直臂式高空作业车故障自诊断系统设计

绪论课题研究目的与意义高空作业车是一种在建筑安装、船舶维修等场合常用的工程高空作业车，高空作业车的动力传动系统是液压系统，由于作业环境的多变性，液压系统发生故障的随机性和偶然性就很大，往往在发生故障的情况下很难找到故障发生位置以及发生原因，影响正常的施工和生产，此时，如果维修人员盲目拆卸维修，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。在此背景下，自诊断系统的应用，既对当前高空作业车维修手段进行了优化也提高了高空作业车故障诊断效率，降低高空作业车运行中出现故障的几率，使操作人员在工作过程中能够放心驾驶。时代在更替，科学技术也在不断向前推进，高空作业车的结构也变的越来越复杂，这意味这一旦高空作业车出现故障，就可能产生一系列问题，不但导致机器设备无法正常工作与此同时可能造成无比巨大的经济损失严重情况威胁工作人员的人身安全。经济效益：1.防止因小失大，在现代化生产过程中，为了避免高空作业车在作业过程中出现故障，高空作业车的自诊断系统越来越受到人们的重视，一旦机器出现故障并且不能再第一时间排除出故障的位置，导致的结果不仅仅是设备自身的损坏，甚至会产生不可想象的严重后果，再作业时候高空作业车出现故障，有可能导致巨大经济损失，例如当高空作业车再进行城市建设的过程中某一部位出现故障导致其不能正常工作，整个工作过程都会停滞，人力，物力，财力的大量消耗，产生巨大的经济损失。因此发展自故障诊断系统是非常必要的手段。2.减少设备的花销，随着时代推进，高空作业车自诊断系统的发展趋于完美，但同时高空作业车的结构也越来越复杂，功能也越来越健全，并且高空作业车在现代化工业生产中作用也越来越大，伴随这其成本越来越高，设备一旦出现故障，就会造成严重的经济损失，因此对高空作业车作业过程进行检测，将检测信号分析，进行故障诊断，找出故障原因，最后采取最合理的方法进行维修，保养，让设备快速恢复正常，在高空作业车上进行故障诊断系统可有效的延长设备的检修周期，并且能够有效快速解决故障问题，极大的提高了高空作业车的经济和社会效益。要想保证高空作业车的经济效益，就必须延长服役时间，减少停车时间，并要对设备出现的问题进行预测，而不是出现问题在解决。根据日本有关状态检测以及故障诊断的报道称，在新日铁八场的热轧车间，由于第一次采用状态检测以及故障诊断的技术，它们场出现事故的几率降到了8次，与此同时设备的维修费也降了3成左右，有人在英国做过这样的调查，通过对2000家左右国营工厂的调查显示，采用状态检测以及故障诊断的技术的工厂明显比没有状态检测以及故障诊断的技术的工厂事故率以及成本低，同样对美国PEKRUL电厂调查，应用状态检测以及故障诊断的技术为改成带来上百万的输入，上述的种种都表明状态检测以及故障诊断的技术的应用产生的价值是非常可观的，21世纪初期，人们各个方面的技术水平都比较落后，状态检测以及故障诊断的技术也只能是纸上谈兵，人们只能通过事后维修以及预防维修这两种方法进行维修，事后维修顾名思义就是当设备出现故障后，才进行维修，21世纪初期，各种设备结构相对简单，人们各个方面的技术水平都比较落后，对设备认识尚浅。而预防维修以高空工作车为例，就是定期对车辆进行检查维修，时代快速发展的当下，高空作业车设备复杂性的提高，定期的维修可以做到对车辆故障的检测但是缺少目的性，且存在一定的盲目性，很容易产生“过维修”，浪费人力，财力。现如今越来越多的人已经意识到了设备的自诊断的重要性，上述的这两种方式都是很不好的解决办法，进而对实际设备工作以及作业过程中产生影响，各个国家都迫切的想要解决这个难题。社会意义：1.在高空作业车长用故障诊断系统进行对设备的检测与诊断，这样可以快速解决设备发生故障有效防止严重后果的发生，保障操作人员安全，还能将损失减少到最低。2.当高空作业车出现安全隐患时，故障自诊断系统能够快速精准的找到设备出现隐患的部分，并给出合理的解决方案用来解除事故隐患。做到对高空作业车安全问题的排查。3.高空作业车上自诊断系统的应用在一直的改善中，自诊断技术在提高可靠性和安全性方面具有自身的优越性，高空作业车在进行作业时，出现任何故障前，一般情况下控制系统会首先出现征兆，状态检测一旦检测到这种征兆，然后对检测到数据进行处理，就有可能避免一场事故。