（机械工程专业论文）全液压振动压路机液压故障诊断专家系统的研究.pdf

武汉理工大学硕士论文 摘要 振动压路机作为一种重要的工程压实机械，广泛应用于道路工程、机场港 口、矿山水坝、市政建设等对土石填方及路面铺装材料的压实作业。在大型施 工现场，往往是工程机械集群协同作业的，如果压路机出现故障，与其协同作 业的机器设备都要被迫停工，会影响工程的正常进度，拖延工期甚至带来很大 的经济损失。液压系统是振动压路机的主要系统，其工作环境通常比较恶劣， 工况相对复杂，发生故障的概率较高。开展振动压路机液压系统故障诊断专家 系统研究，有利于及时排除液压系统的故障和安全隐患，充分发挥振动压路机 的最大效能，对确保工程质量、加快工程进度、提高经济效益有着十分重要的 现实意义。本文在分析振动压路机液压系统故障诊断技术的基础上，研究了振 动压路机液压故障诊断专家系统的实现技术。 本文对某型全液压振动压路机液压系统进行分析，研究和分析了振动压路 机液压系统和主要液压元件常见的故障机理和故障诊断方法，总结了各液压系 统和液压元件的故障原因和排除方法。研究了专家系统的基本功能、特征、一 般结构和工作原理。深入研究了故障诊断专家系统的知识库、推理机制、搜索 策略、解释机制等关键技术。运用m ic r o s o f t a c c e s s 2 0 0 3 建立了故障诊断专家 系统的知识库，把所收集和整理的故障诊断知识以产生式规则的形式来表示， 以表的形式把知识规则存入基于数据库的知识库中，充分利用了数据库管理系 统在管理大量信息方面的优势。采用面向对象的可视化编程工具d e l p h i 7 0 构建 了专家系统的各个功能模块。设计并实现了推理机，推理机采用了正向推理的 控制策略和深度优先的搜索方法，确定性推理和不确定性推理相结合的推理方 法，通过人机交互实现了对压路机液压系统常见故障的诊断。 本文最后总结了振动压路机液压故障诊断专家系统研究的结论，指出了本 专家系统研究还存在的问题和不足，对后续研究和工作提出了建议，展望了压 路机液压系统故障诊断专家系统的发展方向。 关键词：振动压路机，液压系统，故障诊断，专家系统，d e l p h i 7 0 武汉理工大学硕士论文 a b s t r a c t v i b r a t o r yr o l l e ri sak i n do fi m p o r t a n tc o n s t r u c t i o nc o m p a c t i n gm a c h i n e r y , w h i c hi sw i d e l yu s e di nt h ec o m p a c t i o no ft h ee a r t h ，r o c kf i l lm a t e r i a l sa n dr o a d p a v i n gm a t e r i a l si nr o a dp r o j e c t s ，a i r p o r t sa n dp o r t s ，m i n ea n dd a n l s ，m u n i c i p a l c o n s t r u c t i o na n do t h e rf i e l d s g e n e r a l l y , c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yg r o u pw o r kt o g e t h e r o nt h ec o n s t r u c t i o ns i t e ，v i b r a t o r yr o l l e rf a u l tw o u l di n f l u e n c et h eo t h e rc o n s t r u c t i o n m a c h i n e r yc o o p e r a t i o n , w h i c hw i l ld e l a yc o n s t r u c t i o np r o c e s sa n dy i e l dh u g e f i n a n c i a ll o s s t h eh y d r a u l i cs y s t e mi st h em a i ns y s t e mo ft h ev i b r a t o r yr o l l e r , w i t h p o o rw o r ke n v i r o n m e n ta n dr e l a t i v e l yc o m p l e xw o r kc o n d i t i o n s ，t h eh y d r a u l i cs y s t e m h a st h eh i g h e r p r o b a b i l i t yo ff a i l u r e i ti sv e r yi m p o r t a n tt od e v e l o pt h ef a u l td i a g n o s i s e x p e r ts y s t e mf o rv i b r a t o r yr o l l e rh y d r a u l i cs y