物联网技术在液压系统故障诊断中的应用研究

王建军，郝素兰，刘欣玉

(1.安徽机电职业技术学院机械工程系， 安徽　芜湖　241002； 2.安徽康海时代科技股份有限公司， 安徽　芜湖　241002)



物联网技术在液压系统故障诊断中的应用研究

王建军1，郝素兰2，刘欣玉1

(1.安徽机电职业技术学院机械工程系， 安徽芜湖241002； 2.安徽康海时代科技股份有限公司， 安徽芜湖241002)

[摘要]液压传动靠液压油传递运动和动力，液压油的流动状态无法直接观察，造成了液压系统故障难以诊断，严重影响生产效率.物联网技术在各行业中的广泛应用，特别是物联网同机械工业的结合，为机械设备监控和监测引入了新的理念和方法.利用物联网中的无线传感技术对液压设备进行参数的实时采集和分析，可以在早期进行故障预警以及进行故障分析诊断，可以降低设备的维修、维护等费用，提高设备可靠性和延长设备使用寿命.本文针对四柱式液压机系统中的故障诊断问题，给出了基于无线传感技术的液压机故障诊断系统方案，验证其诊断故障的快速性，并将无线传感技术应用于液压系统故障诊断，为液压设备远程监控与故障分析提供方便.

[关键词]液压传动；无线传感技术；故障诊断；设备监控

由于液压传动有着单位质量传递功率大、传动平稳、易于控制等其他传动相比不可比拟的突出优点，特别是随着现代电子技术和计算机技术的发展，液压传动技术发展迅速，在工业中起到了举足轻重的作用.液压油在密闭系统内传递动力和运动，其流动状态不可见.因此，液压系统出现故障难于查找和诊断，严重影响生产.

液压系统故障大都是事后诊断，现场处理，无法提前预知.所有的故障均需要维修工到现场诊断和维修，故障排除比较耗工耗时.因此，如何实现快速诊断和排除液压系统故障，甚至提前发现系统运行异常，提前排除可能发生的故障，都是各生产厂家十分重视的问题.笔者利用近几年迅速发展起来的物联网中的无线传感技术用于设备液压系统参数实时采集和监测，可以提前发现液压系统相关参数异常，在故障出现之前实现预警；出现故障后通过参数分析，能够快速发现故障原因，大大降低维修成本和延长设备液压系统的使用寿命.

1系统总体设计方案

液压系统故障诊断总体方案设计如图1所示.主要利用物联网中的无线传感技术，根据无线传感网监测数据传输，远程监控液压系统运行状况，并快速诊断分析故障原因，在此基础上研究开发和实现智能化的设备液压系统故障诊断技术.

面向无线传感技术的液压故障诊断方案框架按照研究计划，总体分为三层：参数信息采集层、数据信号输送层和综合分析诊断层.在采集层，在液压机液压系统监测点安装相应的压力和流量感应器等信息传感设备，进行系统信息的采集.数据输送层把采集层所采集到的液体压力、流量等重要数据传到计算机数据库.综合处理层对采集到的数据库信息进行分析诊断后，能够提供相应的维修策略.

图1　故障诊断系统设计方案

第一层可以通过传感器进行实现.第二层即数据传输过程，可以采用无线通讯技术(GPRS)实现.第三层是技术人员针对数据信息快速诊断出液压故障源，也可以提供相应的程序接口以供用户在此基础上进行进一步的开发.

2液压机故障现象

液压机为YB32—200型，主液压缸最大压制力为200吨.该液压机有两个液压缸：上液压缸为主液压缸，实现“主缸快进下行→缓慢进行加压→保压并延时→泄压快速退回→原位停止”的典型工作循环；下液压缸为顶出缸，主要作用是顶出压制好的工件.

图2　液压机故障现场

液压机故障现象为启动后上缸下行但不能快速，行至1/3行程左右停止不能继续下行.采用传统的故障分析方式，经过液压回路分析和相关元件拆卸，发现液控单向阀13弹簧变形并且阀芯因杂质卡死.这个故障排除比较简单，但大部分时间是花费在寻找故障原因上.

3利用压力测试排除故障方案和实施

针对此液压机进行无线传感检测可以设置参数监测点，如图3中①～⑧布置.探索利用无线传感技术实现液压故障的快速诊断，在关键点分别安装压力和流量传感器还原上次故障.根据图3所示，检测液控单向阀13的故障仅需在①处安装流量传感器，在②处安装压力传感器.方案采用压阻式压力传感器和流量计，设计方案和电路如图4所示.将压力传感器和流量传感器安装于设备监测点.

图3　液压机液压系统工作原理图

图4　压力和流量测试方案设计

启动液压设备，监测点压力表显示压力数值.观察流量计显示的数值，得到的数据为①处流量为0，而②处压力为5 MPa(恰好是调压阀15的调定压力).这两个数据可以说明液控单向阀13的阀芯没有开启，也就是油箱12的液压油不能进入液压缸14进行充液加速.通过分析可迅速判断出是液控单向阀的阀芯卡死不能打开，将液压阀拆卸清洗即可排除故障.

4结论

利用物联网中的无线传感技术可以将液压传动中的液压流动状态的不可见变为参数化显示，通过分析相关参数可以得出液压设备的运行状态，可以提前预警可能发生的故障和对故障进行快速诊断分析.

液压传动系统是工程设备的核心部分，系统复杂，出现事故后损失大.即使是正常维修，也会产生很大的设备维修量和维修费用.若液压系统出现故障，设备将不能正常工作而影响生产，造成经济损失，甚至会危及工人安全.因此，对液压系统进行故障监测和诊断能及早发现故障并预防故障程度的恶化，以达到减少故障损失、提高操作人员安全性和设备稳定性的目的.研究液压系统远程监控和故障诊断还有助于改进液压系统，对减少或消除设备常见故障有重要的作用.

[参考文献]

[1]董增寿. 面向泵车的故障诊断技术研究[D]. 太原：太原科技大学，2013.

[2]石闪闪. 工程机械远程故障诊断中的数据处理技术研究[D]. 太原：太原科技大学，2014.

[3]周翔，何明，夏利锋. 物联网与工程机械[M]. 北京：电子工业出版社，2012.

[4]张旭婧. 多传感信息融合在液压故障诊断中的应用[J]. 液压气动与密封，2012(6)：9-12.

[5]袁三强. 密炼机的液压系统改进[J]. 重庆文理学院学报(自然科学版)，2010 (6)：32-34.

(责任编辑穆刚)

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

[中图分类号]TH137

[文献标志码]A

[文章编号]1673-8004(2016)02-0106-03

[作者简介]王建军(1980—)，男，河北衡水人，讲师，硕士，主要从事液压与气压传动方面的研究.

[基金项目]安徽省高校省级科学研究项目(KJ2013Z032)；安徽机电职业技术学院院级自然科学研究项目(2015yjzr08).

[收稿日期]2015-09-30