故障诊断系统的出现为提高人员安全性，设备的可靠性提供了可能。4.对于高空作业车上自诊断系统的革新最重要的就是其维修制度，哪怕在现如今，还有许多工厂依然进行定期维护，这样一种“过维修”造成了资金人力的大量浪费，自诊断系统它的优点在于能够在高空作业车进行工作，行走时对其进行全面检测，因此发生故障时，系统快速做出相应应对措施，诊断出发生故障的部位，并进行维修。这种技术就是现代化维修技术，不在应用定期维修，不但能够节约维修成本，而且增加了设备的工作时间，大大提高作业能力。总的来说，高空作业车自诊断系统技术的应用对我国经济具有重要作用。综上所述可知，故障自诊断系统在高空作业车上的应用能够对其安全性，可靠性得到提升的同时也带来了较高的经济效益以及社会效益。不得不说，故障自诊断对高空作业车具有重要意义。国内外发展状况高空作业车行业的不断发展目前国际上有许多著名的高空作业车厂商，例如JLG（美国），HAB（德国），Haulotte（法国）相对来说在高空作业车行业比较厉害的像日本爱知，美国的吉尼公司，德国的如特曼也是非常不错的，将全球的高空作业车进行比较就会发现，高空作业车的型号都比较全面，甚至有部分高空作业车的工作高度可超过100米的高度，其中30米左右的高空作业车最为常见，同时高空作业车可分为自行式，车载式以及牵引式等，要选用那种高空作业车是由工作地点的条件来决定的，高空作业车在社会上的作用越来越无法替代。例如隧道高空作业车，为打隧道专门设计的，又如剪叉式高空作业车等都在各自的领域有着自己的特色并发挥这自己独特的作用。诊断手段随着社会发展在不断进步，检测系统与故障诊主要分为四个类型：初级诊断方法：当高空作业车出现故障问题时，需要受过专业人员进行诊断检查，通过自己专业所学并依靠个人经验，然后亲自分析故障并做出判断，这种方法比较简单，对人员的技术要求比较高，并且还要具有丰富的经验，如果对故障没有清楚的认识，则会导致错判，误判，造成二次损害。材料使用时长进行判断的方法：这种判断方法顾名思义是根据材料自身的使用寿命来进行判断的，在部分设备上有一定的用途，但对于许多设备不能使用，这种方法的具有很大的局限性。一般不采用这种方法。将传感器与状态检测与故障诊断的技术相结合的新型方法：技术的不断革新，传感器与检测诊断技术目前来说比较成熟，具体是通过传感器进行设备检测，并对检测到的信息进行处理，找出故障可能发生的部位，并给出合理的解决方法。智能自诊断系统方法：这种故障检测判断方法是现如今最好的一种方法，它能够在信号处理的基础上，进行知识的处理以及知识的推理，最关键的是它具有记忆能力，同时还具有极强的自学能力，能够快速，精准的实现设备的故障问题，但是就是造价昂贵。课题研究内容、方法及预期成果设计内容①对象分析。对高空作业车进行分析，分析组成高空作业车的各个部分，依次对高空作业车，发动机，底盘，工作装置（工作平台，扩桥，伸缩，变幅等），行走系统进行分析，同时还要对整车的电控系统和液压系统进行分析。②工况分析。高空作业车的工作环境是随着工作地点决定的，故而要讨论其常用工况下的动作。并分析行走，作业，以及正常工况下的各种相关动作，在一些必要且特殊的情况下分析紧急情况下的安全保障。③总体分析。将高空作业车给结构，各个系统，作业过程，以及行走过程结合分析，找出它们之间的相关点，然后分析需要添加的关联动作，保证高空作业车在作业，行驶等过程中，正确的对其进行状态检测以及预警。④对高空作业车的状态检测以及故障系统技术四个方面组成，分为四点进行说明。信号采集，高空作业车上的传感器对其运行过程进行采集数据，高空作业车的运行过程数据不是一成不变的而是波动的，各个部位所传出信号也有区别，因此对各个不同的部位，选择不同的传感器来表征高空作业车运行的状态信号。信号处理，第一步已经得到了高空作业车上的数据，这些数据均为原始数据，必须对这些数据信号进行下一步分析，也就是数据信号处理才能被利用，为后面故障诊断做好前提，打好基础，没有准确的信号处理，后面的诊断就无从谈起。