發(fā)布時(shí)間：2020-02-24所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 為進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備液壓元件的故障識(shí)別與診斷水平，通過理解多功能收獲機(jī)的液壓元件故障機(jī)理，將故障機(jī)理的理論模型與 BP 核心算法相融合，從硬件平臺(tái)和軟件運(yùn)行控制兩大方面進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。測試試驗(yàn)表明: 設(shè)置正確的故障編碼并給出較為
摘 要: 為進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備液壓元件的故障識(shí)別與診斷水平，通過理解多功能收獲機(jī)的液壓元件故障機(jī)理，將故障機(jī)理的理論模型與 BP 核心算法相融合，從硬件平臺(tái)和軟件運(yùn)行控制兩大方面進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。測試試驗(yàn)表明: 設(shè)置正確的故障編碼并給出較為涵蓋齊全的故障系統(tǒng)知識(shí)庫，通過液壓元件的故障現(xiàn)象，可得知該元件的故障名稱及故障處理方案，在完善多功能收獲機(jī)液壓元件故障診斷手段的同時(shí)，可為農(nóng)機(jī)設(shè)備維修人員迅速準(zhǔn)確找出故障位置提供便利。該設(shè)計(jì)可作為故障專家開發(fā)系統(tǒng)的有效組成部分，具有一定的推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞: 農(nóng)業(yè)機(jī)械; 液壓元件; 故障識(shí)別; 故障機(jī)理; BP 核心算法; 知識(shí)庫
0 引言
農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的高效平穩(wěn)運(yùn)行離不開各部件的協(xié)調(diào)配合。隨著計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)診斷技術(shù)不斷被應(yīng)用于各種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的檢測與優(yōu)化。其中，多功能自動(dòng)收獲機(jī)具備行走、作業(yè)、回轉(zhuǎn)、返程等功能于一體的液壓系統(tǒng)且各液壓元件組成較多，通過各元件的交互運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)液壓自動(dòng)化。為更進(jìn)一步提升該設(shè)備的液壓元件故障診斷時(shí)效性與準(zhǔn)確性，需對發(fā)生異常的元件進(jìn)行及時(shí)處理分析，筆者在研究故障機(jī)理及液壓元件運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，針對該液壓元件故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖 1 為多功能收獲機(jī)的液壓系統(tǒng)單個(gè)動(dòng)作調(diào)節(jié)原理簡圖。由圖 1 可知: 在液壓源的動(dòng)力下通過控制閥、比例閥等組成液壓裝置; 在給定工作壓力條件的 STC 控制器下組成控制裝置，兩者共同作用構(gòu)成多功能收獲機(jī)的液壓系統(tǒng)。
1 液壓元件故障機(jī)理農(nóng)業(yè)機(jī)械的液壓元件故障機(jī)理
建立在液壓結(jié)構(gòu)組成的前提條件下，合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)成與液壓元件安裝可以保證設(shè)備的整體良好運(yùn)行。進(jìn)行液壓元件故障分析時(shí)，首先確保識(shí)別的正確性，通過正確的傳感裝置進(jìn)行故障信息采集，經(jīng)信號(hào)處理與故障特征提取后，進(jìn)行模式識(shí)別與故障分類，從而進(jìn)行針對性分析與處理。多功能收獲機(jī)的液壓元件的系統(tǒng)故障診斷主要包含控制元件、動(dòng)力元件和執(zhí)行元件 3 大類，故障簡要分析流程如圖 2 所示。本文根據(jù)各液壓元件的功能與結(jié)構(gòu)，在總結(jié)故障經(jīng)驗(yàn)與理論后進(jìn)行故障討論預(yù)測。
2 故障診斷系統(tǒng)搭建
2.1 故障診斷機(jī)理及算法
故障診斷系統(tǒng)搭建后，首先進(jìn)行液壓系統(tǒng)的故障因素分析，經(jīng)梳理，形成如表 1 所示的液壓故障診斷主要因素關(guān)系，將表 1 中 1 ～ 7 項(xiàng)因素組成因素集 X，同時(shí)針對液壓系統(tǒng)的元件可能發(fā)生故障的位置形成對應(yīng)項(xiàng)目集 Y，主要包含供油子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、壓力調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、執(zhí)行子系統(tǒng)、反饋?zhàn)酉到y(tǒng)等，組合成為故障判定矩陣關(guān)系，便于故障的精準(zhǔn)定位識(shí)別。
為建立較為符合實(shí)際需求的故障診斷算法與理論模型，對故障現(xiàn)象、故障原因及故障處理進(jìn)行內(nèi)部 ID 分配與字段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如表 2 所示。其中，單一故障源可直接進(jìn)行診斷處理，深層次且復(fù)雜的故障源需要進(jìn)行逐級診斷，確定診斷位置。
結(jié)合 BP 核心算法，在給定輸入向量和輸出目標(biāo)的條件下進(jìn)行各子層的參數(shù)輸出，通過計(jì)算實(shí)際與目標(biāo)差值，計(jì)算局部梯度，修正輸出層、隱含層的權(quán)值進(jìn)行樣本核實(shí)與訓(xùn)練。
