海洋工程機械液壓系統狀態監測和故障診斷機理研究

田獻旺

中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300450

近年，我國海洋資源開發與利用率得到同步提升，行業發展對海洋工程機械需求量提出新的要求，使得整體需求量驟增[1]。在此前提下，我國對海洋科技發展做到足夠重視，對海洋資源開發裝備前沿技術大力引入，為海洋工程機械行業發展帶來有力推動[2]。相關工作人員結合海洋工程機械設備特點與海洋環境，對海洋工程機械液壓系統狀態監測工作進行研究，意識到液壓系統信號在復雜海洋環境下不易被準確提取，為后續故障診斷帶來困難，成為阻礙海洋工程機械穩步發展的重要因素。因此，相關部門必須從多角度考慮，依托海洋工程機械液壓系統失效分析理論體系，保證系統狀態監測與故障在線診斷水平有效提升。

1 海洋工程機械液壓系統狀態監測與故障診斷技術

1.1 故障診斷技術

基于科學技術在新時代下的飛速發展，微電子信息技術已融入多個行業之中，拓展行業發展前景，使得狀態監測與故障診斷水平邁向新高，逐漸構建出具有系統性與綜合性的工程學科[3]。我國自20 世紀80 年代起便致力于機械工程狀態監測與故障診斷技術方面的深入研究，通過不斷努力，成功完成系統與完善的技術體系的建立，實現人工檢測手段與便攜式檢測儀器檢驗方式深度融合，構建出有效的故障診斷體系。在該體系中，儀器檢驗手段不斷完善，可以借助多種設備完成機械設備運行過程中各種狀態信息的成功收集[1]。工作人員依托振動或者溫度等相應設備對重要信息精準與安全傳遞，為故障診斷與原因分析提供重要的數據支持。

由于海洋工程機械液壓系統自身凸顯出極強特殊性，部分故障出現的明顯征兆可能與故障原因之間沒有較為顯著的映射關系[4]。在此前提下，工作人員無法在簡單函數模型構建下對液壓系統產生故障進行分析，不能準確找到出現故障的原因所在。為此，相關工作人員會從不同角度入手，結合監測技術特點選擇使用貝葉斯法或者選擇時間序列法等一些數學方式，為故障監測工作開展帶來有力幫助，保證診斷方案設計與優化具有可行性與合理性。在具體工作環節，相關工作人員會考慮故障診斷所具有的實效性提升，經常會將專家系統與日常監測與故障診斷工作有效結合，搭配神經網絡技術，解決故障診斷實效方面的各種問題。對于海洋工程裝備而言，液壓系統自身出現的各類故障和電氣系統運行過程中出現的故障，均能夠在液壓系統表征參數中有所體現。

1.2 狀態監測

在海洋工程機械液壓系統在線狀態監測與故障診斷的全過程中，機械診斷的合理使用成為一種必然趨勢，能夠在不給工程機械運行狀態帶來過多影響的前提下完成各類相關設備各時間段運行具體狀態的實時監測，成功與高效地完成各種故障準確診斷。在系統監測環節，系統是處于長期運行狀態，那么這類信息監測必須具有實時性與連續性。為此，在具體監測環節，工程機械核心性能及主要參數監測尤為重要，海洋工程機械液壓系統中主要參數一般為溫度、壓力和流量等內容，是工作人員對液壓系統運行實際情況科學判斷的重要依據[3]。

工作人員通過在線設備狀態完成對海洋工程工機械液壓系統狀態監測與各種故障診斷，應根據溫度、流量與壓力等主要參數特點，結合影響參數的各種因素，選擇使用專業的高質量傳感器。在整個計算機管理系統中，上層結構會對已完成存儲的所有數據做好全面與深入分析，將分析結果與歷史數據認真對比，結合對比結果對海洋工程機械液壓系統運行實際狀況進行在線方式的科學預測。為保證工作人員能夠在第一時間內發現海洋工程機械液壓系統運行故障，可考慮在控制室位置安裝專業報警器設備，將其與控制室相連，保證在系統運行數據異常時，及時發出警報。

2 海洋工程機械液壓系統狀態監測與故障診斷分析

2.1 狀態監測與故障診斷方案

工程機械液壓系統自身一定會具備極強封閉性與適應性，以此來適應惡劣工作環境。海洋工程機械液壓系統運行環境多為室外環境，易受到室外多種因素的影響。部分工程設備在實際運行過程中，所處環境的惡劣程度大。在此前提下，機器運行會產生不同程度磨損情況，機器運行負荷量也會因環境因素而呈現出多變性。在具體運作環節，遇到震動情況時，海洋工程機械運行速度將發生相應變化，極易出現一種慣性沖擊，將機械設備磨損程度不斷加劇。那么，海洋工程機械液壓系統狀態監測與故障診斷工作開展尤為重要，可以結合系統封閉性與適應性的特點，對狀態監測與故障診斷方案科學明確，為后續故障排除工作帶來有力支持。以浮標為例，浮標液壓系統的監測與故障診斷方案設計如下：