s t e m ，w h i c hi sc o n d u c i v et ot i m e l y e l i m i n a t ef a u l ta n dh i d d e nd a n g e r ，m a k ef u l lu s eo fr o l l e r sm r x i n l u l ne f f i c a c y , a n d e n s u r ec o n s t r u c t i o nq u a l i t ya n ds p e e d u p c o n s t r u c t i o np r o g r e s s ，a n d i m p r o v e e c o n o m i cb e n e f i t b a s e do na n a l y s i so ft h ed e v e l o p m e n ts t a t u so ff a u l td i a g n o s i s t e c h n o l o g yf o rh y d r a u l i cs y s t e m s t h ei m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g yo ff a u l td i a g n o s i s e x p e r ts y s t e mf o rr o l l e rh y d r a u l i cs y s t e m si st h o r o u g h l ys t u d i e d i nt h i st h e s i s ，i ti sa n a l y z e di nt h eh y d r a u l i cs y s t e mo fat y p eo fv i b r a t o r yr o l l e r , t h ef a i l u r em e c h a n i s ma n df a u l td i a g n o s i so fr o l l e rh y d r a u l i cs y s t e m sa n dh y d r a u l i c c o m p o n e n t sa r es u m m a r i z e da n da n a l y z e d t h er e a s o n sf o rt h ef a i l u r ea n dt h e e x c l u s i o nm e t h o d so ft h e h y d r a u l i cs y s t e m a n d h y d r a u l i cc o m p o n e n t s a 陀 s u m m a r i z e d t h eb a s i c f u n c t i o n s ，c h a r a c t e r i s t i c s ，g e n e r a l s t r u c t u r ea n d w o r k i n g p r i n c i p l eo fe x p e r ts y s t e ma r es t u d i e d s o m ek e yt e c h n o l o g i e so ft h ef a u l td i a g n o s i s e x p e r ts y s t e m a r er e s e a r c h e di n d e p t h a b o u t k n o w l e d g eb a s e ，i n f e r e n c e m e c h a n i s m ，s e a r c hs t r a t e g y , i n t e r p r e t a t i o nm e c h a n i s ma n ds oo n t h et h e s i se s t a b l i s h e s ak n o w l e d g el i b r a r yo ff a u l td i a g n o s i se x p e r ts y s t e mi nt h ef o r mo ft h em i c r o s o f t a c c e s s 2 0 0 3d a t a b a s e t h i sd a t a b a s ep r e s e n t st h ec o l l e c t e df a u l td i a g n o s i sk n o w l e d g e i nt h ef o r mo fp r o d u c t i v er u l e s ，a n dd e p o s i t st h ek n o w l e d g er u l e si n t ot h ek n o w l e d g e b a s ee s t a b l i s h e do nt h eb a s i so fd a t a b a s eb yw a yo ff o r m s i tm a k e sag o o du s eo ft h e a d v a n t a g eo fd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mi nd e a l i n g 、7 i ，i 也ag r e a ta m o u n to f 一 量垫里三奎堂堡主丝茎 一 - _ - l _ l _ - l - _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - i - l _ - 。