液压故障的模糊诊断原则及有效方法

张纯茂

（山东胜利钢管有限公司,淄博255082）



液压故障的模糊诊断原则及有效方法

张纯茂

（山东胜利钢管有限公司,淄博255082）

摘要：本文阐述了液压设备的故障特征和模糊性，并给出了七种模糊诊断的基本原则。介绍了液压系统故障的模糊现象及相关因素之间的关系，并用数字方法分析了铣刨机液压系统故障诊断。通过操作和运算验证了模糊诊断方法的可靠性和可行性,方法简单，易于推广。

关键词：模糊诊断数学运算方法

引言

液压设备的故障性质有很多方面，有危险性与非危险性、突发性与渐发性、全局性与局部性、突发性与渐发性、先天性、劣化性及滥用性，持续性与临时性等。危险性、突发性和全局性的故障灾难性损失往往由危险性、突发性和全局性的故障造成，所以应该及早对设备进行诊断，在工作中经常见到液压设备故障导致工艺生产中断、造成停产损失的情况。液压设备故障诊断方法有以下几种：①简易诊断技术（又称主观诊断方法）；②基于信号处理与建模处理（数学模型）的诊断方法：③基于人工智能（AI）的诊断方法，模糊诊断利用模糊逻辑识别事物的特性采用多因素诊断，从而可以迅速而准确地确定故障点，达到提高液压没备利用效率的目的。

1 液压系统故障的模糊性

模糊性是由于事物类属划分的不分明而引起的判断上的不确定性度，这种不确定性在自然界、人类社会及工程技术中普遍存在，到处可见。严重的压力波动、过高的系统油温、过低的容积效率、液压泵温升过高、液压马达转速太慢等都属于液压设备故障的模糊现象从故障的原因来分析，液压系统设计不合理、液压元件质量差、维护不良、元件使用的时间太长、操作人员技术水平低等也是模糊的；液压元件损坏程度和产生故障所涉及的范围是模糊的，边界也不清晰。故障的发展应该是一个长期的、模糊的中间过渡过程。

2 液压系统故障模糊诊断方法的基本原则

（1）综合评判原则。这是一种模糊的变换，因为事物具有多种属性，所以评价事物也要考虑到各个方面。人们往往在作出决策之前进行比较，然后选择出最好的方案。在生产规划、故障诊断等复杂的系统中，作出一个决策前，相关因素就应该被尽量多的考虑到，这就是综合评判。其中综合评判的数学模型有一级模型和多级模型。

（2）分层分段诊断原则。采用逐步深入的原则。若干个元件和基本回路组成了液压系统，将这些基本单元分为相应的子系统，然后以寻找深层原因为线索，分层分段深入搜索，利用模糊方法逐步完成对故障原因的定性、定位与定量。省时省力，结构清晰。

（3）采用假设和验证相结合的原则。对液压系统出现的各种故障症状利用模糊方法进行排序和归类,从最有可能发生的故障入手,进行分层分段的测试和深入分析,从而确定故障的存在,这样能实现较高的工作效率。假设发生故障的原因时可以参考引起故障原因的概率值的大小。

（4）过去和现在状况相结合的原则。了解和掌握以下几点利于尽快找到故障:①发生故障时出现的症状;②发生故障时必定不可能存在的特征参量;③以往处理同类故障的成功经验。

（5）对比判别确定故障原则。将被诊断对象分别与严重损坏而无法工作的对象和正常工作对象进行对比,从而发现差异,使问题的分析变得简单明朗。对故障用模糊数学方法作定量描述,所以当系统发生变化时,其细小的差别也能反映出来。

（6）诊断中不能损坏设备的原则。因为元件故障，控制部位失灵等都可能导致液压系统出现故障,所以寻找故障点时,不允许乱拆乱动元器件。避免由于诊断而扩大设备的故障程度。

（7）建立工作中液压系统故障严重程度的判定原则。梯度型故障是比较常见的，因为液压元件故障多磨损和撕裂，逐渐老化的液压油。所以在分析故障原因时，应全面考虑，比较考察造成故障的原因，找出最严重的故障。

指出规则［1］。

3 模糊诊断的基本方法

在过去几年中，模糊控制在液压系统故障诊断中的应用理论取得了一些进展，特别体现在对模糊综合评判故障的排序、故障原因模糊聚类、液压系统劣化状态与趋势的模糊测评等方面。现在根据上述基本原则总结出来一套模糊诊断方法。