状态识别，将第二步的数据信号处理与高空作业车在运行情况下进行对比，通过对比分析，来判断高空作业车是否有故障出现，如果有部位出现故障，就需要进一步判断故障类型，以及原因。诊断决策，最后一步就是要对检测出来的故障做出相应的决策，对出现的故障要采取对策与措施，并且根据前几步骤所得到的信息得出高空作业车的状态信息，做出高空作业车下一步的运行状态。方法手段本文设计中采用将传感器与状态检测与故障诊断的技术相结合的新型方法：技术的不断革新，传感器与检测诊断技术目前来说比较成熟，具体是通过传感器进行设备检测，并对检测到的信息进行处理，找出故障可能发生的部位，并给出合理的解决方法。图1-1故障诊断结构示意图(1)高空作业车出现故障时能够及时检测。(2)当高空作业车出现故障是显示器能够显示故障(3)发生故障时，传感器能够迅速检测之后系统同时给出报警信号，提醒驾驶员。

故障诊断对象分析高空作业车主要组成主要由底盘，动力源（发动机）,工作装置这三个部分组成。如图2-1所示图2-1高空作业车的基本组成图2-1是高空作业车的基本组成，下文会主要讨论的是行走系统，动力源以及工作装置这三个模块的具体分析动力源分析本车选用英国的发动机品牌Perkins（珀金斯），该品牌应用在许多不同的车辆上，并受到很大欢迎。型号选择1103D-33TA型号，对于高空作业车该型号正好匹配，因其可以提供大功率以及大扭矩。在高空作业车未作业时，平路状态时发动机为其提供大转速2200rpm，爬坡状态时，发动机提供最大扭矩310Nm，当高空作业车进行作业时，其发动机提供的值为其怠速工作点，由于要面对这三种状态，因此设置油门开度时必须全部考虑，就必须设计三个油门开度。表2-1发动机的基本信息发动机品牌英国Perkins(珀金斯)。发动机型号。1103D-33TA发动机功率/转速58kw/2200rpm发动机最大扭矩点310Nm/1400rpm发动机进形式增压中冷发动机的有关电控系统是安装在发动机相关位置上的传感器来实现发动机的状态检测并且进行故障诊断的。如下图所示，图2-2中CAN通信模块连接显示器。当发动机的某个部位出现问题，传感器开始报警，CAN通信模块将该信号传送给显示器，驾驶员从显示器中进行观察故障。液压油箱液位，电瓶电压等是由其他传感器进行检测，将检测值输入控制器，由控制器进行分析出的信号作为输出信号输送给显示器。关于其他不做过多介绍，后面有专门章节来分析。图2-2ECU结构示意图行走系统分析高空作业车的行驶系统主要是进行基本的前进倒退以及停车。图2-3为该高空作业车行走系统结构示意图。图2-3行走系统结构示意图本车采用变量泵加变量马达以实现更大的调速范围；并采用准确性高，系统响应快的PWM信号来调节变量泵的排量实现无级调速，配合实现高空作业车高速行驶与低速行驶的切换的双排量马达。驱动方式采用车轮独立驱动，左右后轮各连一个驱动马达，由一个行走变量泵供油。直臂式高空作业车的停车制动采用终端车轮制动方式，即机械制动，液压解除制动的形式。在全液压整体式车架的基础上，选用偏转车轮转向，转向机构为双作用转向液压缸。避免在外阻力不平衡时，出现左右摆现象，转向稳定性也较差，提高整机的稳定性及安全性。表2-2行走驱动系统马达泵基本参数参数，元件行走泵马达补油泵排量(maxml/r)464513.9排量(minml/r)17主溢流阀压力Mpa281.95型号MPV046KVK45保证高空作业车工作平台上施工人员的安全，要求高空作业车行驶过程中它具有两个状态，一个是工作模式，一个是转场模式，当作业车处于工作模式时，行走系统处于低速状态，当处于转场的行驶模式时，其处于高速行驶状态。当在工作场地进行施工完成时，要求所有的工作装置都必须按要求回归原位，然后转入非工作模式，时速最高可达5.6km/h,如果被传感器检测到未按要求未返回原位，以及扩桥，变幅超出设定范围等，则行驶速度自动切换至低速档。根据上文所分析可知该高空作业车行走系统所要检测的主要参数有：挡位高低的检测，泵排量以及马达转速的检测，行走液压系统主回路的压力检测等。如表2-3所示。表2-3行走系统的检测信号信号名称作用类型泵排量大小及正负控制信号高空作业车行驶以及前进倒退手柄输入信号马达排量选择控制马达大小排量实现高低速开关输入信号马达转速

