某型车辆输送机构液压系统故障诊断新法

摘要： 本文针对某型车辆输送机构液压系统故障诊断困难的问题，提出了基于模糊理论的新型液压系统故障诊断方法。应用实例表明，该方法能为该型车辆输送机构液压系统故障诊断提供有效的思路。

Abstract： In order to solve the difficult of fault diagnosis on hydraulic system of a certain type of vehicle transport machine， a new fault diagnosis method of hydraulic system has been proposed based on the fuzzy theory. Application examples have shown that this method can provide effective ideas for fault diagnosis on hydraulic system of a certain type of vehicle transport machine.

关键词： 输送机构；故障诊断；模糊；铁谱

Key words： transport machine；fault diagnosis；fuzzy；iron spectrum

中图分类号：TH165+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）08-0076-02

0 引言

随战争发展起来的液压技术由于其独特的优势，在世界各国各行业的装备中得到了广泛的应用，当然在现代各型车辆中也不例外。但液压系统一旦出现故障，很难诊断。若车辆中液压系统的故障不能及时发现并排除，势必影响车辆正常的使用。为减少液压系统故障诊断的盲目性以及拆装工作量，本文结合某型车辆输送机构典型液压故障，提出了一种基于模糊控制理论的新型液压系统故障诊断方法。

1 某型车辆输送机构液压系统模糊故障诊断模型

1.1 典型故障现象及故障原因 输送机构是某型车辆的重要组成部分，其主要功能是将车载物品输送至车辆物品出口处，为物品的向外卸载做好准备。输送机构液压系统主要由液压泵、液压马达、电磁换向阀、储油罐、电机等组成，在工作过程中其典型故障现象为输送不到位或输送过程欠速，输送不到位故障原因主要有以下几种：电机故障；双联泵故障；液压马达故障；电磁换向阀故障；油液泄漏量较大；油液杂质较多；储液罐液位过低。输送过程欠速的故障原因主要有以下几种：电机故障；双联泵故障；液压马达故障；油液泄漏量较大；系统内进入空气；油液粘度较低。由于液压系统故障诊断存在着典型的模糊性，考虑利用模糊诊断评价方法简单的特点来进行故障诊断应收到良好的效果。

1.2 建立故障征兆集与故障源集 根据故障征兆是否出现情况，得到故障征兆向量■={x1，x2，…，xm}，其中xi=0或1，1代表故障征兆出现，否则为0。将上述输送机构在运行过程中的两种典型的故障现象作为故障诊断的故障征兆集，即■={x1，x2}，其中x1表示输送不到位；x2表示输送过程欠速。将故障征兆的自然语言描述用模糊语言变量值及评价从属度来描述，将其语义分为5档，输送不到位的语言变量为：完全不到位、很不到位、较不到位、稍不到位、完全到位，分别对应区间[1.0，0.8]，[0.8，0.6]，[0.6，0.4]，[0.4，0.2]，[0.2，0]；输送过程欠速的语言变量为：速度为零、速度很低、速度较低、速度稍低、速度正常，分别对应区间[1.0，0.8]，[0.8，0.6]，[0.6，0.4]，[0.4，0.2]，[0.2，0]。

输送机构液压系统故障由1种或几种原因引起的，将所有的故障原因作为故障诊断的故障源集，即f={f1，f2，…，fn}，若输送机构出现输送不到位和输送过程欠速两种故障征兆，其故障源集f={电机故障f1，双联泵故障f2，液压马达故障f3，电磁阀故障f4，油液泄漏量较大f5，油液杂质较多f6，储液罐液位过低f7，系统内进入空气f8，油液粘度较低f9}。模糊诊断矩阵■是表达输送机构液压系统故障征兆向量与故障源向量之间因果关系的，矩阵中每个元素rij即第i种征兆xi属于第j种故障原因fj的隶属度，因此隶属度函数的确定是模糊诊断中的重要环节。由于模糊规则的制定者在专业知识、实践经验等方面存在着差异，因此对于同一个现象，不同的人会使用不同的确定隶属度的方法。考虑到液压系统的不断运行，由于磨损和疲劳等因素的影响，隶属度在不同工作状况而有所不同，本文在基于多因素加权综合法构建模糊矩阵的基础上提出了一种以铁谱技术为基础的模糊关系动态变化的隶属度确定方法。

1.3 模糊诊断矩阵的构造

1.3.1 采用多因素加权综合评判 常用确定隶属度的方法有两种：模糊统计法和专家经验法。

模糊统计法是基于概率统计的基本原理，对于n次试验，u0对A的隶属频率=■。结合车辆管理部门对输送机构故障的维修记录，由记录数据统计确定隶属度aij：aij=■。

专家经验法是根据专家的实践经验给出相应权系数值来确定隶属函数的一种方法。为了提高专家经验的可信度，找到多位该领域的专家，每位专家根据经验将产生同一故障现象的各个原因按产生故障的概率从小到大进行排序，N位专家共作出N种排序数，将每个专家的排序数求和，进行归一化处理，可得到隶属度bij。这种方法要求专家具有丰富的液压系统维修经验，才能保证经验知识的准确性。

由于车辆管理部门对故障统计方面的数据记录有限，又由于专家主观判断难免出现纰漏，为了更为客观准确地确定隶属度值，本文综合模糊统计法和专家经验法，采用两种方法分别加权，综合得到隶属度的方法，即多因素加权综合评判法，为了反映各评判因素的相对重要程度，对每个因素按其重要程度赋予相应的权重：设模糊统计权重为A1，专家经验权重为A2，其中A1？叟0，A2？叟0，A1+A2=1。则由经验数据及专家经验的综合模糊隶属度为rij=A1aij+A2bij，（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），从而构造模糊诊断矩阵■=（rij）m×n。

