物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在液壓系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用研究

王建軍，郝素蘭，劉欣玉

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系， 安徽　蕪湖　241002； 2.安徽康海時代科技股份有限公司， 安徽　蕪湖　241002)

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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在液壓系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用研究

王建軍1，郝素蘭2，劉欣玉1

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系， 安徽蕪湖241002； 2.安徽康海時代科技股份有限公司， 安徽蕪湖241002)

[摘要]液壓傳動靠液壓油傳遞運動和動力，液壓油的流動狀態(tài)無法直接觀察，造成了液壓系統(tǒng)故障難以診斷，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，特別是物聯(lián)網(wǎng)同機(jī)械工業(yè)的結(jié)合，為機(jī)械設(shè)備監(jiān)控和監(jiān)測引入了新的理念和方法.利用物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感技術(shù)對液壓設(shè)備進(jìn)行參數(shù)的實時采集和分析，可以在早期進(jìn)行故障預(yù)警以及進(jìn)行故障分析診斷，可以降低設(shè)備的維修、維護(hù)等費用，提高設(shè)備可靠性和延長設(shè)備使用壽命.本文針對四柱式液壓機(jī)系統(tǒng)中的故障診斷問題，給出了基于無線傳感技術(shù)的液壓機(jī)故障診斷系統(tǒng)方案，驗證其診斷故障的快速性，并將無線傳感技術(shù)應(yīng)用于液壓系統(tǒng)故障診斷，為液壓設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障分析提供方便.

[關(guān)鍵詞]液壓傳動；無線傳感技術(shù)；故障診斷；設(shè)備監(jiān)控

由于液壓傳動有著單位質(zhì)量傳遞功率大、傳動平穩(wěn)、易于控制等其他傳動相比不可比擬的突出優(yōu)點，特別是隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)中起到了舉足輕重的作用.液壓油在密閉系統(tǒng)內(nèi)傳遞動力和運動，其流動狀態(tài)不可見.因此，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障難于查找和診斷，嚴(yán)重影響生產(chǎn).

液壓系統(tǒng)故障大都是事后診斷，現(xiàn)場處理，無法提前預(yù)知.所有的故障均需要維修工到現(xiàn)場診斷和維修，故障排除比較耗工耗時.因此，如何實現(xiàn)快速診斷和排除液壓系統(tǒng)故障，甚至提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行異常，提前排除可能發(fā)生的故障，都是各生產(chǎn)廠家十分重視的問題.筆者利用近幾年迅速發(fā)展起來的物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感技術(shù)用于設(shè)備液壓系統(tǒng)參數(shù)實時采集和監(jiān)測，可以提前發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)異常，在故障出現(xiàn)之前實現(xiàn)預(yù)警；出現(xiàn)故障后通過參數(shù)分析，能夠快速發(fā)現(xiàn)故障原因，大大降低維修成本和延長設(shè)備液壓系統(tǒng)的使用壽命.

1系統(tǒng)總體設(shè)計方案

液壓系統(tǒng)故障診斷總體方案設(shè)計如圖1所示.主要利用物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感技術(shù)，根據(jù)無線傳感網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)程監(jiān)控液壓系統(tǒng)運行狀況，并快速診斷分析故障原因，在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)和實現(xiàn)智能化的設(shè)備液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù).

面向無線傳感技術(shù)的液壓故障診斷方案框架按照研究計劃，總體分為三層：參數(shù)信息采集層、數(shù)據(jù)信號輸送層和綜合分析診斷層.在采集層，在液壓機(jī)液壓系統(tǒng)監(jiān)測點安裝相應(yīng)的壓力和流量感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，進(jìn)行系統(tǒng)信息的采集.數(shù)據(jù)輸送層把采集層所采集到的液體壓力、流量等重要數(shù)據(jù)傳到計算機(jī)數(shù)據(jù)庫.綜合處理層對采集到的數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行分析診斷后，能夠提供相應(yīng)的維修策略.

圖1　故障診斷系統(tǒng)設(shè)計方案

第一層可以通過傳感器進(jìn)行實現(xiàn).第二層即數(shù)據(jù)傳輸過程，可以采用無線通訊技術(shù)(GPRS)實現(xiàn).第三層是技術(shù)人員針對數(shù)據(jù)信息快速診斷出液壓故障源，也可以提供相應(yīng)的程序接口以供用戶在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā).

2液壓機(jī)故障現(xiàn)象

液壓機(jī)為YB32—200型，主液壓缸最大壓制力為200噸.該液壓機(jī)有兩個液壓缸：上液壓缸為主液壓缸，實現(xiàn)“主缸快進(jìn)下行→緩慢進(jìn)行加壓→保壓并延時→泄壓快速退回→原位停止”的典型工作循環(huán)；下液壓缸為頂出缸，主要作用是頂出壓制好的工件.

