故障树和在线监测在高空作业车液压系统故障诊断的应用

!#$年%月第%%卷第&期机床与液压’()*+,-.//01*234(50+)6(789!#$:;9%%,;9&!#!#=?$?@A9BCCD9##EFF#9!#$9&9%!收稿日期!!#GEE!%基金项目!宝鸡文理学院校级项目!#%#&!##$作者简介!张卫亮#?F$%$&男&硕士&讲师&研究方向为机电液一体化’-EJKB!eLKDYNQBBKDYa!%O#$9T;J’故障树和在线监测在高空作业车液压系统故障诊断的应用张卫亮!陈娇阳!刘晓娟!刘科!胡宇凯宝鸡文理学院机械工程学院!陕西宝鸡&!##$$摘要!对高空作业车扩桥和转向工作原理进行了分析&在此基础上建立了高空作业车扩桥和转向液压系统故障树&对故障产生的原因进行了分析&并利用传感器(-b-)!!控制器和-b-)!!G显示器等对液压系统回路关键点参数进行在线监测’分析结果表明!该方法能够提高诊断效率&缩短诊断时间&快速排除高空作业车在工作过程中的故障’关键词!高空作业车#液压系统故障树&在线监测#传感器中图分类号!.*#&9&VV文献标志码!(VV文章编号!##EFF#!#$#&E#$FEG=++0564%5).)*J4&0%P/,,4.’.U05.,E).5%)/5.).J4&0%!54.)151)*3(’/4&056$(1%,2)*=,/540V)/T5.I04%*)/2j*(,X^QBBKDY&)*-,WBK;\KDY&0+5lBK;ASKD&0+5hQ&*52S_KB+DCPBPSPQ;Z’QTLKDBTK-DYBDQQ8BDY&HK;AB5DB]Q8CBP\;Z(8PC16TBQDTQC&HK;AB6LKKDMB&!##$&)LBDK$=71%/46%!.LQKQ8BKN;8_BDY7KPZ;8JQM7KDCB;D[8BRYQKDRCPQQ8BDYC\CPQJN;8_BDY78BDTB7QNKCKDK\eQR&PLQQM7KDCB;D[8BRYQKDRCPQQ8BDYC\CPQJL\R8KSBTC\CPQJZKSPP8QQNKCQCPK[BCLQR;DPLQ[KCBC;ZBP&PLQTKSCQC;ZZKBS8QNKCKDK\eQR&KDRL\R8KSBTTB8aTSBP_Q\7K8KJQPQ8CNKCJ;DBP;8QR[\SCBDYCQDC;8C&-b-)!!T;DP8;CKDRRBC7K\C-b-)!!G=.LQKDK\CBC8QCSPCCL;NPLKPPLQJQPL;RTKDBJ78;]QPLQRBKYD;CPBTQZZBTBQDT\&CL;8PQDPLQPBJQ;ZRBKYD;CBC&8K7BR8SQ;SPPLQZKBS8QBDPLQ78;TQCC;ZPLQKQ8BKN;8_aBDY7KPZ;8JKPN;8_=,(;)/’1!(Q8BKN;8_BDY7KPZ;8J#*\R8KSBTC\CPQJZKSPP8QQ#/DaBDQJ;DBP;8BDY#6QDC;8!前言近些年随着液压技术的快速发展和不断完善&液压系统越来越广泛的应用于数控机床(交通运输机械(冶金机械(工业机器人等诸多领域&液压系统的应用越来越复杂&构成液压系统的液压元件越来越精密&在此前提下&当液压系统发生故障时&如果不能准确找出故障位置和故障元件&往往会对生产施工造成很大的经济损失&此外&由于液压系统故障具有隐蔽性强(偶尔性大(容易受外界因素影响(工作环境复杂等特点&给液压系统故障诊断带来很大的困难&而在不熟悉液压系统故障产生原因(不了解液压系统工作原理(不确定液压系统故障位置的前提下盲目拆卸维修&不但不能排除故障&反而可能引发新的故障&使故障排除工作更加困难’因此对如何快速查找液压系统故障位置和故障元件&及时排除故障进行研究非常有必要)#E!