国内外机械故障诊断技术研究综述.docx

国内外机械故障诊断技术研究综述工程机械在「程车辆中占有相当大的比重，在工业与民用建筑、矿山采掘、 水利电力施I、交通运输、农机工程、油田出法、港口建殳和军Hi:程施工等存 类工程中都有着广泛的应用口L其工作的安全性、可靠性，其系统的可维护性大 大影晌着匚程机械的【作效率,从而影响到「程的进度-但是,「程机械足『常 复杂的机、电、液一体化的系统，涉及的专业知识面广，结构也复杂，给维修和 维护带来很彩的麻烦以故障诊断技术目的出现.为提高系统的可节:性和安全性 开辟了一条新的途径.近年来智能技术的发展引起许多学科的口益重视智能强 障诊断技术也曲用佗了工程机械中【支这些方法也逐步附用在门交掘机故障诊断 的领域，并取得r 些成果，但是现今研究的「程机械故障诊断装置一股只针时 某•车型或某一装置，不口有通用性.车我诊断系统OBD (OnHoard Diagiiostic System)，最早出现在美国叫 通 过车上一安装的随车逡断装置，实时监测机车的运行状况，一旦发现问题，立即通 过故障指示灯向驾驶员显示，并存储战障代码与有关数据,从而提高『机车的安 全性与诊断的祖;确性维修人员通过5用的诊断仪或某些规定的方法，能盛获取 随车逡断系统所存储的故障代码与他呼数据,因此可以更胜硝地判断故呼部位和 故隙原因，提障了诊断的效率。

但是OBD只在轻型汽车上得到了广泛的应用.在直型车上的应用才处于刚 刚起出的状态肛叫 若将车载诊断系统成功地应用在挖掘机上，n［使雄修人员 实现不解体维修，将大大减轻了维修的难度，缩短诊断和维修时间，提高推修的速 度和质此最终提高工作效率和经济效益.若能将车内自诊断系统与，外强大的 智能诊断给合在起网进一步提高诊断的海确性.这对于在1：作环境比较特殊的「程机械来说,R行很好的现空意义和爹考价值口故障啰断技术（F名uh Di a gnosis Tvchnique）是 门（L含很名新科技内容的综合 技术，其基本原理是根据系统运行过程中产生的各种佶息，判断系统运行状态的 正常与否，识别系统是否发生r故障因而它能实现系统在带负荷运行，或基本 上在小拆纪的情况卜.通过对K状态参数的检测和分析,判定是杳存在异常和故 障及故障位置和原因，并对系统未来状态进行预测.故障诊断技术是60年代后 I训首先在美国出现的，最初的目的是TH：对航空航天、核能、军事系统进行早 期异常悔测.计算机和微电『技术的迅速发展使系统越来越复杂，这也促进了逡 惭技术的发展由“现代故障诊断的方法可以分为基于解析模型的方法、基于信号处理的方法和 基于知识的方法三人类口口」以1,即丁箭析模型的故障诊断方法基F解析模型的故障诊断方法是最早发展起来的，它又可分为状态估计诊断 法、等价空间落断法以及参数估计诊断法等等.读方法是以现代控制理论和现代 优化方法为指导，以系统的数学模型为捷础,利用观测器f组）、等价空间方程、 Kalmm滤波器、参数模型估汁和辨识等方法产生残壬，然精乱「某种址则或网 值对该残差进行评价和决策.基于模型的故障诊断方法能与控制系统紧密结合， 是监控、容错控制、系统修复和重构的前提.2,居于信号处理的故埼诊断力法当难以建立被诊断对象的解析数学模型时，基于信号处理的诊断方法是非常 有用的.因为这种方法回避「建立对了数学模型的肃点,直接利用信号的各种时 频统计特征，如相关函数,而阶统计能、频谱和自回归滑动平均过程等来校利故 旧的发生.它乂分为：1）基于小池变换的故障诊断方法【1% 该方法无需对象的数学模型，对喋， 的抑制能力豉，有较高的注敏度和较小的运算量，可进行件:线次时故障检测，是叫很书.前途的故障逡朴方法，2）拿于输出信号处理的诊断方法 系跣的输出在幅值、相位,频率及相关 性I会j相净存-在一定？:龙东,记火眠上J-V打打特'定的虾中口一如输出J止的 频谱等）表达“九龙:生故障时，则可利用这些量进行分析与处理.切断林降源的 所在，常用的方法有错分析法、概率密度法，相关分析法和互功率谱分析法等.3）基于时间序列特征摄取的诊断方法n K从本原押是:选取与故障外接相关 的状金变电，建立时间序列过祝模里，，检T!参数作为特征矢心来判别败隙类吧, 它包括故障特征的白学习和时间序列的模式识别两个过程.4）基于信息触含的诊断方法【卬3信息融合是多源信息综合处理的一项新 技术.它能将来白某- U标的客源信息加以智能化合成.产生比单■信息源更精 翻.更完全的侍计和判决，可以解决对复杂条纶道打故障诊断时存在的心号点噪 比低，此斯町信度低等问题。