- - _ - _ - 。_ _ 。- 。一一 i n f o r m a t i o n e a c hf u n c t i o nm o d u l eo ft h ee x p e r ts y s t e mi sb u i l tb yd e l p l l i 7 0p l a t f o r m w h i c hi s o b j e c to r i e n t e da n d v i s u a l t h er e a s o n i n gm a c h i n ei sd e s i g n e d a n d r e a l i z e d ，w h i c hl l s e sf o r w a r dr e a s o n i n g ，t h ed e p t hf i r s ts e a r c hs t r a t e g ya n dc o m b i n i n g o fc e r t a i n t yr e a s o n i n ga n du n c e r t a i n t yr e a s o n i n g t h i ss y s t e mh a sr e a l i z e d t h e c o m m o nf a u l td i a g n o s i so fv i b r a t o r yr o l l e rh y d r a u l i cs y s t e mt h r o u g hm a n - m a c h i n e c o n v e r s a 6 0 n a tm ee n do ft h et h e s i s ，s o m ec o n c l u s i o n sa r eg h e nt os u m m a r i z em yr e s e a r c h o ff a u l td i a g n o s i st e c h n i q u e so fv i b r a t o r yr o l l e rh y d r a u l i cs y s t e m s t i l le x i s t i n g p r o b l e m sa n ds h o r t c o m i n g so ft h ee x p e r ts y s t e ma l ep o i n t e do u t , r e c o m m e n d a t i o n s o nt h ef o l l o w - u ps t u d ya n dw o r ka r eg i v e n i np r o s p e c t , s e v e r a lp o i n t sa b o u tt h e c o n t i n u e dr e s e a r c ho ff a u l td i a g n o s i st e c h n i q u e so fr o u c rh y d r a u l i cs y s t e ma r eg i v e n - k e yw o r d s ：v i b r a t o r yr o l l e r , h y d r a u l i cs y s t e m , f a u l td i a g n o s i s ，e x p e r ts y s t e m ， d e l p h i 7 0 i i i 武汉理工大学硕士论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 压路机是一种重要的工程压实机械，它的主要用途是增加工作介质( 土石填 方及路面铺层混合物料) 的密实度，改善道路和建筑工程基础路面结构物的承 载能力与稳定性，提高基础路面的抗渗透性和消除沉陷，是道路与工程结构 物基础、堤坝及路面铺装工程的主要施工设备之一。近年来，随着我国经济建 设的高速发展，大型工程建设项目的开工，高速公路大量扩建，高速铁路的飞 速发展，大型堤坝建设以及机场跑道与停机坪的施工建设，促进了我国压路机 等施工机械的蓬勃发展和研究更新换代。 压路机按施力工作原理的不同，分为静压压路机、轮胎压路机、振动压路机 和冲击压路机四大系列。振动压路机通过振动工作装置产生的振动使介质颗粒 处于高频振动状态，降低介质颗粒间的内摩擦力，通过自身的重力，形成对土 壤的压实力和剪切力，迫使介质颗粒重新排列，内部孔隙减少，从而提高路面 的承载能力、抗渗透能力以及平整度。 德国人于1 9 3 0 年最先开始探索振动压实技术，经过十年的研究，拖式振动 压路机首次被研制出来，这种技术和压路机的问世，彻底改变了压实效果依靠 重量或线压力的简单模式，从而使人们越来越重视这种技术的进一步深入研究。 