监测行驶速度传感器输出信号，反馈输入信号。.系统主回路压力监测监测系统主回路压力

传感器输出信号，系统状态监测信号。工作装置分析在整个高空作业车中，所有的动作完成都是需要通过工作装置来实现的。同时还要保证操作方便以及可行性和安全性，并且要有效快速响应各个部分的信号。图2-4所示是高空作业车整个工作装置机构关系图。图2-4工作装置结构示意图本章开头图形所示底盘中的转向，扩桥等，也放入工作装置中进行分析。通过对工作装置各个部分组成，功能分析，来进行各个部分的信号分析。伸缩装置部分：1根液压缸加1套钢丝绳组滑轮系统的同步伸缩机构是目前三节臂伸缩机构应用最广泛的系统，其原理图如图下图所示。当伸缩臂同步伸出时，伸缩液压缸外伸,从而带动二节臂同步伸出。同时，三节臂在其伸臂钢丝绳的牵引下，会以二分之一于二节臂的速度外伸，从而实现二、三节臂的同步伸出。当伸缩臂同步收缩时，伸缩液压缸回缩，从而带动二节臂同步回缩，三节臂在其缩臂钢丝绳的牵引下，以二节臂二分之一的回缩速度回缩，实现二、三节臂同步回缩。图2-5为伸缩臂结构示意图图2-5伸缩臂结构示意图伸缩装置主要检测的信号一是为随时监控臂架伸缩长度，以及臂架是否在限定位置内，二是伸缩油缸的电控信号，如表2-4。表2-4伸缩装置的检测信号信号作用信号类型1伸缩长度控制臂伸缩长度传感器输出信号2伸缩臂的阀控信号随时对伸缩装置进行实时监测手柄输入信号转台回转部分:转向采用电控液压转向系统，此系统为开式系统。转台的主要结构由回转马达，底板、转台的回转支承、传动齿轮、以及转台组成。回转机构采用具有较高可靠性能的行星减速机构，传动齿轮与固节在转台支承的齿轮是开式传动，采用的是由小齿轮的转动来带动外啮合齿轮转动，由于外啮合齿轮和转台之间是用螺栓联结从而来带动转台运动，最后带动转台回转。当驾驶员推动手柄控制转台回转时，及有压力油输入时，回转装置进行回转。回转平台部分主要检测的信号：回转马达阀控信号，主油路压力，回转的限位开关，以及转台水平。具体信号分析如表2-5所示。表2-5转台回转所需检测信号信号作用类型回转马达阀控信号控制马达转速手柄输入信号主油路压力检测油路压力是否正常传感器输出信号回转的限位开关检测回转位置是否在相应位置传感器输出信号转台水平检测转台是否水平传感器输出信号变幅装置部分：变幅由液压缸实现，采用电液换向阀控制方向，另外采用比例流量阀调节运动速度。变幅油缸速度传感器和油缸角位移传感器将信号传回给控制器，实现对大臂运动状态的实时监控。本车变幅部分主要检测的信号是：变幅角度信号，大臂的限位开关，液压缸速度以及变幅油缸的控制信号。具体信号分析如表2-6所示。表2-6变幅装置所需检测信号信号作用类型变幅角度信号实现对变幅角度，最大举升的检测传感器输出信号大臂的限位开关判断大臂的状态位置开关液压缸速度检查测其速度，反馈给控制器传感器输出信号变幅油缸的控制信号实时检测控制举升，变幅精度手柄输入信号平台摆动部分:平台摆动功能主要是由一摆动缸来实现工作平台的转动，以增加工作平台可工作范围。主要信号是电磁换向阀的控制信号，由拨子开关输入。电控系统功能分析电控系统是指挥所有的执行装置完成相应的工作。如果把高空作业车比作人体，电控系统就是人体的大脑。整个电控系统应该将操作面板输入信号、系统控制信号、传感器监测反馈信号、行程开关监测信号、系统输出信号等有机结合，使整个系统能够在确保工作人员安全的前提下快、稳、准的工作。本车的电控系统主要由控制器，CAN总线以及显示器组成，当驾驶员操作时，以及各个工作装置工作时，将信号都交由控制器进行处理，并将控制器输入输出作为基础，分析高空作业车的各输入信号的逻辑关系以及输出信号的功能。为后面进行检测系统的设计做铺垫。将电控系统分为三个部分进行仔细说明。第一部分动力源部分由2.1所知发动机电控系统的详细原理图，可以将传感器检测到的信号通过CAN总线输出到显示屏，以此来进行故障诊断。需要检测发动机的转速，检测油门开度，燃油油位等，将所检测到的信号在显示器上进行显示。还需要添加一个燃油油位传感器，主要检测燃油油位是否低于设定值。第二部分行走系统部分行走系统的电控系统顾名思义就是对行走的前进，后退，转向，最大行驶速度进行检测和控制。