*’高空作业车是一种在市政抢修和消防救援等场合常用的工程机械&液压系统是高空作业车最为重要的组成部分&扩桥和转向是高空作业车液压系统的典型回路&因此文中选择该回路进行故障诊断研究’鉴于故障树分析法可以直观有效地反映出液压系统故障产生的原因和形成过程&通过建立扩桥和转向液压系统故障树&对故障进行定性分析&考虑仅通过故障树往往很难找出故障的实际位置&在建立变幅和回转液压系统故障树之后&通过对回路若干关键点参数变化进行在线监测&当液压系统故障时&通过分析关键点参数变化结合故障树&实现对液压系统故障的快速定位和排除)*’#扩桥和转向工作原理分析#9#V高空作业车结构图#为高空作业车前桥扩桥和转向装置原理简图&图中#和%为采用并联方式的转向液压缸&转向液压缸的缸体和活塞杆分别铰接底盘和左右两侧的轮毂机构上&通过图!所示的转向液压回路&使左右两侧的转向液压缸收缩或伸长&实现左右转向功能&由图!转向装置液压系统原理图可知&在转向过程中转向连杆液压缸长度不变&转向连杆缸和转向缸在转向过程中构成平行四边形结构’扩桥通过图#中的扩桥液压缸&完成&扩桥液压缸的缸体和活塞杆分别铰接左右两个半桥上&通过图!所示的扩桥液压回路使扩桥液压缸收缩或伸长&扩桥液压缸带动左右两个半桥完成扩桥动作&由图!扩桥装置液压系统原理图可知&扩桥液压缸和转向连杆液压缸采用并联方式&在扩桥的同时转向连杆液压缸伸长&缩桥与之相反)%EG*’图#V高空作业车前桥扩桥和转向装置原理简图#9!V扩桥和转向液压系统工作原理图!为扩桥和转向装置液压系统原理图&当转向锁止阀!接通左位时&液压油可以进入转向液压缸&转向可以顺利进行&当转向锁止阀!接通右位时&切断进入转向液压缸的液压油&转向停止&以此保证扩桥和转向不能同时动作&转向锁止阀!的换向通过控制油路完成’电磁换向阀G用来改变液压系统扩桥和转向的方向’节流阀$和#用来调节流量&使流量恒定’平衡阀组#G是为防止油管破裂或严重泄漏导致液压缸的突然动作&并且保证进入液压缸的油液有一定的压力&使整个动作更加平稳’图!V扩桥和转向装置液压系统原理图VV转向液压系统工作原理!当图!中三位四通电磁换向阀G通电右位接入回路&两位三通液控换向阀和%接通图示位置时&液压油通过节流阀$(三位四通电磁换向阀G&进入转向液压缸&完成转向动作&转向方向通过三位四通电磁换向阀G实现&左右两个转向液压缸采用并联方式’扩桥液压系统工作原理!当图!中两位三通电磁换向阀##通电时&控制油路#!通过换向阀##控制转向锁止阀断开&使液控换向阀和%右位接通&此时转向停止’将电磁阀G右位接通&液压油流过电磁换向阀G&液控换向阀右位&经平衡阀组分别进入图示转向连杆液压缸#$的左腔和扩桥液压缸#%的下腔&扩桥液压缸和转向连杆液压缸采用并联结构&同时动作完成扩桥&回油经平衡阀组和液控换向阀%右位&电磁换向阀G&液控阀&下位&回油箱’当扩桥动作完成之后&机控换向阀#下位接通&控制油回油被切断&控制油路压力增大&继电器?检测压力增大之后&控制换向阀F上位接通&控制油压力继续升高将液控阀&上位接通&回路被切断&扩桥动作停止&扩桥过程中换向通过电磁阀G实现’#9V关键点参数监测单位在掌握扩桥和转向液压系统工作原理的基础上&对扩桥和转向液压系统故障进行定性和定量分析&常用的方法有观察法(逻辑分析法(仪器检测法(计算机辅助等’故障树分析法就是一种逻辑分析法&仪器检测法是用仪器(仪表对状态参数测量&通过对比关+HML+第&期张卫亮等!故障树和在线监测在高空作业车液压系统故障诊断的应用VVV键点发生故障和正常工作时候参数的变化&快速准确判断是否发生故障&正常工作时参数可以通过计算和查阅使用说明书得到’在分析转向和扩桥液压系统之后&选择表#所示#!个位置监测点&对高空作业车扩桥和转向液压系统进行分析’压力测量选择德国赫斯默公司36.标准型压力传感器&传感器模拟量输出o#:&工作温度E%o#Gz’温度传感器选择b.