3,总干知讯的故障诒新力法范丁知识的故障濠断方法是以知识处理技术为基础，通过引入渗断对象的救 域亏家经验知识,实现辨证逻辑与题理逻辑的集成,推理过程与算法过程的统工 达类方法可分为以下儿科：1 J .卜裨”网络的智能囹所技术口屿:丁旗固由于神部网络具有自学习和能拟合任意连续非践性函数的能力.以及有并行 处理、全局作用的优点,使得它在处理非线性向起及估计方面有着粮强的优 势：而其上要靓点在于它的知识分布于网络结构和网络权伯中，推理的解群机制 不明确.且神箜网络系疣的学习周期长,收敛速度慢,对十个网络的训练需要耗 费纹多的时间2］邛于校格逻辑的智能涉断技术也叫模糊谬断根据模期集合论征兆空间［i故障状态空间的某种映射美系，山征兆 来造断故障.璜期集会论尚未成熟，如模糊集点论中元素隶属度的确定和两模糊 集合之间嘤射美系规律的确定那也没仃统 的步法可循，通常只能凭经验和大信 流验来的定,3）曷Fifi传克法的智能诊断方法口方遗传算法是模拟生物白然进化过程的人工算法，这种算法具有很强的全局 优化搜索能力,并且具有简单通用、鲁棒性强、具有隐并行结构等优点,将遗传 算法成用I’故障诊断是近年来的最新班究成果T川」居于遗传和法的最优统计聚 类分析法可以通过对不同［况及各种故障状态下的系统监控参数测址值进行聚 类分析，来提取系统的各种故障模式及匚况模式,组成典型故障数据集,存入专 家系统知识库中.更新知识而，增强诊断能力、扩大诊断范围,D基于专家系统的智能诊断技术也翻故障诊断仁家系统是研究最名、应用最广的一类智能诊断系统.它的内容包 括诊断知识的表达、诊断推理方法、不确定性推理以及诊断知识的获取等，目前 存在的上要问题：缺乏有效的诊断知识表达方式，不确定性推理方法、知识获取 和故障诊断困难等’胡天明、樊博浩等人在挖掘机港*系统和挖掘机中应用 『专家系统*5）基于故障树的智能诊断技术⑴故障树分析是一种针对某个特定的不希望事件的由因到果的演纾推理分析， 它将系统故障形成的原因由总体至部件按树状逐渐细化.故障树分析具有直观, 灵活，通用等优点，其缺点是复杂系统建树及其计算的I.作量大，数据收集困难, 而且要求分析人员对研究对象的故障形成机理仃透彻的了解，以避免在建树过程 中错漏和脱节,张武松等人将故障树分析用在挖掘机液氏系统故喳诊断中，实现 r挖掘机液水系统的渗断:入篁他诊断方法K他诊断方法有模式识别-诊断方法.定性模型诊断方法以及其于灰色系统 理论的诊断方法等.另外还包括前述方法之间互相融合、互补不足而形成的一些 混合诊断方法.液田工程机械足一个复杂的集机榛、电子、液位于一体的综合系统,其故障 主要包括机械、电广和液田三个方面的单故障.以及三方面交叉的复合故障,最 终在其相应功能上去现出来四口上期以来.对工程机械的故障诊断还主要靠经 验丰富的维修人员或专家来解决，主要是通过门问”、“看:“听，，，摸”、“试” 的方法来解决故障问题围，这需要熟悉掌握1 .程机械的电拧系统和液用系统等,并在实践中逐步积累*出的经验。