相關(guān)期刊推薦：《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》(月刊)創(chuàng)刊于1957年，是由中國科協(xié)主管、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)和中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院主辦的綜合性學(xué)術(shù)期刊,。主要刊登農(nóng)業(yè)機(jī)械與農(nóng)業(yè)工程、拖拉機(jī)、農(nóng)用動(dòng)力和能源、農(nóng)產(chǎn)品及食品加工技術(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械化以及有關(guān)邊緣的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)制造、材料工藝、測試儀器與手段的研究成果及發(fā)展動(dòng)向。
2.2 硬件平臺(tái)建立
針對上述液壓系統(tǒng)故障診斷機(jī)理及算法，進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)的硬件平臺(tái)搭建，具體的多功能收獲機(jī)液壓元件故障診斷的硬件設(shè)計(jì)參數(shù)如表 3 所示。對壓力、溫度、位移傳感器參數(shù)進(jìn)行合理承選定，在 PentiumⅡ/ 233Hz 的處理下進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
綜合考慮各故障原因，針對液壓缸不移動(dòng)，具體故障形成多功能收獲機(jī)液壓缸故障推理的過程簡圖，如圖 3 所示。液壓缸不移動(dòng)可能存在兩大原因: 閥芯不能返回中心位置或者閥芯本體不動(dòng)作。確定原因后從彈簧、新舊比例換向閥的后序執(zhí)行元件進(jìn)行深入分析，將各種潛在因素進(jìn)行分析可知: 液壓系統(tǒng)的油液污染、電磁鐵反應(yīng)不靈敏、液壓卡緊力不符合要求及間隙過小等都會(huì)導(dǎo)致閥芯不動(dòng)作。
液壓元件故障的識(shí)別與診斷在多種具有內(nèi)在關(guān)系和影響的規(guī)則下進(jìn)行，依據(jù)各項(xiàng)規(guī)則，形成如圖 4 所示的多功能收獲機(jī)液壓系統(tǒng)元件故障規(guī)則判定流程圖; 然后，將事先錄入系統(tǒng)的故障規(guī)則與出現(xiàn)的新故障進(jìn)行匹配度比較，完成故障診斷的事實(shí)性推理。
通過定義各液壓元件發(fā)生故障的確定性因子，針對故障 ID、故障對象、故障屬性及故障的權(quán)值等核心參數(shù)根據(jù)故障診斷機(jī)理與 BP 核心算法相結(jié)合，考慮不確定性因子的必然存在性，進(jìn)行后臺(tái)軟件程序編制。
3 故障診斷試驗(yàn)
3.1 條件設(shè)置
進(jìn)行故障診斷模擬試驗(yàn)，將試驗(yàn)故障劃分為 A、 B、C3 個(gè)等級，分別代表輕微、中等、嚴(yán)重故障，展開試驗(yàn)，以液壓系統(tǒng)的壓力和流量為故障判定基準(zhǔn)，選取以下指標(biāo)進(jìn)行采樣
同時(shí)，列舉出用于多功能收獲機(jī)液壓元件故障識(shí)別的編碼代號(hào)，主要列舉閥芯卡死、油路堵塞和磁鐵失效等故障狀態(tài)，便于后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，如表 4 所示。
3.2 過程分析
根據(jù)圖 5 所示的多功能收獲機(jī)液壓元件故障系統(tǒng)監(jiān)測原理，將故障檢測傳感器接收到的信息進(jìn)行 A /D 數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過自動(dòng)控制裝置形成故障報(bào)警與數(shù)據(jù)顯示，通過特定地網(wǎng)絡(luò)接口傳送到 PHP 液壓故障識(shí)別系統(tǒng)，進(jìn)一步故障推理、數(shù)據(jù)庫與知識(shí)庫策略及后臺(tái)管理到達(dá)人機(jī)交互見面，實(shí)現(xiàn)可視化的用戶管理液壓元件故障診斷系統(tǒng)。
經(jīng)整合處理，得到如圖 6 所示的故障診斷系統(tǒng)界面。在此界面，可根據(jù)液壓系統(tǒng)的不同元件故障進(jìn)行模擬識(shí)別與故障后續(xù)處理。其中，指令界面與故障結(jié)果顯示界面互相對應(yīng)，具有人性化的操作界面和功能識(shí)別提示，且經(jīng)過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫處理，便于該故障診斷系統(tǒng)的操作和維護(hù)，整體美觀簡潔，達(dá)到一定的設(shè)計(jì)效果，可為及時(shí)預(yù)知多功能收獲機(jī)的液壓元件故障提供參考。
4 結(jié)論
1) 從農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理出發(fā)，結(jié)合液壓元件的工作組件相互協(xié)調(diào)性，得出多功能收獲機(jī)液壓元件故障診斷的理論模型和核心算法，對故障診斷進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
2) 精準(zhǔn)的后臺(tái)控制程序編制與經(jīng)驗(yàn)常用的液壓元件故障分類與編碼是進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，因而具備進(jìn)行了故障診斷系統(tǒng)模擬試驗(yàn)。
3) 試驗(yàn)表明: 周密的液壓元件故障診斷監(jiān)測原理有效控制下，實(shí)現(xiàn)了多功能收獲機(jī)液壓元件的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過輸入指定液壓元件，得到故障原因與解決處理方案，在提高農(nóng)機(jī)設(shè)備的故障檢測水平方面具有一定參考價(jià)值。
