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沥青/混凝土机械 |
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沥青混凝土摊铺机液压系统的计算机故障诊断 |
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作者：中国矿业大学 赵国普 赵雪松 |
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摘要：通过对LTL4500型沥青摊铺机液压系统现有故障诊断方案进行分析，探讨了计算机辅助故障诊断技术的可行性，同时总结出一种确定最佳维修期的方法。
关键词：沥青摊铺机；液压系统；计算机；故障诊断；维修
随着20世纪30年代以来液压技术的广泛应用，以及60年代故障诊断技术的出现，故障诊断技术在液压系统中的应用得到了很快地发展。从技术上讲，这段时期内的发展经历了三个阶段：简易诊断技术，故障测试仪技术，计算机故障诊断技术。简易诊断技术又称主观诊断法，它是基于故障诊断人员的看、听、摸、闻、问等主观因素较强的基础上对液压系统故障进行诊断。这种方法只能定性地判断液压系统某处的故障情况，准确性较差。后两种诊断技术都是在电子技术和计算机技术发展的基础上所出现的，又称客观诊断法，都能较准确且定量地对系统中某处运行状态进行监测，从而判断故障情况。但是，利用故障测试仪对液压系统进行诊断时，必须事先连接到被测试部位，诊断工作较繁琐。为克服这种不足，故障诊断领域出现了计算机诊断技术。本文是基于这种背景下，结合镇江路面机械总厂现有的LTL4500型沥青混凝土摊铺机故障诊断方法，探讨该摊铺机液压系统计算机辅助故障诊断技术。
1 摊铺机液压系统
该摊铺机液压系统分为振动器回路和油缸回路，为便于诊断系统的设计，以图1、图2分别表示振动回路系统和油缸回路系统。
图1 LTL4500型摊铺机液压系统振动器回路
液压泵是双联定量齿轮泵，由发动机三角皮带驱动。靠近皮带轮一端的泵供振动器回路，外侧泵供油缸回路。回路中液压马达和液压油缸全由电磁阀控制。
图2 LTL4500型摊铺机液压系统油缸回路
振动器回路由电磁溢流阀、单向节流阀和两只串联的液压马达组成。油缸回路由行走离合器油缸、料斗油缸、枢轴油缸、送料离合器油缸、熨平板伸缩油缸、熨平板料门油缸、溢流阀及行走制动器等元件组成，各油缸的工作由三位四通电磁阀或二位四通电磁阀进行控制，从而满足各种动作需要。为便于诊断系统的分析和设计，对油缸回路进行简易处理，本文仅以伸缩油缸回路进行设计(其他油缸回路的故障诊断情况与伸缩油缸相似，只需在相应的液压油缸位置安装传感器即可)。
2 现有故障诊断方法和维修对策
2.1 无液压油输出，系统不工作
检查液压泵是否旋转；油箱油液是否足够；吸油滤油器和管路是否堵塞。
检查吸油滤油器真空表，压力在25kPa时更换滤油器；在压力回路上测压力，如压力很小，检查更换溢流阀。泵不排油，更换泵或管路；压力波动，排除吸入管进气现象。
2.2 输出液压油达不到预定参数
检查各支管压力和油泵输出压力以及测量油泵和马达的转速。
接压力表测压力，若泵、马达损坏则进行更换。
2.3 油温过高
检查油箱内油量；滤油器滤芯污染情况；泵和马达运转状态。
补充加油；更换滤油器滤芯；检查溢流阀工作情况，视情况对其进行更换；更换泵和马达已损部件。
2.4 噪音大
检查油箱中的油是否有气泡产生；管路固定处是否松动；泵和马达工作状态。
油不足补充加油；加固松动连接处防止共振；元件损坏应及时更换；排除液压回路中的气体。
上述诊断方法及其措施表明，该厂所采用的液压系统故障诊断方法较原始，多数采用的是诊断人员的主观判断能力，如看、听等。这类方法不仅诊断误差较大，而且效率低、劳动强度大，已越来越不适应现代化技术发展的要求。
3 计算机故障诊断系统
计算机故障诊断技术又称状态监测与故障诊断技术。针对液压系统，采用这种技术可以在线实时地了解系统的运行状况，判断出故障的部位和原因，并能在一定程度上预测出液压系统未来的工作性能。当然，为了较准确地查找故障原因还需依靠有丰富实际经验的液压领域专家分析和判断。如果把专家和知识以库文件形式表示出来，再配合数据库和一定的规则，同时依靠具有人工智能的计算机来实时完成，就构成了故障诊断专家系统。由于该诊断系统较简单，考虑到开发费用和周期，采用简单形式的计算机故障诊断系统较为合适。
积累多年故障诊断人员的工作经验，总结了以下几种诊断方法：方框图法、鱼刺图法、液压系统原理图法和逻辑流程图法。这几种方法都能较好地完成对液压系统故障的诊断，但逻辑流程图法能更好地适用于计算机故障诊断系统。
3.1 诊断系统硬件设计