（1）做好液壓系統回路成功建模，必須以功率流理論為基礎，結合海洋工程機械液壓系統與浮標工作原理，根據實際情況在合理位置完成高精度傳感器的牢固安裝，確保高精度傳感器能夠及時將浮標液壓系統運行相關數據全面采集，依托網絡傳輸手段將重要數據安全與快速傳遞到上層服務器。工作人員結合功率流與故障分離完成液壓系統回路之間存在的邏輯關系的科學構建。工作人員一方面會考慮使用直接診斷參數方式，結合具體參數顯示情況掌握系統故障實際狀態。例如，生產率參數的收集較為容易，但不能直接用于故障診斷[5]。工作人員在對機械設備工作能力進行判斷時，會借助二次效應參數，輔助判斷機械設備工作中是否存在故障問題。在傳感器技術進步前提下，大部分數據采集工作可以高效完成，例如，根據數據分析結果可以得知，液壓系統故障多是由油液污染導致，占有所故障原因的75%。工作人員會選擇用光散射法完成液壓油污染情況直接檢測，也可以考慮結合系統壓力、油液溫度等變化情況判斷液壓系統是否出現失效特征。在對常規油液進行分析時，工作人員會對不易進行在線測定的地液壓油顆粒計數、總酸值、磨粒分析與運動粘度等情況的分析。對于這些數據，工作人員需要考慮使用耗時較長的常規方式完成數據收集與分析，還應對元素光譜、水污染、氧化等內容加以分析，確保油液分析具有全面性與科學性，能夠為后續故障診斷與排除工作提供可靠與有效數據。

（2）根據溫度時間與回路壓力完成模型建立，結合系統回路壓力變化情況分析與溫度值對比，掌握這些參數與液壓系統故障存在的聯系，結合回路時間序列模型，將模型中均值及方差做到合理改變，結合改變結果獲得失效時出現的特征信號。

（3）結合函數完成液壓系統失效定量表達，成功尋找到海洋工程機械液壓系統狀態失效情況下出現的危險因子。在此前提下，工作人員根據失效歷史數據對模型加以修正，完成失效效果科學驗證，將液壓系統失效機理成功揭示，同時完成在線故障診斷工作。

2.2 故障診斷

在對海洋工程機械液壓系統狀態進行監測與開展故障診斷工作時，所使用的方式主要有魚刺圖分析、液壓系統原理分析、邏輯分析和區段劃分等多種方式。工作人員可以通過現場診斷方式下儀器診斷方式，判斷與診斷海洋工程機械液壓系統故障。

（1）對液壓油箱中實際油位進行檢查，了解其位置是否滿足規定標準，同時檢查管路接頭位置，重視密封部位檢查，檢查內容主要是滲漏情況、液壓油是否起泡、液壓油顏色是否發生變化。

（2）油溫表與壓力表檢查也較為重要，工作人員需要對指針指示準確度進行查看。

（3）仔細聽液壓系統在運行過程中是否出現不同類型的異響，通過聲音判斷出系統故障位置，將診斷效率有效提升。

（4）通過觸摸方式，對液壓元件位置的震動情況進行檢查，也可以掌握液壓管理是否存在過大沖擊力，也可以通過觸摸方式判斷實際油溫與正常值差距。

（5）通過液壓系統功能實驗精準判斷出故障具體位置。對于儀器診斷，工作人員結合系統工作原理，根據工作基本步驟對工作節點之間存在的潛在邏輯關系進行判斷，將懷疑對象逐一排除，找到具體故障點。基于技術不斷發展，工作人員會使用在線智能故障診斷方式完成海洋工程機械業液壓系統故障診斷。例如，選擇故障樹分析，結合故障機理完成詳細的邏輯框圖制作，其過程與邏輯分析診斷方式相一致，系統工作原理相同，從而找到每個工作節點位置存在的各種故障因素并加以分析。分析所得結果會及時匯總并上傳至故障樹，借助故障現象運用邏輯分析方式找到實際發生故障的位置。除此之外，神經網故障診斷是完成領域專業經驗定量，通過網絡技術與學習算法有效融合，保證機器可以對各種信息進行熟悉并進行學習，成功完成后續智能診斷工作。

在海洋工程機械液壓系統狀態診斷過程中，工作人員將自身經驗融入其中，將診斷方法有效結合，發揮出儀器診斷應有作用。例如，小波分析方式可以與ANN 有效結合，再與模糊邏輯成功組合，通過多方法結合進行全方位診斷，做到優勢互補。工作人員選擇好小波實際使用尺度，對信號信息完成重構操作，工頻與高頻噪聲類的小波尺寸可以成功去掉，重構后的信息當中會出現故障信息與液壓系統工況類信息。在小波變換方式下，由ANN 對重構后信息進行科學處理，將ANN 診斷結果所具有的準確性做到極大程度提高，也能夠將噪聲帶來的各種干擾有效消除。

3 結語

海洋工程機械液壓系統已應用先進傳感器及相關技術，在實際運用過程中凸顯出一些局限性，特別是診斷技術較為單一，影響海洋工程機械液壓系統狀態監測和故障診斷工作有序開展，也不利于監測與故障診斷水平提升，阻礙故障問題的有效解決。由于海洋工程機械工作環境相對復雜且惡劣，極易出現液壓系統故障問題，使得液壓系統出現失效情況，檢修工作整體難度較大。為了確保海洋工程機械系統正常與穩定運行，監測診斷技術的更新與應用尤為重要，要克服監測與診斷工作問題，保證故障征兆信息獲得解決故障的最佳途徑，依托遠程信息傳輸、收集與分析做好故障診斷與問題解決，為海洋科學研究、海上航行安全與海洋環境預報治理等工作夯實牢固基礎，推動相關行業穩步與健康發展。