电控系统同过输入，输出再经过逻辑判断具体如图2-6所示。图2-6行走系统的电控系统行走高低速选择开关输入开关信号，控制马达排量选择而实现行走高低速切换。行走手柄输入模拟信号，经控制器控制一个比例方向流量阀，进而控制泵的排量实现行驶速度控制。系统压力传感器和马达转速传感器监测信号经控制器后可输入显示器可查询，用作行走系统的状态监测信号。逻辑判断信号作用是确保工作装置部分在完全回缩的前提下才能实现马达排量选择，主要是限制转场工作模式下行走最高速度，确保操作人员的安全。行走电控系统中要求只有在高低速行走开关选择高速档并且在收藏限位开关(判断工作臂是否放回收藏支架上)接通，大臂伸出长度不超过限定长度,工作平台处于水平状态时才能高速行走。驱动启用信号是指当本车转台回转一定角度后(超过非转向轮)报警提示信号，此时行走方向及转向动作和手柄实际操作方向不一致。脚踏板信号相当于-先导控制信号，在工作平台上操作时只有当踏下脚踏板后控制面板上操作信号才能进入控制器。完成后续动作。第三部分工作装置部分前面已经对工作装置各个部分进行了分析，下来依次进行有关信号分析。伸缩臂部分：伸缩臂输入信号，逻辑判断，由控制器控制得出输出信号，进行相应动作。图2-7工作臂伸缩电控系统示意图伸缩控制手柄控制油缸的伸缩，以及快慢，长度传感器来检测高空作业车它伸缩臂的长度是否超出设定范围。脚踏板为开关先导信号，功能启用是转台控制信号的开关，辅助动力是当车辆再工作中出现故障，为了保证人员的安全性。超载，平台调平，转台调平，这三路作为逻辑判断信号，由内部控制器程序实现。也就是说一旦在高空作业车工作台出现超载，不平，转台不平（超过安全范围-3°--5°），控制器就进行输出，停止外伸，变幅等一系列动作，并将信号输送至显示器进行显示并报警。高空作业车的变幅装置的电控系统是根据手柄，踏板等输入信号控制比例流量阀以及换向阀进而控制变幅油缸来实现作业的高度，变幅传感器进行实时监控，确保工作过程安全有效进行。图2-8工作臂变幅电控系统结构示意图变幅控制手柄输入信号进入电控系统，经过控制器控制并输出信号在经过比例流量阀以及换向阀实现对变幅角度速度控制。变幅角度传感器实时检测工作臂变幅角度以及是否变幅范围在设定范围内，对其工作范围进行限位。整个过程变幅角度传感器信号作为输入信号输入经过电控系统判断，并通过输出信号判断是否正常，一旦出现故障，电控系统将信号通过CAN模块输送到显示器上，并进行报警。对于脚踏板信号，辅助功能信号，功能启用信号同伸缩臂电控系统具有相同的功能。逻辑判断信号超载，平台调平，转台调平，收藏限位，如果任何一个出现问题，则工作臂将不会伸出保证工作时候的安全。转台回转电控系统是经过驾驶员手柄输入在通过控制模块进行判断然后控制回转马达，实现马达转速和转动方向的控制。图2-9转台回转电控系统结构示意图驾驶员操作控制手柄作为输入信号，经过控制器后，控制器输出给回转马达上的比例流量阀以及换向阀来实现回转马达速度和方向的控制，在转台处设置行程开关方便驾驶员驾驶，减少误操作，使作业更安全。当平台转台不平时此时需要禁止回转动作。平台摆动电控系统相比较之前的伸缩臂，变幅是相对简单的，它是通过控制器得到平台摆动信号控制换向阀来实现摆动油缸的左右摆动。具体分析是，驾驶员操作平台摆动开关，作为输入信号输入控制器，控制器直接控制电磁换向阀使其控制摆动马达的正反转，从而实现平面在一定范围内摆动。平台调平信号作为检测信号当出现问题时，通过控制器停止摆动，并通过CAN模块输送到显示器上与此同时进行报警。具体图2-10如图所示。图2-10平台摆动电控系统信号关系对扩桥部分进行分析，扩桥电控系统顾名思义就是对高空作业车控制车辆进行扩桥动作。图2-11扩桥电控系统信号关系示意图当高空作业车进行转向动作时，转向控制手柄，转向行程开关以及脚踏板作为输入信号，通过转向电控系统得出输出信号做出转向动作。图2-12转向电控系统信号关系示意图当驾驶员操作控制手柄作为输入信号进行控制器时，根据手柄的方向控制器控制电液比例方向流量阀进行换向，从而可以实现左右转向以及转弯半径的控制。当扩桥信号进入控制器时，此时车辆的其他动作（转向，伸缩等）停止，工作装置只有扩桥在进行，当完成扩桥时才允许其他装置进行动作，缩桥与扩桥情况一样，从而实现扩桥缩桥。脚踏板为先导信号开关。本章小结第二章首先主要介绍了高空作业车的组成，并对组成的各个部分做出了详尽分析，初步对高空作业车的整车结构，以及电控系统有了了解，为第四章高空作业车故障分析及故障自诊断系统设计做好充分准备。