2 0 世纪7 0 年代，静液压传动和液压控制技术应用于振动压路机，采用调频调幅 机构的振动压路机被研制出来。这种压路机优化调节了压实工作参数，使振动 压路机成为市场的主导。随后的8 0 9 0 年代，随着新的压实技术的研究和探索， 出现了振荡压路机、冲击压路机等。这些新型的压路机在各自的领域有其明显 的优势乜1 。 在国际上，德国、美国、瑞典、日本等国家在振动压路机的研究上有比较明 显的优势，目前世界上著名的振动压路机制造公司有b o m a g ，v 1 b r o m a x ( 德国) ， i n g e r s o l l r a n d 、c a t e r p i l l a r ( 美国) ，d y n a p a c ( 瑞典) 等。其中，振动 压路机处于压路机的主导地位，占市场份额的9 0 以上。目前，全液压传动、全 轮驱动振动压路机成为压路机市场的主流。越来越多的新型技术被应用于压路 机中，比如铰接式转向、调频调幅、静液压传动与控制、三级制动、故障自动 报警与调控、压实度随机检测、振动压实动态特性仿真与分析等。此外，超声 波技术促使土壤“液化 原理、多频率复合振动或混沌振动，新型传动技术等 也有新的发展。国外还在不断创新振动压实技术，计算机和智能化设计，人性 化和满意性设计，绿色环保设计等方面进行研究口】 劓。 相比较而言，国内振动压路机起步较晚。1 9 6 1 年，3 t 自行式振动压路机由 武汉理工大学硕士论文 西安公路交通学院与西安筑路机械厂联合开发出来，拉开我国的振动压路机研 制的序幕。目前，国内有6 0 多家压路机生产制造企业，其中以洛阳一拖、徐工 科技和厦工三明作为此行业的代表。虽然通过引进国外先进的设计和制造技术， 国内的振动压路机设计制造水平取得了长足的进展，但是由于起步较晚，目前 我国的振动压路机的生产、研制水平与经济建设仍不相适应。国产振动压路机 在产品性能、档次、规格系列、可靠性，特别是在智能控制和微电子技术方面 仍明显落后于欧美发达国家。重型和超重型振动压路机生产数量和品种远不能 满足市场需求，随着我国经济建设的高速发展，高速公路，高速铁路建设以及 其他大型工程项目的不断开工，对高性能的振动压路机需求不断增加，振动压 路机的研究和技术开发大有作为，市场前景广阔哺1 。 1 2 液压系统故障诊断技术概述 随着液压技术在各个领域中的广泛应用，液压传动或液压控制设备在国民 经济和生产建设中发挥了巨大作用，很多液压设备成为生产上的关键设备。由 于设计，制造和使用维护等多种因素影响，液压设备会出现各种各样的故障， 影响设备的正常运行。液压系统工作正常与否，除设计，制造等因素的影响外， 还受到使用，维修，管理等因素的影响。 自动化程度的不断提高，液压系统设备的结构趋向于复杂化，增加了液压 系统设备故障发生的概率。众所周知，设备一旦发生故障会影响到生产效率， 增加维护成本，所以如何正确迅速的判断故障原因，排除故障或者从源头上消 除故障隐患成为非常重要的课题。液压设备是由机械、电气、液压等装置有机 组合成的复杂统一体，很多因素都会影响到系统的故障分析。按照发展历程， 液压系统的故障诊断技术可分为主观诊断法，基于模型的现代诊断技术和智能 诊断技术三个阶段哺儿7 1 ： 1 主观诊断法。这是液压故障诊断发展的初级阶段。领域专家的感官和专 业经验很大程度上决定了诊断结果。这种方法要求诊断人员拥有丰富的专业知 识和诊断经验，熟悉专业领域的情况，掌握了故障机理，综合分析设备、机件 的组成、结构、功能等得出故障结论。它的优点是实用、方便、快捷，但局限 性也非常明显，过于依赖诊断人员液压领域知识、经验以及分析能力。另外， 人们的感官也会受到知识、能力、环境、身体等诸多因素的影响，造成了诊断 分析结果的差异。因此，主观诊断法对液压故障的诊断达不到定量分析的要求， 2 武汉理工大学硕士论文 只能进行简单的定性分析。 2 基于模型的现代诊断技术。该诊断技术以动态测试技术和传感器技术为手 段，以建模处理和信号处理为基础，利用计算机和各种监测仪器对故障现象进 行定量分析，通过获取液压设备工作过程中监测拾取的信号，利用数学手段分 析建模，研究故障源与系统某些可测特征值( 幅值、相位、频率等) 之间的联 系，通过对所测信号进行测量、分析和处理，最后做出准确判断。虽然取得了 显着的经济和社会效益，但基于模型的诊断方法也存在着不足，特别是对于大 型诊断对象，由于构造复杂以及参数的非线性，造成数学模型过于复杂或者无 法建立，并存在过程不确定和外部干扰等因素，因此给诊断过程带来困难。 3 智能诊断技术。该诊断技术利用计算机在运算和存储方面的优势，通过 模拟人脑的某些机能，能更为有效地处理故障信息，利用知识，成功地进行状 态识别和预测。因此，它代表着故障诊断技术的未来发展方向。目前有两条研 究主线：基于专家系统和基于人工神经网络。故障诊断专家系统得到最为广泛 的应用，这是由于专家系统能充分地利用知识，通过恰当的推理机制，获得较 为可靠的求解结果，并且专家系统擅长解释。然而，到目前为止，专家系统在 知识获取方面还存在困难，这限制了专家系统的广泛应用。人工神经网络 ( a n n ) 具有优良的动力学特性，比如超高维性和强非线性等，因此，它容错 性强，自学习能力突出，擅于并行处理复杂问题。