基于液壓系統(tǒng)的工程機(jī)械金屬零件運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

張友坡

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司煉鋼部，山東 日照 276800）

目前我國(guó)的機(jī)械制品的銷售量和銷售額已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過美洲，歐洲的所有發(fā)達(dá)國(guó)家，成為名副其實(shí)的工業(yè)大國(guó)了[1]。在機(jī)械工程的制造中最常見的問題就是金屬零件的運(yùn)行故障問題，而對(duì)于運(yùn)行故障的監(jiān)測(cè)最有效的辦法就是液壓技術(shù)了。液壓技術(shù)中液壓系統(tǒng)的組成共有五部分：動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油[2]。液壓系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)具有許多無可替代的優(yōu)點(diǎn)，如最直觀的圖像數(shù)據(jù)，控制性極強(qiáng)，容易安裝等而備受青睞。但也有不少的缺點(diǎn)，如耗電量大，可靠性低等。由于故障模式一般有泄液、噪聲、振動(dòng)過大、油液過熱、壓力波動(dòng)、機(jī)械失靈和流量不足等，均可對(duì)環(huán)境造成極大的污染。所以金屬零件的故障問題對(duì)極大的影響我們的環(huán)境安全，對(duì)金屬零件的分析越透徹監(jiān)測(cè)出的故障問題越多那么環(huán)境就越安全。可靠性即對(duì)所測(cè)金屬零件各個(gè)部分進(jìn)行針對(duì)性檢查的理論參考系數(shù)?？煽啃缘乃磉_(dá)的含義為：在規(guī)定的條件和時(shí)間下，可以達(dá)到規(guī)定的功能，簡(jiǎn)言之同時(shí)達(dá)到三個(gè)規(guī)定即為可靠。具有了可靠性才能使用合理的工程技術(shù)手段，并運(yùn)用高等數(shù)學(xué)工具構(gòu)建仿真模型，在分析中找出不足之處，如果可靠性低則就說明液體系統(tǒng)的工作性能差，所以想要提高液體技術(shù)的工作效率就必須提高其可靠性，本文基于目前存在的可靠性低的問題將AMESim軟件帶入液態(tài)系統(tǒng)技術(shù)中通過構(gòu)建模型的方法分析所測(cè)零件的工作原理，而得到更精確的可靠性，進(jìn)而提供液態(tài)系統(tǒng)技術(shù)的監(jiān)測(cè)效率。

1 基于液壓系統(tǒng)的工程機(jī)械金屬零件運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)

為了完成好對(duì)工程機(jī)械金屬零件運(yùn)行故障的監(jiān)測(cè)，必須要了解所測(cè)金屬零件中相關(guān)部件的物理數(shù)據(jù)和金屬零件的具體工作流程。本文通過繪制出金屬零件的模型工作流程動(dòng)圖，對(duì)比計(jì)算得來的相關(guān)物理數(shù)據(jù)的可靠性數(shù)值來確定其故障的具體位置，以下為詳細(xì)的監(jiān)測(cè)流程。

1.1 繪制所測(cè)金屬零件的草圖

首先要理解元件，即由人工根據(jù)金屬運(yùn)行故障的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)所測(cè)金屬零件的實(shí)際情況篩選出所需測(cè)量的物理量作為主要元件參數(shù)。所需物理量主要包括：液壓缸沖程的長(zhǎng)度、活塞的半徑、軸承的半徑等在模型構(gòu)建中起決定性作用的有價(jià)值參數(shù)；其次采用隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法對(duì)有價(jià)值的物理量進(jìn)行分類計(jì)算：對(duì)所測(cè)金屬零件體現(xiàn)出的故障類型進(jìn)行分類：絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)作為備用集數(shù)據(jù)，余下少數(shù)的數(shù)據(jù)作為實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)，利用實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)繪制出金屬零件的草圖。隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法的計(jì)算公式為：

式中：v為金屬零件工作時(shí)的速率；Qv(t)金屬零件的流量；t為工作時(shí)間；A1為金屬活塞的外底面積；A2為金屬活塞的內(nèi)底面積；D為金屬活塞的外環(huán)直徑；d外金屬活塞的內(nèi)環(huán)直徑；利用篩選出的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上繪制金屬零件的草圖。

1.2 基于AMESim軟件繪制金屬零件的仿真圖

對(duì)隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法所得草圖利用AMESim軟件進(jìn)行改良，繪制出金屬零件的精確仿真圖，并做出金屬零件的動(dòng)態(tài)工作模擬狀態(tài)，通過加深對(duì)金屬零件工作原理的理解，從而估計(jì)出更精確的可靠性數(shù)值。

AMESim是法國(guó)的IMAGINE公司設(shè)計(jì)出用于機(jī)械系統(tǒng)建模的新型軟件，其工作流程分為4步：首先在不同的應(yīng)用庫中選出的現(xiàn)存模型，對(duì)隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法搭建的草圖進(jìn)行模型替換；其次把此系統(tǒng)中的每個(gè)圖形模塊都在AMESim圖庫中找到對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，作為建模中的子模型模式；之后再審定每個(gè)圖形模塊需要的特定參數(shù)作為建模中的參數(shù)模式；最后運(yùn)行仿真繪出所測(cè)金屬零件的模型圖。

1.3 監(jiān)測(cè)金屬零件的運(yùn)行故障

對(duì)所繪制的動(dòng)圖進(jìn)行力學(xué)理論分析，推測(cè)出所測(cè)金屬零件中元件的實(shí)際工作狀態(tài)，從而依據(jù)測(cè)出的具體物理數(shù)值估算出其可靠性數(shù)值作為參考；然后將金屬零件的部件實(shí)際工作情況繪制成折線統(tǒng)計(jì)圖。最后參考可靠性數(shù)值，通過觀察繪制出的圖像就可以清晰的找出哪個(gè)部件由于運(yùn)行中存在故障，導(dǎo)致對(duì)環(huán)境造成了超出預(yù)計(jì)的影響。

圖1 實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

2 仿真實(shí)驗(yàn)

為了基于液壓系統(tǒng)的工程機(jī)械金屬零件運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)有效性，設(shè)計(jì)方針對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。可以清晰的看出，本文設(shè)計(jì)基于液壓系統(tǒng)的工程機(jī)械金屬零件運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)方法，檢測(cè)故障個(gè)數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值相近，傳統(tǒng)方法與標(biāo)準(zhǔn)值差距較大，因此本文方法具備極高的有效性。

3 結(jié)語

本文通過加入AMESim軟件來改良液壓技術(shù)來制作出金屬零件的工作狀態(tài)模擬動(dòng)態(tài)圖像，從而提高了對(duì)其可靠性數(shù)值的估計(jì)。

通過先采用隨機(jī)森林?jǐn)?shù)學(xué)算法篩選出有價(jià)值的數(shù)據(jù)，繪制成草圖。再通過AMESim軟件做出精致的仿真工作流程的動(dòng)圖來協(xié)助其實(shí)物的監(jiān)測(cè)工作。并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其在液態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)金屬零件運(yùn)行故障中的核心地位，有效提高了液態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)中的可靠性，從而提升了監(jiān)測(cè)工作的效率。目前我國(guó)的現(xiàn)代機(jī)械制品的產(chǎn)值居于全世界首位，但其質(zhì)量不算好，時(shí)常出現(xiàn)運(yùn)行故障問題，所以針對(duì)機(jī)械金屬零件的故障監(jiān)測(cè)問題，需要我們廣大的研究者和工作人員高度的重視，從而不斷的探索和提高監(jiān)測(cè)的技術(shù)，讓其工程任務(wù)事半功倍。