高空作业车故障诊断系统的硬件设计高空作业车的故障与检测装置的硬件对于整个系统中是至关重要的，它是进行输入信号控制，信号显示，以及出现故障报警的重要硬件。本章进行输入输出信号包含的各种信号，以及介绍平面面板各个按钮布局。输入信号的硬件实现第二章对输入，输出信号进行系统全面的分析，本节主要分析其进行硬件实现。如表3-1所示。（所有的输入输出都是相对于控制器来的，及输入信号输入进控制器，输出信号指控制器进行输出。）表3-1本车主要的信号输入，输出形式输入信号输出信号平台操作输入信号驱动车辆行驶及工作装置动作的全部转台操作输入信号除行驶，转向，扩桥等之外的控制信号各种传感器输入信号传感器的各种检测信号各种形成开关各种形式的故障报警信号接下来进行平面面板布局，以及所用到的各种传感器的详细信息。平面面板的布局设计的进行分为两个部分，一个是平台平面面板的布局，另一个是转台面板的布局，高空作业车的操作人员通过操作平面面板和转台面板来进行实现高空作业车的所有功能。图3-1为工作平台操作面板简图。1.平台控制器供电指示灯2.平台非水平指示灯3.机器非水平指示灯4.工作臂下降指示灯5.故障指示灯6.燃料不足指示灯7.检查发动机指示灯8.平台超载指示灯9.急停按钮10.调平缸拨子开关11.平台左右转动开关12.喇叭按键13.行驶速度选择按键14.发动机转速选择按键15.发动机启动按键16.辅助动力按键17.热线点火塞按键18.作业臂升降、转台回转手柄（双轴）19.车桥伸缩开关20.车桥伸缩指示灯21.大臂伸缩手柄（单轴）22.燃料选择按键23.驱动启用键24.前进后退、转向手柄（双轴）图3-1为操作面板布局简图图3-2为转台操作面板简图。1.显示屏2.三位钥匙开关3.断路器4.急停按钮5.转台左转按键6.转台右转按键7作业臂升按键8.作业臂降按键9.作业臂伸按键10.作业臂缩按键11.调平缸伸按键12.调平缸缩按键13.平台左转按键14.平台右转按键15.发动机启动按键16.发动机高速/功能启用按键17.发动机低速/功能启用按键18.辅助动力按键19.燃料选择按键20.热线点火塞21发动机转速选择按键图3-2转台操作面板布局简图传感器的选择以及行程开关的选择，传感器具体如表3-2所示表3-2高空作业车所用传感器传感器名称选型信号类型作用数量作业臂伸缩位移XM-D51AI作业臂伸缩位移监测1作业臂倾角HS-XY-SAI作业臂变幅角度监测1工作平台倾角LCT520T-30AI报警提示信号1转台倾角LCT520T-30AI报警提示信号2转台角位移WDG-AM23-360AI作业臂回转角度监测1平台重量LD-500-D4xAI报警提示信号1系统压力DSTAI液压系统压力监测1液压油油温TCTAI液压系统油液温度监测1燃油油位CR-6061AI燃油油位监测1电瓶电压依据电瓶选择AI电瓶电压监测1行程开关依据扩桥液压缸选择DI判断扩桥是否完成2转向手柄转轮转角行程开关本车需要3个，回转，扩桥，收藏限位行程开关。回转行程开关是安装在高空作业车底盘上的，当转台回转超过设定范围时，行程开关动作，切断控制转台模块，需要操作人员拨动开关操作。扩桥行程开关是当扩桥动作进行至完全扩桥状态时，行程开关动作，保持扩桥动作，如果扩桥过程中，出现物体顶住扩桥部分导致其无法完全扩桥，此时行程开关换向，从而停止扩桥。控制器模块的硬件实现高空作业车的控制模块是控制车辆进行正常的功能，车辆的正常功能信号以及各种检测信号都会通过控制器进行判断输出。表3-3来进行详细说明。表3-3控制器处理信号信号类型控制对象马达转速，排量大小马达高低速度的选择泵排量大小比例方向流量阀控制泵排量伸缩油缸伸缩控制比例流量阀和换向阀信号类型控制对象伸缩长度长度传感器进行检测输出控制器进行判断变幅角度角度传感器进行检测输出控制器进行判断变幅缸伸缩控制变幅油缸回转马达方向以及速度控制换向阀以及流量阀回转转角回转传感器检测进行输出控制器进行判断平台摆动换向阀在设定范围内控制平台摆动扩桥，转向控制换向阀进行控制（扩桥为电磁换向阀，转向为比例方向流量阀）工作台的水平以及超重控制器检测平台水平以及重量。