知识获取、知识表示和并行 推理这些传统方法难于解决的问题，a n n 都能很好地解决，带来了提供最佳诊 断性能的潜在可能性。 1 3 振动压路机液压系统的故障诊断概述 随着液压技术的不断发展和液压元件可靠性的不断提高，全液压传动技术 在振动压路机已得到广泛应用，这不仅使整机性能有了很大提高，而且大大减 轻了操作人员的工作强度。如行走驱动可实现无级变速，振动可实现变频变幅， 换向加速度减小使换向更为柔合、轻松等。 工程机械液压系统一旦发生故障，会产生一定的故障征兆。比如产生泄漏、 发热、振动、噪声等。振动压路机各个液压系统故障表现是不同的，具体来说， 液压行走系统的故障主要表现为行走无力，前进后退异常，停车制动失灵，行 走速度异常等。液压振动系统的故障主要表现为振动压实无力，单挡振动或双 武汉理工大学硕士论文 挡振动异常，振动频率异常，液压系统进入空气等。液压转向系统的故障主要 表现为转向失灵或有冲击，转向迟缓，单方向有转向等。此外还表现为系统温 升异常，冲击，噪声异常等现象嘲【9 】【1 0 1 。 振动压路机液压系统故障的主要特点有： 1 ) 故障呈现复杂性和多样性 液压系统出现的故障可能是一个也可能几个故障同时出现，并且故障表现 是多种多样的。 2 1 故障具有隐蔽性 液压系统的结构特性决定了系统内部结构及工作状况不能从外表观察到， 所以液压系统的故障多属于隐蔽的，不易观测的。 3 l 一因多果和一果多因 影响液压系统故障的因素很多，而且这些因素常常是交叉影响，造成比较 复杂的系统故障。几个原因有可能造成了同一个故障现象；同一个故障原因， 因为系统结构或者机械结构不同，引起的故障现象也可能是多样的。 4 ) 偶然性与必然性 偶然性是指液压系统中的故障不是经常发生的，无规律性的，属于随机发 生。必然性是指故障发生有持续性、经常性，规律性。 5 ) 使用条件和故障的产生密切相关性 使用条件不同，同一系统也会有不同的故障表现。操作不当或维护不到位 也会影响系统的正常工作。 6 1 发生故障分析判断困难，处理相对简单 液压系统故障分析判断比较困难，为了找到故障部位及产生原因，需要根 据故障现象进行反复的分析，判断，排查可能产生故障的部位。找出原因后， 故障的处理相对比较容易。 振动压路机液压系统一旦发生故障，必须立即停机，查明原因并彻底排除 故障。否则，带病作业会导致小故障累积成大故障，量变积累到质变，最终导 致系统或机件不可逆的损坏，甚至报废，造成无法弥补的经济损失。 4 武汉理工大学硕士论文 1 4 本文的研究内容及其意义 1 4 1 本文的研究内容 本文研究的主要内容如下： 1 ) 全面分析了某型全液压振动压路机液压系统，总结了各液压回路及主要 液压元件故障机理和排除方法。 2 ) 研究了故障诊断专家系统的知识表示，推理机制，搜索策略，解释机制。 3 ) 对振动压路机液压故障诊断专家系统进行了总体设计，使用关系数据库 a c c e s s 2 0 0 3 建造了知识库体系，设计了专家系统的推理机，应用面向对 象的编程语言d e l p h i 7 0 ，实现专家系统各模块的功能。 4 ) 通过运行实例来阐述故障诊断专家系统的功能和使用方法。 5 ) 总结全文，对后续研究做了展望，并提出了建议。 1 4 2 本文研究的意义 由于施工工地多是工程机械集群协同作业，压路机一旦出现故障，不仅影 响压实质量，同时与之配合作业的铺摊机，搅拌机等工程机械都得停工，直接 影响工程的进度。这就要求我们对压路机出现的故障现象进行快速准确的判断 并进行及时的维修。传统的故障诊断方法过于依赖维修人员的知识和经验，需 要维修人员凭自己的感官或仪器测试来了解系统的故障，通过分析判断确定故 障的原因和部位。在这个工作过程中，维修人员的专业知识与实践经验对故障 诊断结果起着决定性的作用。在生产实践中，新手或普通用户不具有丰富的专 业知识与实践经验，会导致故障诊断时间的延长，增加无谓的维修工作量，降 低工作效率，甚至无法排除故障，耽误工程进度。故障诊断专家系统的建立， 很好的把专家对故障诊断的丰富知识与经验与计算机技术结合起来，大大提高 了故障诊断效率，得到准确的诊断效果。而且，专家系统的知识是各个领域不 同专家的经验知识的结晶，可以做到博采众长。同时，专家系统也不会受身体 状况、情绪以及外部环境等主客观因素影响。因此，构建故障诊断专家系统， 能够对故障进行准确而快速的诊断，缩短维修工时，降低维修技术人员层次， 有着显著的经济效益n u n 幻。 5 武汉理工大学硕士论文 第二章：振动压路机液压系统的故障分析与诊断 2 1 某型全液压振动压路机液压系统分析 某型振动压路机是由江苏某压路机械有限公司生产的全液压振动压路机。 主要用于市政，公路，乡村道路和其他工业场地等路基工程的压实作业。本机 采用全液压行走和振动系统，双轮驱动，双轮振动，变频变幅，安装有蟹形和 转向系统，液压系统包括液压行走系统、液压振动系统、液压转向及蟹行系统 三大部分。通过分动箱输出动力，以驱动行走液压泵、振动液压泵、转向液压 泵工作【1 3 】。 