参考图1、图2所示液压系统，为充分对系统进行状态监测和故障诊断，所需采集的参数有压力、流量、转速、位置和液位等。这些传感器通过转换器与计算机相连，从而完成对监测信号的采集，具体硬件系统原理如图3、图4。其中图5是从计算机对现场工作状态监测角度显示了诊断系统原理框图。
图3 LTL4500型摊铺机液压系统振动器回路故障诊断系统
图5 诊断系统信号传递原理框图
3.2 诊断系统软件设计
同通常系统的故障情况一样，液压系统某处的故障也是通过相应的征兆表现出来的，但后者的故障具有传递性特点，即某个元件造成的故障往往影响到其他部位的液压元件或机械装置；再考虑到故障和征兆的复杂对应关系，这就造成了液压系统故障诊断的困难和诊断软件上的繁琐。考虑到既要说明问题，又要避免重复，此处以两种故障征兆着手采用逻辑图法来分析对应的故障源。一种是以振动器回路油温过高征兆为例说明，另一种采用液压缸无动作征兆来进行分析，最后综合全部故障情况给出软件流程图。
3.2.1 油温过高故障征兆
液压系统是以油液作为工作介质来实现能量传递和转换的，油液沿程中存在各种能量损失，如局部阻力损失、沿程阻力损失和机械摩擦损失等。这些损失的能量将以热能的形式表现出来。就该系统来说，如果油箱和油路设计不合理，将使温升更快，这势必引起各种故障发生。液压系统工作油温一般在30℃～55℃范围内为宜。
油温过高(大于60℃)故障诊断逻辑流程图如图6所示。采用由近及远的顺序进行分析，即从温度传感器最近的元件开始按油液逆流方向逐步分析，直到液压系统最底层(油箱)。
图6 振动器回路故障诊断逻辑流程图
从上述流程图中可以看出引起油温过高有多种故障发生，为减少判断故障的盲目性，提高检修效率，按图3加设了反映故障的传感器，如压力传感器。如果压力过高，说明精过滤器滤芯堵塞严重，需对其进行检修；如流量计流量过大，说明所选主泵的额定流量大，需改换主泵或在电机与泵之间加设减速器。其中流量和压力阈值是根据实际工作情况设定的。
3.2.2 液压缸无动作故障征兆
图4油缸回路系统的油缸无动作故障征兆可以从图7逻辑流程图中逐步查找下去，最后找出发生故障的真实原因。本流程图采用从底层到高层的检查顺序。
图6、图7流程图中都有询问主泵是否工作正常这一内容，对于主泵出现故障及其诊断方法，有关文献都有详细介绍，这里不再重述。但图6、图7中的转速传感器和压力传感器仍有必要，因为这些信号是判断主泵故障的根本原因。
图7 油缸回路故障诊断逻辑流程图
3.2.3 诊断系统软件流程图
根据故障诊断逻辑流程图，把它们基于高级语言程序化，然后输入到计算机中储存，诊断时运行程序即可。诊断软件流程图如图8所示。
图8 诊断软件流程图
3.2.4 故障诊断报表
为直观表示故障诊断结果并便于工程管理，诊断结束后计算机能直接打印出诊断报表，其具体内容见表1。
开机时或工作中出现某些意外情况时，可能造成短时间内某些实际值大于经验阈值，这种情况不应作为故障进行诊断，所以，此时软件运行时不需进行诊断。为达到这一目的，结合实际工作经验，给实际值与阈值一个合适的比较时间，当处于这个时间内不必转向诊断子程序，此时屏幕显示工作正常。
表1故障诊断报表
设备型号：设备编号：
设备名称：诊断时间：
经验阈值 实际值 故障部位和现象 故障原因 检修对策
1
2
3
4
操作人员(签字)： 年月日
验收人员(签字)： 年月日
4 液压系统最佳维修期的确定
目前，许多单位仍采用计划预期维修制度，这种制度存在一些弊端，如没有故障时进行检修，浪费人力、物力；维修间隔时间太长，产生过剩待维修部件。为此需根据机械的实际工作状况，确定灵活的维修间隔，既能避免过剩，又有针对性检修故障部件，节省大量维修费用。
液压元件如液压泵、液压马达和液压阀等随着工作时间的增长，接触面磨损加大，内泄漏增加，常引起液压系统性能变差，性能指标下降，甚至达不到预期目的。经过维修，液压系统工作性能可得到恢复。通过比较由于性能变差所引起的运行费用增加值与维修费用值，即可确定最佳的维修期。
另外，根据传统经验，若元件容积效率下降了8%～10％时，其性能指标将大大下降，应予以维修。
根据监测人员长期积累的工作经验，总结一套合理的维修制度，提高维修管理水平，可确保系统的长期正常运行。
计算机辅助状态监测与故障诊断技术是近几年发展起来的一门新技术，值得广大工程单位更新原有的故障诊断方法。
作者单位：赵国普赵雪松中国矿业大学北京校区机电系
作者地址：(100083)北京市海淀区学院路丁11号(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(6/9/2004) |
| 作者简介： |
赵国普，男，中国上海
电话：021-58304407，
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