行走液压系统压力主回路压力监控转台回转速输出转台回转速监控燃油油位通过显示模块可显示出来作业时间由发动机转速时间记录显示器显示模块的硬件实现显示器显示模块的基本由5个部分组成，分别为，燃油油位，行驶速度，故障提醒，作业高度，工作时间。如表3-4所示，从A1-A5进行选择，当选择任意一个子界面时，可以通过显示器查询相关参数。表3-4显示器界面布局燃油油位行驶速度故障提醒作业高度工作时间主页工作装置行走发动机故障诊断A1A2A3A4A5A1-显示器主界面，显示如图所示。燃油油位是显示高空作业车油量，行驶速度顾名思义就是显示车辆的实时速度，故障提醒是高空作业车出现故障时声光报警（故障主要包括平台，转台不平，平台超载，燃油油位过低，冷却液温度过高，燃油油温过高，机油压力不足等一些问题），在显示器中表现出来。作业高度实则就是显示工作臂伸出长度，工作时间是当车辆进行作业时开始计时显示工作时长。A2-工作装置界面。它的主要作用是显示和检测工作装置部分的相关数据。具体有工作人员的输入信号，变幅时候的变幅角度传感器信号，控制器输出的控制信号，检测信号，扩桥等其他地方的行程开关信号等。A3-行走界面。显示器主要显示行走过程中的行走速度，马达转速，油箱油位以及行走系统压力信号等相关数据检测。A4-发动机界面，它显示的部分包括发动机转速，机油压力，进气压力，冷却液温度。(这些数据由发动机电控系统提供，第二章进行了详细说明，在此不做过多介绍)本章小结本章对高空作业车的信号进行了详细介绍并进行硬件选型，同时描述了显示器界面的基本信息，方便后文故障分析及故障自诊断系统设计的进行。

故障分析及故障自诊断系统设计在前面几章的基础上，本章进行故障分析及故障自诊断系统设计。本章的故障自诊断是通过状态检测到的信号进行分析做出判断，如图4-1所示。命令（操作输入）命令（操作输入）控制器命令（控制器输出）本车相应的动作图4-1故障判断模式发动机状态检测与自故障分析发动机的状态检测系统设计前面第二章提到的发动机自带ECU系统，其作用就是进行发动机的信号检测，显示器可以通过总线来直接读取发动机自带的检测值，由于ECU检测的系统检测的信号，本车分为两个部分，一部分是发动机的检测信号，对发动机状态进行判断，另一部分监测数据是为专业发动机维修人员进行测量的数据。表4-1发动机ECU状态检测系统ECU检测系统油门位置发动机转速冷却水温度机油压力发动机的故障诊断系统设计车辆在行驶或者工作中，发动机常常出现状况，发动机的故障诊断系统就是在发动机上的各个传感器所传出的各种不同信号进行分析，通过传感器检测的数值是否异常来选择是否出现故障，如表4-2所示。图4-1是发动机自诊断逻辑流程图。当进气温度，压力等其他传感器检测到异常时，此时需要找专业人员修理，在本文中不做过多解释。表4-2发动机故障诊断表出现故障结果表现形式相关信息解决方法油箱液位不足传感器检测到异常情况传感器是否损坏检查油箱液位及时补油，检查液位传感器是否正常油温过高用冷却器降温，检查油温传感器发动机转速不足，飞车找专业人员维修燃油油位传感器检测值低于设定值燃油油位传感器检测值低于设定值燃烧量不足指示灯亮起机油压力传感器超出设定值油温压力异常报警器报警油温，冷却液温度传感器测量值大于95°声光报警器报警发动机转速测量值油门位置传感器转速，扭矩与正常情况不服发动机转速异常，指示灯警报提示图4-2发动机诊断流程图工作装置的故障检测与自诊断分析在整个高空作业车中，所有的动作完成都是需要通过工作装置来实现的，所以一旦工作装置出现问题轻则车辆不能工作，重则有可能施工人员会出现伤亡，由于工作装置复杂繁琐密切，因此要对工作装置进行分类，可将工作装置分为;工作平台，臂架伸缩，变幅，回转以及扩桥。逐个分析可能出现的状况，来实现工作装置的自诊断。