该机的主要技术参数如下： 整机重量 振动轮直径 振动论宽度 激振力 振动频率 名义振幅 静线压力 行走速度 发动机型号 额定功率 额定转速 外形尺寸：长 宽木高 6 1 3 t 1 3 5 0 m m 2 1 3 0 m m 13 0 2 8 2 2 l 洲 4 0 4 8 b z 0 7 5 0 3 5 m m 3 0 5 n c m 0 6 5 k m h ( i ) 0 1 2 5 k m h ( i i ) 4 b t f 气a 3 9 c 9 3 k w 2 2 0 0 r m i n 5 0 1 0 唪2 4 0 0 宰3 1 0 0 m m 武汉理工大学硕士论文 2 1 1 行走液压系统分析 图2 1 行走液压系统原理图 1 一补油泵2 - 行走变量柱塞泵3 一真空表4 - 行走系统溢流阀4 滤油器5 单向阀6 散热器7 回流 集流块8 - 电磁阀9 - 阀块l o 制动器1 1 行走变量马达1 2 电磁换向阀1 3 溢流阀l 禾电磁阀1 5 安全阀1 6 - 补油泵限压阀1 7 - 溢流阀1 8 一旁通阀1 9 行走液压泵总成2 0 滤油器2 1 补油溢流阀 2 2 换向伺服阀2 3 制动阀 全液压振动压路机行走液压系统采用闭式液压回路，主要由变量柱塞泵1 ， 定量补油泵2 ，前后行走马达1 l ，各相关调压限压元件( 如溢流阀，回油释放阀 等) ，电磁阀等组成。其系统原理图如图2 1 所示。 变量柱塞泵1 通过驾驶室操作杆可以手动改变柱塞泵斜盘控制阀组的停留 位置，其扳动的角度影响变量泵斜盘拉杆装置的位移，从而改变变量柱塞泵的 输出液压油的流量，改变压路机的行走速度。压路机的前进后退也是由驾驶室 操作杆以及斜盘控制阀组控制，当换向伺服阀2 2 处于左位时，前后行走马达正 转，压路机前进；反之，前后行走马达反转，压路机后退。定量补油泵2 的主 要作用有三个方面：一是对系统泄漏而损失的油液进行补偿，保证闭式回路中 行走变量柱塞泵的正常工作；二是提供一定的补油压力，为行走马达提供背压， 避免负载波动产生的液压敲击；三是向主泵的伺服系统提供控制油压，提供动 7 武汉理工大学硕士论文 力给其他辅助系统。系统补油压力由补油溢流阀2 l 调定。高压溢流阀1 5 ，也称 安全阀，可以调定系统的最高压力。压路机前后行走马达1 1 采用并联方式连接， 分别实现对压路机前，后钢轮行走的控制。压路机故障拖行是通过停车时手动 泵松开制动来实现。压路机在施工过程中如果遇到紧急情况，需要立即停车， 可以按下紧急制动按钮，此时的制动阀2 3 处于上位工作，变量泵斜盘作用于油 缸，回归零位，行走液压系统会产生液压制动，辅之以机械制动，从而实现压 路机的紧急制动【1 4 儿”j 。 2 1 2 振动液压系统分析 图2 2 振动液压系统原理图 1 振动变量柱塞泵2 卒 油泵3 真空表4 旁通阀5 滤油器6 单向阀7 溢流阀8 散热器9 - 回流集流块1 0 限压阀1 1 振动马达控制电磁阀1 2 变量振动马达1 3 安全阀1 4 单向阀 1 5 补油泵限压阀1 6 节流器1 7 振动泵总成1 8 滤油器1 9 补油溢流阀2 0 比例电磁阀 振动液压系统采用闭式液压回路，主要由振动变量柱塞泵1 、前后两个振动 变量马达1 2 、定量补油泵2 ，电磁阀等组成。两个变量马达采用串联形式连接， 利用振动开关控制可以实现前轮或后轮单独振动及前后轮同时振动。比例电磁 阀2 0 通过改变变量柱塞泵1 的排量，实现振动马达的转速变化，从而实现对振 动频率的调节作用，达到变频的目的。同时可通过控制振动马达的旋转方向， 实现正向振动和反向振动，由于激振器的偏心块质量在正转和反转时是不同的， 因此振幅也是不同的，达到改变振幅的目的。高压溢流阀1 3 ，也称安全阀，可 8 武汉理工大学硕士论文 以调定系统的最高压力。补油泵补油压力的大小，由补油溢流阀1 9 凋节。进油 路中安装有节流器1 6 ，用以控制进入变量泵的油液流量。梭阀4 ( 旁通阀) 在 主油路之间建立一个低压通路，使低压回路经过低压溢流阀与油箱的油路相通， 同时使系统中部分多余的油液流回油箱，这样油液在系统中不断循环。油液依 次流过每个液压元件，一可以达到冷却散热的目的，二可以携带系统内磨损杂 质流回油箱，起到清洁系统的作用【l6 】。 2 1 3 液压转向及蟹行系统分析 图2 3 液压转向及蟹行系统原理图 l - 定量齿轮泵2 真空表3 滤油器4 限压阀5 - 安全阀6 单向阀7 转向液压油缸8 蟹行油缸9 蟹行阀1 0 全液压转向器 液压转向系统由定量齿轮泵l 、全液压转向器l o 、两个转向油缸7 、一个蟹 行侧移油缸8 、蟹行阀9 等组成。液压转向系统通过转向油缸的差动伸缩控制整 车的转向。为了提高振动压路机在压实作业时的贴边性能( 即接近建筑物或障碍 物进行压实的能力) ，在振动压路机铰接转向机构处增加了一套蟹行机构，使振 动压路机具有前、后轮纵向中心线偏差一定距离进行压实作业的能力。这样， 压路机很容易接近建筑物进行压实作业，而当压实工作结束后，压路机又很容 易离开建筑物而不至于发生干涉现象，具有良好的贴边压实性能。 9 武汉理工大学硕士论文 2 2 某型全液压振动压路机液压系统故障诊断 2 2 1 行走液压系统常见故障与排除 振动压路机行走液压系统常见故障主要有：行走无力，前进后退异常，停 车制动失灵，系统响应缓慢，行走速度异常等【1 7 】。