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摘 要： 摘 要: 為進一步提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)備液壓元件的故障識別與診斷水平，通過理解多功能收獲機的液壓元件故障機理，將故障機理的理論模型與 BP 核心算法相融合，從硬件平臺和軟件運行控制兩大方面進行故障診斷系統(tǒng)設(shè)計。測試試驗表明: 設(shè)置正確的故障編碼并給出較為
摘 要: 為進一步提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)備液壓元件的故障識別與診斷水平，通過理解多功能收獲機的液壓元件故障機理，將故障機理的理論模型與 BP 核心算法相融合，從硬件平臺和軟件運行控制兩大方面進行故障診斷系統(tǒng)設(shè)計。測試試驗表明: 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液壓元件故障診斷手段的同時，可為農(nóng)機設(shè)備維修人員迅速準確找出故障位置提供便利。該設(shè)計可作為故障專家開發(fā)系統(tǒng)的有效組成部分，具有一定的推廣價值。
關(guān)鍵詞: 農(nóng)業(yè)機械; 液壓元件; 故障識別; 故障機理; BP 核心算法; 知識庫
0 引言
農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的高效平穩(wěn)運行離不開各部件的協(xié)調(diào)配合。隨著計算機診斷技術(shù)的發(fā)展，自動診斷技術(shù)不斷被應(yīng)用于各種農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的檢測與優(yōu)化。其中，多功能自動收獲機具備行走、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行可實現(xiàn)液壓自動化。為更進一步提升該設(shè)備的液壓元件故障診斷時效性與準確性，需對發(fā)生異常的元件進行及時處理分析，筆者在研究故障機理及液壓元件運行原理的基礎(chǔ)上，針對該液壓元件故障診斷系統(tǒng)進行設(shè)計。圖 1 為多功能收獲機的液壓系統(tǒng)單個動作調(diào)節(jié)原理簡圖。由圖 1 可知: 在液壓源的動力下通過控制閥、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)成多功能收獲機的液壓系統(tǒng)。
1 液壓元件故障機理農(nóng)業(yè)機械的液壓元件故障機理
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)備的整體良好運行。進行液壓元件故障分析時，首先確保識別的正確性，通過正確的傳感裝置進行故障信息采集，經(jīng)信號處理與故障特征提取后，進行模式識別與故障分類，從而進行針對性分析與處理。多功能收獲機的液壓元件的系統(tǒng)故障診斷主要包含控制元件、動力元件和執(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)驗與理論后進行故障討論預(yù)測。
2 故障診斷系統(tǒng)搭建
2.1 故障診斷機理及算法
故障診斷系統(tǒng)搭建后，首先進行液壓系統(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 項因素組成因素集 X，同時針對液壓系統(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)、反饋子系統(tǒng)等，組合成為故障判定矩陣關(guān)系，便于故障的精準定位識別。
為建立較為符合實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行內(nèi)部 ID 分配與字段結(jié)構(gòu)設(shè)計，如表 2 所示。其中，單一故障源可直接進行診斷處理，深層次且復(fù)雜的故障源需要進行逐級診斷，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的條件下進行各子層的參數(shù)輸出，通過計算實際與目標差值，計算局部梯度，修正輸出層、隱含層的權(quán)值進行樣本核實與訓(xùn)練。
相關(guān)期刊推薦：《農(nóng)業(yè)機械學(xué)報》(月刊)創(chuàng)刊于1957年，是由中國科協(xié)主管、中國農(nóng)業(yè)機械學(xué)會和中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院主辦的綜合性學(xué)術(shù)期刊,。主要刊登農(nóng)業(yè)機械與農(nóng)業(yè)工程、拖拉機、農(nóng)用動力和能源、農(nóng)產(chǎn)品及食品加工技術(shù)、農(nóng)業(yè)機械化以及有關(guān)邊緣的基礎(chǔ)理論、設(shè)計制造、材料工藝、測試儀器與手段的研究成果及發(fā)展動向。
2.2 硬件平臺建立
針對上述液壓系統(tǒng)故障診斷機理及算法，進行故障診斷系統(tǒng)的硬件平臺搭建，具體的多功能收獲機液壓元件故障診斷的硬件設(shè)計參數(shù)如表 3 所示。對壓力、溫度、位移傳感器參數(shù)進行合理承選定，在 PentiumⅡ/ 233Hz 的處理下進行系統(tǒng)設(shè)計。
綜合考慮各故障原因，針對液壓缸不移動，具體故障形成多功能收獲機液壓缸故障推理的過程簡圖，如圖 3 所示。液壓缸不移動可能存在兩大原因: 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)行元件進行深入分析，將各種潛在因素進行分析可知: 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導(dǎo)致閥芯不動作。
液壓元件故障的識別與診斷在多種具有內(nèi)在關(guān)系和影響的規(guī)則下進行，依據(jù)各項規(guī)則，形成如圖 4 所示的多功能收獲機液壓系統(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)的新故障進行匹配度比較，完成故障診斷的事實性推理。
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，進行后臺軟件程序編制。
3 故障診斷試驗
3.1 條件設(shè)置
進行故障診斷模擬試驗，將試驗故障劃分為 A、 B、C3 個等級，分別代表輕微、中等、嚴重故障，展開試驗，以液壓系統(tǒng)的壓力和流量為故障判定基準，選取以下指標進行采樣
同時，列舉出用于多功能收獲機液壓元件故障識別的編碼代號，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行 A /D 數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過自動控制裝置形成故障報警與數(shù)據(jù)顯示，通過特定地網(wǎng)絡(luò)接口傳送到 PHP 液壓故障識別系統(tǒng)，進一步故障推理、數(shù)據(jù)庫與知識庫策略及后臺管理到達人機交互見面，實現(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)的不同元件故障進行模擬識別與故障后續(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別提示，且經(jīng)過后臺數(shù)據(jù)庫處理，便于該故障診斷系統(tǒng)的操作和維護，整體美觀簡潔，達到一定的設(shè)計效果，可為及時預(yù)知多功能收獲機的液壓元件故障提供參考。
4 結(jié)論
1) 從農(nóng)業(yè)機械設(shè)備液壓系統(tǒng)的運行機理出發(fā)，結(jié)合液壓元件的工作組件相互協(xié)調(diào)性，得出多功能收獲機液壓元件故障診斷的理論模型和核心算法，對故障診斷進行系統(tǒng)設(shè)計。
2) 精準的后臺控制程序編制與經(jīng)驗常用的液壓元件故障分類與編碼是進行模擬設(shè)計的關(guān)鍵一步，因而具備進行了故障診斷系統(tǒng)模擬試驗。
3) 試驗表明: 周密的液壓元件故障診斷監(jiān)測原理有效控制下，實現(xiàn)了多功能收獲機液壓元件的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計，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)機設(shè)備的故障檢測水平方面具有一定參考價值。