1.3.2 建立动态模糊关系 动态模糊理论是为了适应实际的需要，各因素的相对权重和模糊关系矩阵在评判对象不同的发展阶段，做出相应的调整。液压系统发生故障的原因有80%～90%是由于油液污染造成的，其中固体颗粒的危害极大，它主要来源于液压元件在长期使用过程中零部件的不断磨损，磨损不仅破坏了液压元件的密封、增大了泄漏，磨损颗粒混入油液后还会导致磨损的恶性循环，使液压系统产生故障，因此液压系统故障诊断与定期监测液压油液中磨损颗粒的形态、数量等关系重大。

通过对磨损颗粒进行铁谱分析，可以准确地获得液压系统有关磨损方面的重要信息。它能够在不拆开系统的情况下报告其磨损状态，反映运行情况。因此，通过定期抽检输送机构液压油油样，进行磨粒浓度及形态分析，可实现输送机构液压系统磨损状态监测。通常按照铁谱监测的液压系统的磨损颗粒大小将系统运行分为正常运行阶段、异常磨损阶段、严重磨损阶段三个阶段，磨粒尺寸小于属正常磨损，当出现尺寸为的磨粒时，表明系统已处于严重磨损阶段，故障随时可能发生。元件磨损程度不同，说明系统运行时间不同，元件疲劳程度及油液质量也就不同，故障原因排序自然会发生变化，就以这三个阶段的分隔点作为模糊关系动态变化的分隔点，根据专家经验，将各个故障原因在不同阶段赋予不同的隶属度。

1.4 诊断原则 模糊推理的公式为■=■？莓■，公式中■为故障征兆的隶属度组成的向量，“？莓”为模糊算子，■为由模糊隶属度组成的模糊诊断矩阵，■是由推理公式得到的故障原因模糊向量。公式中模糊算子“？莓”有几种运算方法：模糊变换法、以“乘”代替“取小”、以“加”代替“取大”等，拟采用模糊变换法。对于计算出的故障原因模糊向量，利用最大隶属度原则来推断。即设yt=max{yj|j=1，2，3，…，n}，则由最大隶属度原则推断故障原因为yt，即为第t故障原因。

1.5 诊断流程（图1）

2 应用实例

某型车辆在使用过程中发现出现输送机构输送不到位且速度稍显不足的故障，采用模糊理论与铁谱分析相结合的方法对该液压系统故障进行诊断，主要步骤如下：

现场观测，确定故障征兆集：■={输送很不到位，速度稍低}，用模糊语言变量表述可得到征兆向量隶属度为■=（0.7，0.3）。

确定故障源集：f={电机故障f1，双联泵故障f2，液压马达故障f3，电磁阀故障f4，油液泄漏量较大f5，油液杂质较多f6，储液罐液位过低f7，系统内进入空气f8，油液粘度较低f9}。

由铁谱分析确定系统使用时间：油液抽样进行铁谱检测，磨粒尺寸小于15？滋m，属正常磨损阶段。现有三名专家根据铁谱分析结果，即在正常磨损阶段下，分别给出产生故障的各个原因的概率从小到大的排序数：

专家一给出排序数：■

专家二给出排序数：■

专家三给出排序数：■

求和归一化处理得专家经验隶属度：

■

将统计数据隶属度与专家经验隶属度进行综合加权，设专家经验权重为A1，经验数据权重为A2，其中A1？叟0，A2？叟0，A1+A2=1，则由统计数据和专家经验确定的综合模糊隶属度为rij=A1aij+A2bij。由车辆管理队长期积累经验确定A1=0.5，A2=0.5，则由

rij=0.5aij+0.5bij得综合模糊诊断矩阵为：

■

利用模糊变换法求解模糊方程■=■？莓■，

y1=（0.7∧0.202）∨（0.3∧0.111）=0.202

y2=（0.7∧0.179）∨（0.3∧0.048）=0.179

y3=（0.7∧0.179）∨（0.3∧0.127）=0.179

y4=（0.7∧0.226）∨（0.3∧0.000）=0.226

y5=（0.7∧0.107）∨（0.3∧0.254）=0.254

y6=（0.7∧0.036）∨（0.3∧0.000）=0.036

y7=（0.7∧0.071）∨（0.3∧0.000）=0.071

y8=（0.7∧0.000）∨（0.3∧0.238）=0.238

y9=（0.7∧0.000）∨（0.3∧0.222）=0.222

最终得到诊断故障原因向量为■=（0.202，0.179，0.179，

0.226，0.254，0.036，0.071，0.238，0.222），由最大隶属度原则，y5=max{yj|j=1，2，3，…，9}，所以诊断的故障原因为第5原因，即系统油液泄漏量较大。

3 结论

液压系统由于其自身的特点，能快速准确地得到故障原因实在不是一件容易的事情。由于车辆液压系统在故障诊断过程中普遍存在着模糊的概念和方法，将模糊理论应用到某型车辆液压系统故障诊断中。考虑到液压系统由于磨损和疲劳等因素的影响，其故障隶属度在不同工作状况而有所不同，本文提出了一种基于先期的铁谱分析技术来确定系统磨损情况，进而由专家根据系统运行状况来给定模糊隶属度的方法，最后采用最大隶属原则进行故障诊断，为某型液压系统故障诊断提供了一种新的方法，提高了诊断的准确性和可靠性，为建立故障诊断专家系统提供了较有价值的设计思路。

参考文献：

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