产生这些故障的原因和相应 的排除方法如表2 1 所示： 表2 1 行走液压系统常见故障及排除 故障现象故障原因排除方法 发动机转速不合适或功率进行发动机调整或检 不够修 行走无力泄油阀坏修理或更换泄油阀 补油泵失效修理或更换补油泵 行走马达中的单向阀坏修理或更换单向阀 液压泵、液压马达内部磨修理或更换泵或马达 工口 狈 行驶泵旁通阀单侧失效修理或更换旁通阀 前进正常，后退补油单向阀单侧失效修理或更换单向阀 无力行走马达中单向阀单向失修理或更换行走马达 效中的单向阀 行走泵内部控制阀失灵修理或更换控制阀 停车制动失灵制动器摩擦片磨损严重或损调整摩擦片间隙或更换 坏摩擦片 行走泵旁通阀严重泄露或更换旁通阀 失效 不能前进，也不能后泄油阀失效修理或更换泄油阀 退补油单向阀失效修理或更换单向阀 行走泵或行走马达泄露修理泵或马达 液压油箱中油量不够检查油位，加注新油 补油单向阀失效修理或更换单向阀 行走系统响应迟缓行走马达中单向阀失效修理或更换行走马达 中的单向阀 行走齿轮泵内部泄露修理或更换行走泵 制动电磁阀坏修理或更换制动电磁 行走困难阀 减速机坏修理或更换减速机 行走速度异常发动机油门操纵系统松脱修理或调整油门操纵 机构 发动机转速不合适调定合适转速 1 0 武汉理工大学硕士论文 2 2 2 振动液压系统常见故障与排除 振动液压系统的常见故障主要有： 力，振动关不掉，振动频率异常等【1 8 1 ， 如表2 2 所示： 表2 2 振动液压系统常见故障及排除 单挡振动或双挡振动异常，振动压实无 产生这些故障的原因和相应的排除方法 故障现象故障原因排除方法 振动开关阀失效修理或更换 振动关不掉振动泵控制电磁阀至振动检查电路，接好断点 开关电路断路 振动泵控制电磁阀至振动检查电路，接好断点 单档不能振动开关电路断路 振动开关阀失效修理或更换 振动泵控制电磁阀至振动检查电路，接好断点 开关电路断路检查尼龙套是否损坏， 两档振动均无反应或联轴器尼龙套损坏若损坏进行修理或更换 只有微弱反应振动泵或振动马达内部磨修理或更换振动泵或振 损，内泄漏严重动马达 发动机工作异常，功率不检查或调整发动机 够或转速不合适 振动压实无力振动泵或振动马达内部磨修理或更换振动泵或振 损严重，内泄漏严重动马达 振动泵控制电磁阀至振动开检查电路，接好断点 只能单档振动关电路断路 液压油箱中油量不足检查油位，补充新油 液压系统中混入了空吸油管不密封检查吸油管，拧紧其连 气接组件 振动液世糸统故障( 效翠检查并排除振动液压系 低，漏油，压力不适)统故障 振动偏心块油腔间油液过检查偏心块油腔，放出 多或过少多余油液或加到合适量 振动频率异常检查并调整油门操纵机 油门操纵机构不适构 发动机转速不适调定合适转速 油泵排量变化调整油泵排量限制螺丝 武汉理工大学硕士论文 2 2 3 行走液压系统常见故障及排除 液压转向及蟹行系统常见故障主要有：不能转向或只有单方向转向，换向迟 缓，不能蟹行或只有单方向蟹行等，产生这些故障的原因和相应的排除方法如 表2 3 所示： 表2 3 行走液压系统常见故障及排除 故障现象故障原因排除方法 发动机转速不合适调定合适转速 系统油量不足补充新油 不能转向单向阀严重泄露修理或更换单向阀 转向油缸不密封修理或更换油缸 比例换向阀失效修理或更换比例换向 阀 系统油量不足检查油位，加注新油 发动机转速不适调定合适转速 换向缓慢转向油缸内泄露修理或更换转向油缸 比例换向阀内泄露修理或更换比例换向 阀 比例换向阀失效修理或更换 单方向有转向单向阀单侧失效修理或更换 液压油箱中油量不足检查油位，补充新油 发动机转速不合适调定合适转速 不能蟹行控制电磁阀不能工作修理或更换控制电磁 阀 蟹行油缸卡死修理或更换蟹行油缸 只能单方向蟹行控制电磁阀不能工作修理或更换控制电磁 阀 组合单向阀一侧不能开启修理或更换单向阀 2 2 4 主要液压元件常见故障分析与诊断 液压系统是由液压元件通过某种形式的连接组成，液压系统发生故障，通 常与液压元件的故障或失效有着直接或间接的关系。全液压振动压路机液压系 统的主要液压元件有柱塞泵，柱塞马达，液压油缸，转向器，换向阀，溢流阀 等，论文中收集和总结了十个主要液压元件的故障失效机理和排除方法n 町，在 此限于篇幅，不做详述，见附录1 。 1 2 武汉理工大学硕士论文 2 3 本章小结 本章介绍了某型全液压振动压路机液压系统的结构组成和工作原理，对液 压系统进行了全面分析，总结和分析了振动压路机液压系统和主要液压元件的 常见故障现象和故障机理，为专家系统知识库的建造和推理机的开发做好了准 备。 武汉理工大学硕士论文 第三章：故障诊断专家系统及其开发工具 3 1 专家系统的概述 1 9 6 5 年，首台专家系统d e n d r a l 在美国s t a n f o r d 大学问世，开创了人工 智能领域研究的新篇章。此后，各种专家系统如雨后春笋般应用于各个专业领 域，取得很大的成功。专家系统已成为各国竞相研究的热门课题。其应用已经 渗透到各个领域，产生了巨大的社会和经济效益，这正印证了那旬名言：知识 就是力量。 3 1 1 专家系统组成及其原理 作为一种计算机智能应用程序，专家系统拥有大量的专家领域知识和经验， 通过对专家知识的运用，采用某种问题求解方法，从而解决那些需要大量人类 知识才能解决的复杂和困难问题。