基于液壓系統(tǒng)的工程機(jī)械金屬零件運行故障監(jiān)測技術(shù)研究

張友坡

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司煉鋼部，山東 日照 276800）

目前我國的機(jī)械制品的銷售量和銷售額已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過美洲，歐洲的所有發(fā)達(dá)國家，成為名副其實的工業(yè)大國了[1]。在機(jī)械工程的制造中最常見的問題就是金屬零件的運行故障問題，而對于運行故障的監(jiān)測最有效的辦法就是液壓技術(shù)了。液壓技術(shù)中液壓系統(tǒng)的組成共有五部分：動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油[2]。液壓系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)具有許多無可替代的優(yōu)點，如最直觀的圖像數(shù)據(jù)，控制性極強(qiáng)，容易安裝等而備受青睞。但也有不少的缺點，如耗電量大，可靠性低等。由于故障模式一般有泄液、噪聲、振動過大、油液過熱、壓力波動、機(jī)械失靈和流量不足等，均可對環(huán)境造成極大的污染。所以金屬零件的故障問題對極大的影響我們的環(huán)境安全，對金屬零件的分析越透徹監(jiān)測出的故障問題越多那么環(huán)境就越安全。可靠性即對所測金屬零件各個部分進(jìn)行針對性檢查的理論參考系數(shù)。可靠性的所表達(dá)的含義為：在規(guī)定的條件和時間下，可以達(dá)到規(guī)定的功能，簡言之同時達(dá)到三個規(guī)定即為可靠。具有了可靠性才能使用合理的工程技術(shù)手段，并運用高等數(shù)學(xué)工具構(gòu)建仿真模型，在分析中找出不足之處，如果可靠性低則就說明液體系統(tǒng)的工作性能差，所以想要提高液體技術(shù)的工作效率就必須提高其可靠性，本文基于目前存在的可靠性低的問題將AMESim軟件帶入液態(tài)系統(tǒng)技術(shù)中通過構(gòu)建模型的方法分析所測零件的工作原理，而得到更精確的可靠性，進(jìn)而提供液態(tài)系統(tǒng)技術(shù)的監(jiān)測效率。

1 基于液壓系統(tǒng)的工程機(jī)械金屬零件運行故障監(jiān)測方法設(shè)計

為了完成好對工程機(jī)械金屬零件運行故障的監(jiān)測，必須要了解所測金屬零件中相關(guān)部件的物理數(shù)據(jù)和金屬零件的具體工作流程。本文通過繪制出金屬零件的模型工作流程動圖，對比計算得來的相關(guān)物理數(shù)據(jù)的可靠性數(shù)值來確定其故障的具體位置，以下為詳細(xì)的監(jiān)測流程。

1.1 繪制所測金屬零件的草圖

首先要理解元件，即由人工根據(jù)金屬運行故障的相關(guān)工作經(jīng)驗，根據(jù)所測金屬零件的實際情況篩選出所需測量的物理量作為主要元件參數(shù)。所需物理量主要包括：液壓缸沖程的長度、活塞的半徑、軸承的半徑等在模型構(gòu)建中起決定性作用的有價值參數(shù)；其次采用隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法對有價值的物理量進(jìn)行分類計算：對所測金屬零件體現(xiàn)出的故障類型進(jìn)行分類：絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)作為備用集數(shù)據(jù)，余下少數(shù)的數(shù)據(jù)作為實際應(yīng)用數(shù)據(jù)，利用實際應(yīng)用數(shù)據(jù)繪制出金屬零件的草圖。隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法的計算公式為：

式中：v為金屬零件工作時的速率；Qv(t)金屬零件的流量；t為工作時間；A1為金屬活塞的外底面積；A2為金屬活塞的內(nèi)底面積；D為金屬活塞的外環(huán)直徑；d外金屬活塞的內(nèi)環(huán)直徑；利用篩選出的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)在計算機(jī)上繪制金屬零件的草圖。

1.2 基于AMESim軟件繪制金屬零件的仿真圖

對隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法所得草圖利用AMESim軟件進(jìn)行改良，繪制出金屬零件的精確仿真圖，并做出金屬零件的動態(tài)工作模擬狀態(tài)，通過加深對金屬零件工作原理的理解，從而估計出更精確的可靠性數(shù)值。

AMESim是法國的IMAGINE公司設(shè)計出用于機(jī)械系統(tǒng)建模的新型軟件，其工作流程分為4步：首先在不同的應(yīng)用庫中選出的現(xiàn)存模型，對隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法搭建的草圖進(jìn)行模型替換；其次把此系統(tǒng)中的每個圖形模塊都在AMESim圖庫中找到對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，作為建模中的子模型模式；之后再審定每個圖形模塊需要的特定參數(shù)作為建模中的參數(shù)模式；最后運行仿真繪出所測金屬零件的模型圖。

1.3 監(jiān)測金屬零件的運行故障

對所繪制的動圖進(jìn)行力學(xué)理論分析，推測出所測金屬零件中元件的實際工作狀態(tài)，從而依據(jù)測出的具體物理數(shù)值估算出其可靠性數(shù)值作為參考；然后將金屬零件的部件實際工作情況繪制成折線統(tǒng)計圖。最后參考可靠性數(shù)值，通過觀察繪制出的圖像就可以清晰的找出哪個部件由于運行中存在故障，導(dǎo)致對環(huán)境造成了超出預(yù)計的影響。

圖1 實驗對比結(jié)果

2 仿真實驗

為了基于液壓系統(tǒng)的工程機(jī)械金屬零件運行故障監(jiān)測方法設(shè)計有效性，設(shè)計方針對比實驗，實驗結(jié)果如圖1所示。

實驗結(jié)果如圖1所示?？梢郧逦目闯?，本文設(shè)計基于液壓系統(tǒng)的工程機(jī)械金屬零件運行故障監(jiān)測方法，檢測故障個數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值相近，傳統(tǒng)方法與標(biāo)準(zhǔn)值差距較大，因此本文方法具備極高的有效性。

3 結(jié)語

本文通過加入AMESim軟件來改良液壓技術(shù)來制作出金屬零件的工作狀態(tài)模擬動態(tài)圖像，從而提高了對其可靠性數(shù)值的估計。

通過先采用隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法篩選出有價值的數(shù)據(jù)，繪制成草圖。再通過AMESim軟件做出精致的仿真工作流程的動圖來協(xié)助其實物的監(jiān)測工作。并通過實驗證實了其在液態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測金屬零件運行故障中的核心地位，有效提高了液態(tài)監(jiān)測技術(shù)中的可靠性，從而提升了監(jiān)測工作的效率。目前我國的現(xiàn)代機(jī)械制品的產(chǎn)值居于全世界首位，但其質(zhì)量不算好，時常出現(xiàn)運行故障問題，所以針對機(jī)械金屬零件的故障監(jiān)測問題，需要我們廣大的研究者和工作人員高度的重視，從而不斷的探索和提高監(jiān)測的技術(shù)，讓其工程任務(wù)事半功倍。