#型螺纹温度传感器&模拟量输出o#:电压信号&温度测量范围E!oGz’油箱油液高度测量选择普通的接触式液位传感器’表#V转向和扩桥液压系统关键点参数监测序号位置监测对象#(油箱油液高度和温度!H进油压力)转向液压缸入$口的压力%3转向液压缸出$口的压力G-转向连杆液压缸入$口的压力$I转向连杆液压缸出$口的压力&X左扩桥液压缸入$口的压力F*左扩桥液压缸出$口的压力?4右扩桥液压缸入$口的压力#W右扩桥液压缸出$口的压力##h控制油压力#!0回油压力$故障树的建立!9#V转向液压系统故障树的建立为了方便对高空作业车液压系统故障进行分析&建立故障树前假设节流阀处没有故障&液压系统不存在外界异常干扰&并且假设各底事件之间相互独立&根据故障树的建立步骤&得到转向液压系统故障树如图所示’图V转向液压系统故障树图中符号含义如下)$E&*!#$顶事件?!转向动作失效’!$中间事件!/#为转向液压缸故障#/!为回油路不通#’为转向液压缸进口压力不足#/%为阀故障#/G为液压泵故障#/$为两位三通液控换向阀故障#/&为三位四通电磁换向阀#/F液压泵泄漏’$底事件!F#为转向液压缸被异物卡住#F!为转向液压缸磨损&内泄增大#F为液压油温度过高&液压油粘度下降&转向液压缸内泄增大#F%为液控油路压力不足#FG为液控换向阀异物卡住&导致阀芯运动不到位#F$为液控换向阀阀芯阀体磨损严重&内泄增大#F&为三位四通电磁换向阀阀芯异物卡住#FF为三位四通换向阀阀芯磨损&内泄增大#F?为三位四通换向阀管路接头松动#F#为油箱油量不足&泵吸空#F##为泵磨损内泄增大#F#!为液压油过脏#F#为负载过大#F#%为发动机转速过低#F#G为滤油器堵塞#F#$为转向机构机械故障’!9!V扩桥液压系统故障树的建立对高空作业车扩桥液压系统的进行故障分析时&假设节流阀(继电器和机控换向阀无故障&得到扩桥液压系统故障树如图%所示’图%V扩桥液压系统故障树+QFL+机床与液压第%%卷VV图中符号含义如下)F*!#$顶事件?!扩桥动作无力或不能扩桥’!$中间事件!/#为液压缸故障#/!为液压缸进油口压力不足#/为回油不通#/%为系统供油压力不足#/G为电磁换向阀G故障#/$为液控换向阀故障#/&为平衡阀组中的溢流阀故障#/F为液压泵泄漏#/?为电磁换向阀G电气故障#/#为电磁换向阀G机械故障’$底事件!F#为液压缸负载过大#F!为液压缸磨损&内泄增大#F为液压油过脏&活塞被异物卡住#F%为活塞杆与缸盖卡住#FG为发动机转速低#F$为滤油器堵塞#F&为液压泵磨损内泄增大#FF为液压油过脏#F?为液压泵负载过大#F#为液压泵进口密封不良#F##为油箱油量不足&泵吸空#F#!为平衡阀组中的单向阀卡死在小开度位置#F#为液控换向阀阀体阀芯磨损内泄增大#F#%为电气线路故障#F#G为电磁线圈烧坏#F#$为阀芯阀体配合间隙小&阀芯移动不到位#l#&为弹簧失效&阀芯行程不足#F#F为电磁换向阀阀芯被异物卡住#F#?为电磁换向阀阀芯磨损&内泄增大#F!为控制油压力不足&液控换向阀行程不足#F!#为弹簧太软&液控换向阀运动不到位#F!!为液控换向阀阀芯被异物卡住#F!为溢流阀卡住#F!%为溢流阀阻尼孔被异物堵塞#F!G为两位两通液控阀&故障’!9V最小割集割集是指故障树底事件的集合&当这些底事件同时发生时&顶事件必然发生’最小割集是指除去割集中任何一个底事件&顶事件将不能发生’图%和图G所示的液压系统故障树只有或门&根据最小割集的布尔代数运算规则&得转向动作失效故障的最小割集为!0F#1(0F!1(0F1(0F%1(0FG1(0F$1(0F&1(0FF1(0F?1(0F#1(0F##1(0F#!1(0F#1(0F#%1(0F#G1(0F#$1&扩桥动作无力或不能扩桥故障的最小割集为!0F#1(0F!1(0F1(0F%1(0FG1(0F$1(0F&1(0FF1(0F?1(0F#1(0F##1(0F#!1(0F#1(0F#%1(0F#G1(0F#$1(0F#&1(0F#F1(0F#?1(0F!1(0F!#1(0F!!1(0F!1(0F!%1(0F!G1(0