一般来说，灵活性、透明性和启发性是专家 系统基本特性【2 0 】： 1 灵活性：专家系统的知识不是一成不变的，随着知识的不断更新和完善， 专家系统知识库也需要不断进行维护。这是专家系统保持活力的保证。 2 透明性：通过解释，专家系统在运行过程的操作行为是相对透明的，不仅 能够很好地解释自身行为还能回答用户提问，这一点区别于传统程序。 3 启发性：专家系统使用启发性知识，使专家系统更接近于人脑的思考和 判断。 通常专家系统由六个基本组成部分，具体结构如图3 1 所示，下面分别简介 如下。 1 4 武汉理工大学硕士论文 甩户领域专家 工 ： l 人机接口 j 解释机构知识获取机构 r1 动态数据库 卜 推理机知识库 图3 1 专家系统基本结构 1 人机接口 人机接口是领域专家及一般用户与系统进行对话的界面。它构成了系统与 人的沟通桥梁。用户输入的外部信息通过它转化为系统可以处理的内部形式； 系统则把内部信息转化为用户可以理解的输出。通过相互转换，实现人机的对 接。随着技术的进步，人机接口不仅能采用菜单形式或人机会话传递信息，而 且可以传递声音、图像等。 2 知识库 知识库是领域与常识性知识的集合，包括规则、事实等。知识获取与知识 表示是知识库构建时要解决的首要问题。前者是指知识工程师怎样从领域专家 那里获取知识，来纳入知识库。后者则是如何使用计算机能够理解的形式来表 示和存储知识。为了使整个专家系统更有效率，必须选用合适的知识表示方法， 因为它直接决定着知识库的组织结构。 3 推理机 推理机保证专家系统按某种逻辑协调地进行工作，它是一种记录着所运用 规则和控制策略的程序，根据知识( 规则) 进行推理并导出结论。推理机使一般 用户具有象领域专家一样解决某一领域的困难问题的能力。在推理机的运行过 程中，策略选择至关重要，包括如何从知识库中选择规则和多个规则可用时的 冲突消解。 1 5 武汉理工大学硕士论文 4 工作储存器 工作储存器又称动态数据库，它存储着原始信息( 数据) ，中间信息( 数据) 和求解问题的结果信息等。 5 知识获取机构 领域专家( 知识工程师) 通过它实现知识的获得并纳入知识库，同时实现对知 识库进行管理和维护。 6 解释机构 专家系统的解释机构是其特色，系统的选择、行为以及结论的输出，都需 要提供解释给用户，便于用户接受，另外，系统的调试以及知识传授也需要解 释机构的参与，因此，对用户和系统来说，解释机构都是不可缺少的。 3 1 2 专家系统的知识表示 知识是专家系统的核心。专家系统的性能与它所拥有的知识的数量和质量 成正比。专家系统实质上是一个知识处理系统，获取知识并应用知识是一个专 家系统的基本工作过程。故障诊断专家系统研究的主要内容之一是如何利用诊 断知识，即通过什么实现方式使计算机能象人类专家那样进行思考并能够对故 障进行正确诊断。知识的获取、表示和利用是专家系统研究的基本问题，其中 知识表示最为重要。知识表示是对知识的一种描述或约定，是知识的符号化和 形式化的过程，它主要研究知识如何存储于计算机中。知识表示方法的好坏直 接影响知识库的扩充和系统的推理效率。好的知识表示方法有几点共性【2 l j ： ( 1 ) 可扩充性：专家系统的知识库不是一蹴而就的，是需要领域专家在相关研究 领域不断提炼，总结和完善的。因此，为了方便地对知识库进行扩充，系统的 数据结构和存取程序必须足够的灵活。 ( 2 ) 简洁性：为了便于灵活地对知识库的访问和修改进行操作，知识表示方法应 当比较简洁。 ( 3 ) 清晰性：知识的脉络应该尽量表示清晰，各项知识应当用尽量简单的术语清 楚地表达出来，这样，知识库构建专家就能比较清楚地表达知识。 以下介绍的4 种方法是目前最常用的应用于故障诊断专家系统知识表示的 方法，不同的知识表示方法适用于某种类型的知识表示，适用于不同的应用领 域。 ( 1 ) 产生式表示法 1 6 武汉理工大学硕士论文 该方法目前在专家系统中应用最广，它能模拟人类大脑记忆模式中的逻辑 因果关系，比较接近与人类大脑的思维模式，这一点和故障诊断专家系统的知 识结构比较近似，因此适用于该系统的知识组织。产生式规则表示法通常用以 下形式来表示： p q 或环pt h e nq 式中，p 可以用代表条件的前提、状态、原因等描述，用于指出该产生式是否可 用的条件；q 代表结果，如结论、动作、后果等。有时，规则和前提以及结论不 是一一对应的，一对多的情况也比较常见，因此，根据不确定性推理的需要， 在规则的结论部分加入一个因子用以表示可信度，于是，一条规则可抽象为： r u l e = 规则名 i f t h e n 规则一旦定义， 保证规则的唯一性。 ( 2 ) 框架表示法 都要存放到规则库中，既保证在推理中有规则可提取，又 框架表示法来源于框架理论，若干个结点和关系的网络就构成了框架，框 架由框架名和一组具有对应的信息( 侧面) 的槽组成。该方法把框架看作单位来表 示知识，多个相关的框架组合成框架系统，子框架可以由系统中多个框架共享， 系统行为可用框架间的变化来表示。以下是框架构成的一般形式： ( 框架名) 槽名1 ：侧面名1 1 ：侧面值1 1 槽名2 ：侧面名1 2 ：侧面值1 2 侧面名i n ：侧面值1 n 槽名k ：侧面名k m ：侧面值k