軋鋼設(shè)備液壓傳動系統(tǒng)故障診斷方法分析

劉玉峰

（河鋼唐鋼中厚板材有限公司，河北 唐山 063000）

在軋鋼廠的運(yùn)行過程中,液壓傳動系統(tǒng)存在許多類型的故障,并且造成故障的原因也非常不同,這給故障診斷帶來了很大的困難。軋鋼設(shè)備液壓的傳動系統(tǒng)的研究是非常重要的。本文首先介紹了軋鋼設(shè)備液壓傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理,然后詳細(xì)說明了系統(tǒng)錯誤診斷過程,最后討論了一些錯誤診斷方法,為相關(guān)工作案例提供參考資料。

液壓動力傳動與機(jī)械控制系統(tǒng)技術(shù)在我們國民經(jīng)濟(jì)和軍事國防各行業(yè)部門的廣泛應(yīng)用正在逐步得到擴(kuò)大,液壓傳動設(shè)備在工業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)中已經(jīng)占有非常重要的技術(shù)地位。液壓設(shè)備的故障會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差,生產(chǎn)中斷和災(zāi)難性后果。所以說，設(shè)備性能故障檢測診斷和設(shè)備監(jiān)控管理是確保液壓設(shè)備正常運(yùn)行的方法。并且液壓集成系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高的一種機(jī)械,其具有液壓機(jī)械性和液壓電磁耦合、時變和非線性的多種特點(diǎn)。由于這些故障存在隱患,復(fù)雜的物理因果效應(yīng)關(guān)系,對隨機(jī)因素的敏感性以及分布式故障難以診斷和監(jiān)控。

1 軋鋼設(shè)備液壓傳動系統(tǒng)

介紹一下液壓動力傳動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。軋鋼設(shè)備的傳動液壓運(yùn)行傳動系統(tǒng)主要由機(jī)械控制元件系統(tǒng)結(jié)構(gòu),動力控制元件系統(tǒng)結(jié)構(gòu),執(zhí)行器元件結(jié)構(gòu),輔助控制裝置和傳動液壓油五個組成部分共同組成,在機(jī)械運(yùn)行傳動過程中,液體主要是被用作控制能量流動傳遞的中間傳動介質(zhì)。液壓動力傳動系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的主要動力組成元件之一是傳動液壓泵,其主要傳動功能也就是將由液壓電動機(jī)的正常運(yùn)行過程產(chǎn)生的液壓機(jī)械動力轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃右簤?為系統(tǒng)的一個整體正常運(yùn)行過程提供機(jī)械動力。執(zhí)行器主體結(jié)構(gòu)由兩個主部分連接組成:液壓缸和液壓馬達(dá),其主要工作功能分別是將高壓液體的作為液壓學(xué)性能自動轉(zhuǎn)換成作為液壓機(jī)械的動能,以利于液壓系統(tǒng)中各組件的正常運(yùn)動。控制元件的整體結(jié)構(gòu)主要指的是一個具有各種控制參數(shù)的控制閥,包括流量,壓力,方向等多個控制方面。通過溫度控制的自動調(diào)整,可以隨時更改上述中的各種控制參數(shù),并且可以更改系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的作用力和運(yùn)動方向。液壓輔助傳動系統(tǒng)中通常還包括許多不同類型的液壓輔助傳動設(shè)備,例如液壓冷卻器,管道,蓄能器,加熱器,壓力溫度表,流量溫度計,燃油箱等。液壓油主要是進(jìn)行能量快速轉(zhuǎn)換和動力傳遞的重要動力介質(zhì),鋼軋制加工設(shè)備的各種液壓動力傳動系統(tǒng)中常用的主要用油類型的兩種液壓油主要是天然礦物油和各種合成油。

軋制傳動設(shè)備采用液壓動力傳動系統(tǒng)的整體工作結(jié)構(gòu)原理實(shí)例分析。激活用于軋鋼傳動設(shè)備的轉(zhuǎn)換液壓壓力傳動系統(tǒng)后,液壓泵將用于電動機(jī)延長運(yùn)行時間所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換機(jī)械傳動能通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為用于液壓油的轉(zhuǎn)換壓力傳動能;通過這種轉(zhuǎn)換壓力能的變化,系統(tǒng)中的能量就得以快速傳遞,最后進(jìn)行控制。閥門,液壓缸和馬達(dá)正確使用調(diào)節(jié)機(jī)械壓力和性能后就會減少轉(zhuǎn)換回來的機(jī)械壓力能,從而為系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行提供動力。

2 系統(tǒng)故障診斷

問題分析是解決問題的前提,對錯誤進(jìn)行準(zhǔn)確的分析是解決問題的前提。大多數(shù)液壓系統(tǒng)故障不會突然發(fā)生。故障之前總會有一個信號[1]。如果不注意信號,在某種程度上出現(xiàn)了信號,則將發(fā)生故障。液壓系統(tǒng)故障的原因很多,可以找到某些規(guī)則,而不是沒有固定的規(guī)則可以找到。據(jù)統(tǒng)計,約有百分之九十的液壓系統(tǒng)故障是由未按規(guī)定對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行必要維護(hù)和檢查的工人和員工造成的。為了快速,準(zhǔn)確,方便地診斷故障,有必要充分了解液壓故障的性質(zhì)和規(guī)律。