圖2　液壓機(jī)故障現(xiàn)場

液壓機(jī)故障現(xiàn)象為啟動后上缸下行但不能快速，行至1/3行程左右停止不能繼續(xù)下行.采用傳統(tǒng)的故障分析方式，經(jīng)過液壓回路分析和相關(guān)元件拆卸，發(fā)現(xiàn)液控單向閥13彈簧變形并且閥芯因雜質(zhì)卡死.這個故障排除比較簡單，但大部分時間是花費在尋找故障原因上.

3利用壓力測試排除故障方案和實施

針對此液壓機(jī)進(jìn)行無線傳感檢測可以設(shè)置參數(shù)監(jiān)測點，如圖3中①～⑧布置.探索利用無線傳感技術(shù)實現(xiàn)液壓故障的快速診斷，在關(guān)鍵點分別安裝壓力和流量傳感器還原上次故障.根據(jù)圖3所示，檢測液控單向閥13的故障僅需在①處安裝流量傳感器，在②處安裝壓力傳感器.方案采用壓阻式壓力傳感器和流量計，設(shè)計方案和電路如圖4所示.將壓力傳感器和流量傳感器安裝于設(shè)備監(jiān)測點.

圖3　液壓機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理圖

圖4　壓力和流量測試方案設(shè)計

啟動液壓設(shè)備，監(jiān)測點壓力表顯示壓力數(shù)值.觀察流量計顯示的數(shù)值，得到的數(shù)據(jù)為①處流量為0，而②處壓力為5 MPa(恰好是調(diào)壓閥15的調(diào)定壓力).這兩個數(shù)據(jù)可以說明液控單向閥13的閥芯沒有開啟，也就是油箱12的液壓油不能進(jìn)入液壓缸14進(jìn)行充液加速.通過分析可迅速判斷出是液控單向閥的閥芯卡死不能打開，將液壓閥拆卸清洗即可排除故障.

4結(jié)論

利用物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感技術(shù)可以將液壓傳動中的液壓流動狀態(tài)的不可見變?yōu)閰?shù)化顯示，通過分析相關(guān)參數(shù)可以得出液壓設(shè)備的運行狀態(tài)，可以提前預(yù)警可能發(fā)生的故障和對故障進(jìn)行快速診斷分析.

液壓傳動系統(tǒng)是工程設(shè)備的核心部分，系統(tǒng)復(fù)雜，出現(xiàn)事故后損失大.即使是正常維修，也會產(chǎn)生很大的設(shè)備維修量和維修費用.若液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，設(shè)備將不能正常工作而影響生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)＜肮と税踩?因此，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行故障監(jiān)測和診斷能及早發(fā)現(xiàn)故障并預(yù)防故障程度的惡化，以達(dá)到減少故障損失、提高操作人員安全性和設(shè)備穩(wěn)定性的目的.研究液壓系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷還有助于改進(jìn)液壓系統(tǒng)，對減少或消除設(shè)備常見故障有重要的作用.

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(責(zé)任編輯穆剛)

Study on the application of hyphenated techniques in the fault diagnosis of hydraulic system

WANG Jianjun1, HAO Sulan2, LIU Xinyu1

(1. Department of Mechanical Engineering, Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhu Anhui241002, China；2. Anhui Kanghai Times Technologies Inc., Wuhu Anhui241002, China)

Abstract：Hydraulic transmission transfers the movement and power by hydraulic oil, but the flow of hydraulic oil can not be directly observed, resulting in the fact that the fault of the hydraulic system is difficult to diagnose, which seriously affect the production efficiency. The wide application of the internet of things technology in various industries, especially the combination of the internet of things and machinery industry, has introduced new ideas and methods for the monitoring of machinery and equipment. The real-time collection and analysis of hydraulic equipment parameters by using wireless sensor technology of the internet of things can reduce the maintenance cost of the equipment and reduce the outage rate, improve the utilization rate of equipment and prolong the service life. Aiming at the problem of fault diagnosis in the four column hydraulic machine system, the machine hydraulic system fault diagnosis scheme is given based on the wireless sensor technology to verify high speed of the fault diagnosis. The wireless sensor technology is applied to the fault diagnosis of the hydraulic system, which provides the convenience for the remote monitoring and fault analysis of hydraulic equipment.

Key words：hydraulic transmission; wireless sensor technology; fault diagnosis; equipment monitoring

[中圖分類號]TH137

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-8004(2016)02-0106-03

[作者簡介]王建軍(1980—)，男，河北衡水人，講師，碩士，主要從事液壓與氣壓傳動方面的研究.

[基金項目]安徽省高校省級科學(xué)研究項目(KJ2013Z032)；安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級自然科學(xué)研究項目(2015yjzr08).

[收稿日期]2015-09-30