（1）确定检查对象。并进行故障分析，再根据现场故障的发生，对不同的类型进行评估。特别是应与已获得的信息相结合，综合分析，为确定评价标准提供依据。

（2）建立评价标准。①找出故障可能产生的每一个错误；②评价故障严重程度并提出模糊评价标准;③找出各种故障原因的相关信息并给出量化评价标准,同时确定模糊关系密切系数;④多次循环上述步骤,继续深入细化。

（3）提出判断结论。用模糊数学进行计算,将计算得出的评价结果与故障原因的标准模型作比较,比值最大者为可能产生故障的部位,从此入手,再进行深入的分析或测试,获得综合评价结果与测试结果,提出判断结论［2］。

图1 模糊诊断工作流程图

4 模糊诊断实例

液压系统工作参数的监测主要包括压力、流量、温度、泄漏和污染程度。对于铣床液压系统的工作参数的监测，一般应包括执行元件的运行速度、位置、输出力（力矩）、振动、噪声等。

（1）故障征兆严重度的定量化。故障征兆的严重程度是故障现象的模糊化认识。可以采用模糊分段评分的方法定量的对其做模糊语言的描述，见表1。

表1

（2）铣刨机液压系统故障诊断的程序框图。铣刨机液压系统故障诊断的程序框图见图2。

图2 铣刨机液压系统故障诊断的程序框图

（3）诊断实例。下面就以铣床运行温度监测参数的液压系统为例，来说明铣床液压系统监控和故障诊断的实现过程。液压油温度在工作过程中，会出现升高现象。一系列的问题会由液压油温度升高引发，如：行走系统驱动力不足，系统工作能力下降。因此，铣床液压油温度检测是必要的。如果液压油温度高，可能出现几种故障：散热器、侧面油泵磨损和油箱油面过低。征兆与故障的关系矩阵见表2。

表2 征兆与故障的关系矩阵

根据铣刨机监测到的状态参数确定症状向量为

即故障原因向量中元素的隶属度为uy1=0.500，uy2=0.600，uy3=0.200。

uy1，uy2之间的差距不大，所以不能做出可靠的诊断结论，可以采用连乘法克服缺点。首先把诊断矩阵中的零元素都改为一个较低值（如0.10，0.05），然后按列把有关元素值连乘，最后可将各原因列所得乘积值的最大者看作诊断结论。进一步计算可得

所以，散热器散热不良为最可能发生的故障，其次可能发生的故障为泵磨损，不太可能发生的故障为液压油油箱油面低。由最大从属原则法可以看出，只要建立诊断矩阵，就可以利用这种方法方便地模仿人的思维方式对故障进行识别，识别的精度受以下方面的制约：

（1）隶属度的正确性。隶属度的正确与否，识别矩阵中故障模式的正确性直接由隶属度的正确性决定，因此，进行正确的关键是选择合适的隶属函数以求出正确的隶属度。

（2）应用正确的识别方法。采用不同的识别方法应对不同的故障模式，其识别结果有一定的差异性，因此在具体的识别过程中，应根据实际情况，选择正确的识别方法，最好建成一个识别方法库，以便在不同的场合灵活地对识别方法进行选择。

5 结语

本文介绍了液压故障的几种模糊诊断原则。在实例铣刨机液压系统故障进行预测和诊断中又运用了模糊数学理论，故障原因的模糊关系矩阵，模糊推理理论。介绍了一种可行有效的方法。在这种方法中，状态参数与故障原因之间的模糊关系矩阵R是由许多同行意见的综合，并且在今后的实践中，它还能够不断地修正和完善，这大大提高了诊断的准确性。因此，这种方法对机械液压故障的诊断有一定的促进作用。

参考文献

［1］湛从昌.液压可靠性与故障诊断.北京:冶金工业出版社,1995.

［2］杨伦标,高英仪.模糊数学原理及应用.广州:华南理工大学出版社,1993.

Fuzzy Principles of Diagnosis and Effective Method of Hydraulic Failure

ZHANG Chunmao
（Shandong Shengli Steel Pipe Co., Ltd,Zibo 255082）

Abstyract: This paper describes the characteristics of hydraulic equipment failure and ambiguity, and gives the basic principles of seven kinds of fuzzy diagnosis. It describes the relationship between blurring the hydraulic system failure and related factors, and digitally analyzed milling machine hydraulic system fault diagnosis. Through the operation and verify operation of the diagnostic method for the reliability and feasibility. The method is simple and easy to apply.

Key words:fuzzy diagnosis, math, methods