基于灰色关联法分析吊车的机械故障

李 雪

（本溪钢铁集团北营公司轧钢厂吊车运行区，辽宁 本溪117000）

基于灰色关联法分析吊车的机械故障

李 雪

（本溪钢铁集团北营公司轧钢厂吊车运行区，辽宁 本溪117000）

灰色关联法是常见用来分析机械故障的方法，它可以判断出故障的各种模式，吊车的各部件如果发生故障，可以用灰色关联法来提供一种分析原因的评价方法。将灰色关联法从理论中应用到实际操作中，机械的故障可以被准确诊断出，分析各组成部分的可靠性，不仅在实际修复吊车的工作中获益，也可以丰富理论知识，理论与实践具体结合可以大大提高工作效率。

灰色关联法；吊车；故障分析

通过灰色关联法在吊车故障研究中应用，对吊车发生故障的可能性进行预判，一般在机械的故障诊断中要进行故障树分析，很多种情况可以造成故障树，在这中间一定有一个最容易发生的概率事件。我们要找到这一模式，利用灰色系统理论来处理一些故障模式的可能性关系。

1 灰色关联法

关联度是对于两个系统间的因素随时间和不同对象而变化的，涉及关联性大小的量度。在一个系统的发展中，如果有两个因素变化趋势有一致性，那么这二者的关联程度就比较高，也就是同步变化的程度较高。如果有两个因素变化趋势不一致，那么这两者之间的关联度就较低。灰色分析法就是分析因素之间的发展趋势一致与不一致的程度，它是衡量因素之间关联程度的一种最普遍方法。

灰色系统理论对各个子系统都做了灰色关联度的分析，旨在用这种方法寻找各系统中存在的关系。灰色关联度可以对一个系统的发展变化进行量化处理，尤其对分析动态的系统有益。

2 灰色关联法的计算

2.1 确定两个数列

一个是表达系统行为特征的参考数列，另一个是影响系统行为的比较数列。参考数列是能够反映系统的行为特征，是数据数列。比较数列是由影响系统行为因素组成的。

2.2 无量钢化分析参考数列与比较数列

因为系统中的各个因素有着不同的意义，所以数据的量纲也并不相同，这样不方便比较，更不容易得到正确的结论。在用灰色分析法进行分析时，我们通常采用无量纲化的方式来处理数据。

2.3 求灰色关联数

参考数列和比较数列的关联数ξ。曲线间的集合形状差别程度就是关联度，是能够作为衡量关联程度的标尺。一个参考数列xo如果有若干比较数列X1，X2，，，，Xn，那么各个比较数列和参考数列在曲线中的点关联系数ξ就可以根据公式算出来，ρ是分辨系数通常在0-1之间，0.5是比较常见的。

2.4 求关联度ri

Ri值越接近1，表示相关性越好。因为关联系数表示的是一个动态系统情况，所以在各个时刻的数值都有所不同，甚至也不止一个，关联系数是比较数列和参考数列在不同时间，也就是曲线中的各个点的关联值，信息太过分散，使得整体性的比较会比较困难。所以，求平均值是一个相对来说比较直观的做法，就是将各个时间的关联系数集中为一个值。Ri-比较数列xi对参考数列xo的灰关联度还可以被称为平均关联度、序列关联度和线关联度。

2.5 排序关联度

我们通常用关联度大小次序来描述因素之间的关联程度。把m个子序列对同一个母序列的关联度排列起来，按照大小的顺序，就组成了关联序列，表示为{x}，它表示了从母序列的角度来看各个子序列的优劣程度。计算得出研究对象和待识别对象中各个影响因子之间的关联度，得到关联度大小的数值，比较数值来判断识别对象在多大程度上影响的研究对象。

3 识别故障模式

每一个特征向量都表示一种故障的模式，故障诊断就是用待检模式来处理故障模式的识别。灰色诊断可以用关联分析法来识别故障模式。如下图。

图 为灰色故障模式识别原理图

4 分析吊车故障

机械产生故障的原因有很多，我们可以用集中不同的特征指标来描述同一种故障，而通常同一种症状又是几种原因共同作用的结果。如吊车大车运行时扭车就有好几种原因：

其一，驾驶室侧车轮组和滑线侧车轮组直径大小不一致。

其二，驾驶室侧和滑线侧大车联轴器磨损程度不同。

其三，驾驶室侧和滑线侧大车减速机磨损程度不同。

其四，驾驶室侧和滑线侧有一侧大车电机故障。

其五，驾驶室侧和滑线侧甩电阻接触器故障。

其六，驾驶室侧和滑线侧有一侧电器线路故障。

检测量和故障特征之间是一种非线性映射，同理，故障特征和故障源之间也同样如此。故障的不确定性与多样性以及各部分之间的复杂联系都使得故障诊断成为难点。

吊车的主要结构是有平台栏杆，运行机构，大车，小车和电器部件组成。平台栏杆是有四个方向的栏杆组成，运行机构包括减速器、制动器、联轴器、传动器、主动车轮组和从动车轮组构成。大车包括主梁和端梁。小车包括运行结构、副起升和主起升。各个部分的复杂程度不同，技术含量也不同，要综合考虑个中因素，并得出部分失效的概率数据。一般来说，平台栏杆的失效概率值为5×10-5。运行机构的失效概率值为1×10-2。大车的失效概率是2×10-4。小车的失效概率是2×10-3。电器部件的失效概率是1×10-2。

5 结语

文章讨论了灰色关联法在分析吊车故障中的应用，故障树底可以用来判断各类故障模式可能性的大小。在实际的吊车操作过程中减少不必要的诊断麻烦，从而提升了工作效率。此外，灰色关联法可以用于分析各类机械装置的可靠性。

［1]王宇杰，庞兵.机械故障智能诊断方法研究［J].黑龙江科技信息，2011（06）.

［2]龚雪.工程机械智能故障诊断技术的研究现状及发展趋势［J].机床与液压，2011（14）.

［3]吴道俊.车辆疲劳耐久性分析、试验与优化关键技术研究［D].合肥工业大学，2012.

李雪（1983—），男，满族，辽宁锦州人，大学本科，工学学士学位，助理工程师，机械设计制造及其自动化专业。