軋鋼設(shè)備的液壓傳動系統(tǒng)的故障對設(shè)備的正常運(yùn)行有很大影響,因此有必要在故障發(fā)生后及時采用適當(dāng)?shù)姆椒▽收线M(jìn)行診斷和定位。使用目標(biāo)解決方案以恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)工作實(shí)踐,在許多情況下,液壓傳動系統(tǒng)不會突然發(fā)生故障,通常會有某些先驅(qū)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,液壓傳動系統(tǒng)中的大多數(shù)故障是由于設(shè)備維護(hù)不當(dāng)或操作員工作不正常所致。以下是診斷液壓傳動系統(tǒng)故障的一般過程。

正確的液壓工作運(yùn)行環(huán)境和正確工作運(yùn)行條件設(shè)定是保證液壓系統(tǒng)正常工作運(yùn)行的重要前提。需要特定的特殊工作運(yùn)行環(huán)境和特殊工作運(yùn)行條件即可作為保證液壓系統(tǒng)正常工作運(yùn)行的重要平臺。如果系統(tǒng)工作周圍環(huán)境嚴(yán)重不適或符合整個系統(tǒng)的正常使用工作環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),則幾乎不能盡可能有效防止系統(tǒng)發(fā)生故障。因此,在設(shè)備開始故障檢查診斷時,必須準(zhǔn)確判斷該臺液壓傳動系統(tǒng)的整體工作環(huán)境條件和液壓周圍環(huán)境條件是否正常,并及時發(fā)現(xiàn)糾正不良或符合標(biāo)準(zhǔn)的液壓工作條件環(huán)境和周圍條件。

邏輯故障分析的逐步發(fā)現(xiàn)方法分析是一種用于發(fā)現(xiàn)有關(guān)液壓傳動系統(tǒng)故障的更傳統(tǒng)的分析方法。該判斷方法主要是通過綜合數(shù)據(jù)分析和運(yùn)用條件式的判斷方法來加以實(shí)現(xiàn)的。利用工作經(jīng)驗來確定和查找失敗以及失敗的原因[2]。該判斷方法的具體方法特點(diǎn)是,當(dāng)一個液壓傳動系統(tǒng)同時出現(xiàn)液壓故障時,關(guān)于液壓故障發(fā)生原因的判斷可能性很大。通常邏輯用于列出失敗的可能原因,然后執(zhí)行邏輯。根據(jù)故障優(yōu)先級的順序和難易不同程度的判定原則,我們有序地開始進(jìn)行故障判斷,逐項進(jìn)行處理,最后才能找出發(fā)生故障的主要原因。對于一些經(jīng)驗豐富的專業(yè)工程技術(shù)設(shè)備維護(hù)操作人員來說,這種解決方法無疑是一種非常有效的解決方法,因為專業(yè)工程技術(shù)設(shè)備維護(hù)操作人員不僅需要豐富的機(jī)械液壓傳動系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)知識,并且它還需要對液壓故障點(diǎn)的診斷以及過程操作中的常見問題情況進(jìn)行深入的統(tǒng)計分析。它充分確保了診斷的實(shí)時有效性和診斷準(zhǔn)確性。但是,尚不完全知道該診斷方法的早期診斷應(yīng)用過程相對繁瑣,需要大量的科學(xué)測試和數(shù)據(jù)驗證,并且我們只能定期進(jìn)行不確定性數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)故障分析檢測和零件拆卸等的工作量很大,因此傳統(tǒng)的邏輯分析逐步方法無法滿足現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的維護(hù)要求。

對于大型軋鋼加工設(shè)備的各種液壓動力傳動系統(tǒng),良好的機(jī)械工作性和環(huán)境穩(wěn)定是正常工作運(yùn)行的重要前提。如果設(shè)備工作現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備工作運(yùn)行條件不完全符合供電系統(tǒng)的正常設(shè)備工作運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn),則系統(tǒng)很有可能會再次發(fā)生重大故障。因此,診斷各種現(xiàn)有新型液壓控制系統(tǒng)故障的第一步驟就是必須確保液壓系統(tǒng)的正常工作運(yùn)行環(huán)境和使用條件完全符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。如果真的是這樣,將必須根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的要求自行調(diào)整使用時間。準(zhǔn)確確定發(fā)生缺陷的區(qū)域。診斷傳動軋制系統(tǒng)設(shè)備故障液壓壓力傳動軋制系統(tǒng)故障的重要組成部分之一是如何確定系統(tǒng)故障原因位置,這一點(diǎn)是進(jìn)行后續(xù)故障原因調(diào)查分析和確定故障原因排除的重要基礎(chǔ)[3]。在這兩個方面,維護(hù)管理人員必須通過不斷結(jié)合每個缺陷的外部區(qū)域特征和與每個缺陷密切相關(guān)的內(nèi)部區(qū)域特征來不斷做出正確判斷,不斷可以減少每個缺陷的嚴(yán)重程度,并最終可以確定每個缺陷的所在位置。故障發(fā)生原因案例分析。確定這些故障的所在位置后,下一步問題是如何分析這些故障的直接原因,維護(hù)技術(shù)人員必須在此中明確列出根據(jù)目前現(xiàn)有傳統(tǒng)液壓傳動系統(tǒng)的工作原理分析可能已經(jīng)存在的所有故障可能的直接或或者間接原因,然后執(zhí)行目標(biāo)分析和判斷。保留工作記錄。為了準(zhǔn)確診斷液壓軋鋼加工設(shè)備的各種液壓動力傳動系統(tǒng)的發(fā)生故障,需要許多系統(tǒng)操作參數(shù)記錄和多個系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)記錄作為診斷基礎(chǔ),因此在每次故障維護(hù)系統(tǒng)操作記錄完成之后,必須重新建立完整的系統(tǒng)操作參數(shù)記錄并逐步重新建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