班F解析模型的故障诊断方法显然不适合用在工程机械上，由于工程机械系 统的复杂性，我们无法建M出精确的数学模型.血基户信号处理的方法和基于知 识的方法由于不需要准确的对象数学模型.因此更适合于复杂设备的故障馀断. 以二号处押技K为手段的现代诊备畛新技术收制广时显的成果做进一力的理论 :j也比纯果莅町 冷『叫 m「段和「” —.；将沙断勺为厂也1一八仃机 的整体，大多是利用诊断对象所表现出来的特定信号蔺征信号）来诊断特定类型 的肢障，对多故障同时发生和各种故障之间可能存在的相互联系及影响难以分 析.人_L智能在故障诊断锁域的成功应用.将传统故障诊断提岛到了一个新的水 平——料能化诊断水平，克服了传统诊断方法存在的此困碓.有单解决好杂 系浇的故障诊断时物门但足只凭单一的诊断技术很难取得令人满意的效果,所以故障诊断有以下发 展趋势，1）多传感器的数据融合技术*2）实时故障检测算法:3）混合裆腮故障诊断技术:4）■于因特网的远程协作诊断技术;5＞以故障检测及分离为核心的容错控制、监控系统和可信性系统研究口L2J OBD技术及应用车载自诊断系统（On Bead Diagnostics）最初是为了有效地控制汽车尾气棒 放污染而研制的实时监4技术曜丸.车载中的诊断软件，传感器、执行器，外困 的囹断谀备一起共同裕成了 OBD系统.QBD系统可以防时监控汽车上与排放相 关的部件，来判断汽车是否尾气超标* 一旦某些部件发生故障而到时排放超标. 系统会“上发巴警示,故障指小灯［MIL）或检直发动机（Check Engine）警告 灯点亮,同时动力总成控制模块（PCM）将故障信息存入存储需,通过解码器 可以携故障代码读出网,但是现在的厂家所设计的OBD系统要比政府要求的强 大的名,超出了只对排放相关的功能抑元器件进行监控.第一代牛：载谬断系统即OBD"最早出现在20世纪*0年代的美国，初期的OBD系统没仃自检功能，只是通过恰当的技术方式最除?刑员个柄出现r故隙u 1994年之后，产生了 OBDJI系统. OBE-H系统与以前的所有车我自诊断系统 不同之处在于其有畔格的排放针对性,其实质性能就是监测汽车排放。

’与汽车排 放的揣气化碳(CO)、碳氯化合物(HC)、氮父化仔物(NOa)或燃油蒸发污染 最超过设定的标准.故障灯就会点亮报警团.9第一代诊断系统相比.0BD4T 的功能更全，诊断功能策略更加复杂，标准更加规范OBD・II诊断秀统的优电 性主要体现在如卜方面总叫1)OBD-II系统更侧童于持放控制相关的诊断除「OHD-I中能够检测的 项目之外.0BDJI对检测的范阳进行了扩充.凡是能够引起车辆排放超标的部 件和子系统都要被诊断口2) QBD-II标港对汽车内部网塔的通信协议，故障诊断接口、故障代码等部 做「统•的城定.3) OBDJI系统具有行车记隶功能.通过⑴U的仪黯通过0BD4I诊断口可 以将汽车运行中各传感SS相执行元件的工作参数白搂地、随机地显示出来.还可 以在读出故障后，进一步检查发生故障的部位及tt在行驶中的变化情况按照新标准，汽车匕的相关接口、位置、代码都实行标准化,检测时使用一 个通用的标准诊断测试联接器，简称DLC DLC有一个16 11的插头，使用标准 的联接件.汽车的参数能潮七住,可按照OBD4T标准结构的检测仪器读取，不管 什么品牌的车显示的故障代码符号和含义是一样的,车辆识别信号能自动传输到 检测仪器上，当车辆发生故障时壶的记录并存入车载电脑存储器内.不管何时. 发生故障时都能够存储代内，检修后检测仪器能够删除存储在车载电腼存储器内 的故障代码13皿.OBD-n系统作为集成于发动机电子控制系统的一部分.要求检测任何一 个相关的部件和系统，如催化转化器效率、氧传矮器劣化回、发动机失火的、 施发排放捽带系统、燃油泵纭EGR皿丽等，其重点监捽的对象只有3个指标,' 个是催化传化器密换效率仃没仃F降，另个是发动机有没有失火，还有个就 是宣传嬷器是不是比化口工显然OBD-II呆统对监测汽车排放卜分有效，但驾驻员接受不接受警告全凭 “自觉:2004年以后，产生了比OBD・II系统更先进的OED-ni系统，OBD-HI 系统使检测、维。