技術(shù)的診斷方式。第一種需要大量維護人員的培養(yǎng)，基于來源于系統(tǒng)的簡單參數(shù)，使用人的操作和判斷來進行故障診斷。常用的方法有方框圖法、魚刺圖法和參數(shù)測量。

目前，基于信號處理技術(shù)的人工智能診斷和基于信號處理和模型的診斷方式的快速發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前的發(fā)展方向。在這種故障診斷中通過布設(shè)傳感器收取特征信號，再進行信號處理和故障診斷。液壓泵的故障信號具有易變性、非線性以及微弱性等特點，容易被噪聲信號所掩蓋。

三、發(fā)展趨勢

目前人工智能、智能計算、信息處理、計算機等相關(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，讓高精度化、網(wǎng)絡(luò)化、復(fù)合化還有不解體化等各項技術(shù)高度融合。

（一）高精度的診斷

如上文所述，故障信號容易被背景噪聲所掩蓋，在設(shè)計中必須考慮到有效的降噪措施。

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)庫對比自動給出相應(yīng)的診斷報告。

（二）網(wǎng)絡(luò)化實時故障診斷

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企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或物聯(lián)網(wǎng)將采集的故障信息發(fā)送到維護監(jiān)控數(shù)據(jù)庫，利用監(jiān)控中心強大的運算設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫信息處理、數(shù)據(jù)分析、遠程監(jiān)控、故障診斷和技術(shù)支持服務(wù)。但是由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)尚待完善，一般的企業(yè)也沒有專門的設(shè)備維護內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，目前這種網(wǎng)絡(luò)化的故障診斷方式還難以普及。然而互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的高速化，必然推動診斷技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)實時在線的準(zhǔn)確的故障定位和狀態(tài)檢測。

（三）多樣化診斷技術(shù)的融合

目前實行發(fā)的故障診斷方法都有其優(yōu)點和局限性，通過整合不同的故障診斷技術(shù)，進一步提高診斷系統(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之一。

（四）不解體化的診斷

診斷技術(shù)的發(fā)展的另外一個方面為降低成本，提高效率，即降低維護損耗、減少液壓設(shè)備的維修時間。不解體化診斷具有快速診斷、無需拆卸設(shè)備等優(yōu)點。當(dāng)前主流的不解體診斷方式有預(yù)埋式和非介入式。非介入式的診斷的意思是通過在外部的傳感器收集設(shè)備檢測液壓泵的運行狀態(tài)參數(shù)，避免拆卸設(shè)備收集信息。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，從而在運行中實時收集系統(tǒng)運行狀態(tài)信息。這樣的故障數(shù)據(jù)收集方式可以提高工作效率，并且能夠?qū)崿F(xiàn)實時的信息采集，提高診斷維護效率。

四、結(jié)語

隨著液壓技術(shù)在機械設(shè)計中廣泛應(yīng)用，液壓泵故障診斷技術(shù)已朝著簡潔和自動化方向發(fā)展。雖然液壓系統(tǒng)集成度和系統(tǒng)復(fù)雜度的都在不斷的提高，但是對于液壓系統(tǒng)診斷技術(shù)的研究也在同步進行。隨著診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、高精度化及智能化故障檢測技術(shù)的發(fā)展，將會使液壓技術(shù)在機械設(shè)計中得到越來越廣泛的應(yīng)用。。

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