3 系統(tǒng)故障診斷方法分析

根據(jù)"木桶原理",很容易看到液壓系統(tǒng)發(fā)生故障是因為整個系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)了故障,因此在判斷故障位置時,需要確定與液壓系統(tǒng)相關(guān)的區(qū)域。根據(jù)出現(xiàn)故障的現(xiàn)象和特征,有必要逐漸減少故障的發(fā)生以及故障的范圍。對故障原因的目標(biāo)分析,最終找到故障的具體位置以及從而根據(jù)故障位置去解決這個問題。

液壓軋鋼傳動設(shè)備以及液壓動力傳動控制系統(tǒng)故障的主要診斷方法大致有兩種:利用儀器定位診斷法和通過邏輯分析診斷法。儀器定位診斷系統(tǒng)可以通過儀器監(jiān)視定位液壓動力傳動系統(tǒng)的液壓流量,溫度和傳動速度等幾個關(guān)鍵測量參數(shù)來為判斷故障的位置提供依據(jù)。這種類型的儀器基本上可以安裝在液壓傳動系統(tǒng)的任何部分,并且具有很高的可行性。邏輯綜合分析的逐步判斷方法主要原理是通過特定的例如視覺,聽覺,觸覺等判斷方法首先測試一臺液壓泵的傳動系統(tǒng),然后通過特定的系統(tǒng)綜合邏輯分析和特殊條件下的判斷方法來逐步確定系統(tǒng)的潛在故障[4]。在實(shí)際設(shè)計工作中,考慮到各種故障發(fā)生原因的多樣性,通常需要引入系統(tǒng)邏輯法和代數(shù)分析方法,列舉出所有可能出現(xiàn)的故障發(fā)生原因,逐一進(jìn)行檢查并排除運(yùn)轉(zhuǎn)正常的元件,最后準(zhǔn)確鎖定出現(xiàn)故障的位置。該維修方法技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)水平和實(shí)際操作經(jīng)驗都要有較高的技術(shù)要求,否則容易出錯產(chǎn)生判斷錯誤。另外,該方法需要頻繁地拆卸和組裝鋼軋制設(shè)備,這會損壞普通零件。

基于人工智能的專業(yè)診斷系統(tǒng),包括專家系統(tǒng)法、故障樹法等診斷方法。但是,由于需要使用復(fù)雜的檢測設(shè)備或處理系統(tǒng),因此該方法在實(shí)際應(yīng)用中不方便。基于這些傳統(tǒng)的的液壓控制系統(tǒng)的參數(shù)故障不可避免地可能會成為導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)異常的客觀事實(shí),使用系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時測量和故障診斷兩種方法對系統(tǒng)正常運(yùn)行中的參數(shù)情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,可以及時確定系統(tǒng)是否設(shè)備存在參數(shù)故障,并能正常工作運(yùn)行和及時檢測而該設(shè)備的工作精度也同樣可以同時得到充分保證。其次,這可能是一種基于云的機(jī)器深度學(xué)習(xí)的研究方法。在正常系統(tǒng)工作環(huán)境條件和系統(tǒng)故障分析工程中,我們可以使用系統(tǒng)的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)來分析訓(xùn)練各種機(jī)器人工學(xué)習(xí)分析算法,以便于實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)長期運(yùn)行異常狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)視和進(jìn)行故障分析診斷。如今,機(jī)器人工學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)錯誤診斷兩種方法分別是自動神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自動支持?jǐn)?shù)據(jù)向量機(jī),是最常用的兩種方法,前者已經(jīng)可以對各種錯誤診斷特征數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分類,更適合于某些非線性錯誤的診斷。相比之下,后者也適用于非線性誤差,但有效地解決了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中樣本量大和局部極小的問題[5]。

4 結(jié)語

本文主要結(jié)合我國軋鋼機(jī)械設(shè)備故障液壓動力傳動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,介紹和研究分析了我國現(xiàn)有的軋鋼液壓傳動設(shè)備故障運(yùn)行診斷管理方法,以利于提高我國軋鋼機(jī)械液壓傳動設(shè)備的故障診斷。