工作装置的故障检测系统的设计工作臂伸缩状态检测系统如下表所示，检测主要数据如表所示，其中有伸缩手柄输入信号（平台操作面板输入信号），拨子开关输入信号（转台操作面板输入信号），伸缩长度（传感器输入信号），伸缩油缸控制信号（控制器控制信号），关于工作臂具体有关信号分析在第二章的表2.3中有详细说明，程序通过CAN模块将信息输送到显示屏上。具体信号如表4-3所示。表4-3伸缩装置状态检测表伸缩手柄输入信号伸缩长度拨子开关输入信号伸缩伸缩油缸控制信号伸出缩回变幅装置状态检测系统如下表所示，变幅角度（传感器输入信号），变幅手柄输入信号与拨子开关输入信号同伸缩一样，变幅油缸控制信号（控制器的输出信号）。关于变幅具体有关信号分析在第二章的表2-4中有详细说明，程序通过CAN模块将信息输送到显示屏上。具体信号如表4-4所示。表4-4变幅装置状态检测表变幅手柄输入信号变幅角度拨子开关输入信号升降变幅油缸控制信号升举回落平台摆动状态检测系统如下表所示，其中拨子开关输入信号（转台操作面板输入信号，平台操作面板输入信号），摆动油缸的控制信号（控制器的输出信号），具体情况请参考第二章，程序通过CAN模块将信息输送到显示屏上。具体信号如表4-5所示。表4-5平台摆动装置状态检测表平台拨子开关输入信号左右摆动油缸的控制信号左右转台拨子开关输入信号左右转台回转状态检测系统如下表所示，其中转台回转手柄输入信号（平台操作面板输入信号），拨子开关输入信号（转台操作面板输入信号），马达转速信号（传感器的输出信号），回转马达控制信号（控制器的输出信号），具体情况请参考第二章，程序通过CAN模块将信息输送到显示屏上。具体信号如表4-6所示。表4-6转台回转装置状态检测表转台回转手柄输入信号马达转速信号拨子开关输入信号左右回转马达控制信号回转方向控制左旋右旋转向状态检测系统如下表所示，其中转向输入信号（平台操作面板输入信号），转向油缸控制信号（控制器的输出信号），具体情况请参考第二章，程序通过CAN模块将信息输送到显示屏上。表4-7转向装置状态检测表转向输入信号左右转向油缸控制信号扩桥状态检测系统如下表所示，扩桥开关信号（平台操作面板输入信号），扩桥控制信号（控制器的输出信号），行程开关输入信号。表4-8扩桥装置状态检测表所示操作开关输入信号左右扩桥控制信号扩桥开关信号行程开关输入信号工作装置的故障自诊断分析系统设计工作装置的执行动作是在在驾驶员操作下以及工作中的控制阀共同来完成作业任务的。下来逐个分析工作台，扩桥，变幅，回转，伸缩等的自诊断。1.工作台部分当平台转向传感器以及水平传感器检测到异常时，及超出传感器设定的安全范围时，进行声光报警，工作台上的重量超过工作台的承受范围时，重量传感器则会进行报警。自诊断图如图4-3解决方法：1，检查工作环境是否影响工作台水平2.检查工作台水平是否有异物，卡住等3.检查传感器是否发生故障工作台水平传感器检测工作台水平传感器检测工作台重量传感器检测工作台不平超载，声光报警图4-3工作平台自诊断流程图2.阔桥部分当系统监测手柄输入信号，以及控制器控制信号，45秒后检测到压力继电器的值仍为零时，阔桥失败，进行声光报警。解决方法：1.检查线路是否出现问题，老化，腐蚀等2.检查继电器是否出现问题3.检查阔桥油缸是否出现问题，是否被卡死，或者存在内外泄露问题手柄输入信号手柄输入信号对行程开关进行检测阔桥失败，声光报警输出控制信号图4-4为阔桥自诊断流程图3.变幅部分当手柄输入信号时，控制器有输出信号，但是转角传感器测量值没有变化则发生报警解决方法：1.检查线路是否出现问题，老化，腐蚀等2.机械故障进行检查3.检查传感器是否发生故障手柄输入信号手柄输入信号输出控制信号转角传感器测量值没有变化声光报警图4-5变幅自诊断流程图图当驾驶员操作变幅机构进行变幅操作时，图4-6详细分析变幅装置不能伸出情况，表4-9分析其他情况原因。无法变幅无法变幅驾驶员操作手柄后检查判断故障在控制器之前或者控制器之后同时检查线路问题显示器显示变幅值为零，但变幅能正常伸缩，应检查传感器问题系统压力检查燃油油位，伸缩系统主回路压力检测（主要观察是否溢流阀出现问题）图4-6变幅故障诊断流程图表4-9变幅自诊断表故障问题可能原因解决方法变幅缓慢系统压力过低检查主回路压力变幅过程不平稳传动部分不稳定检查用于传动的链条是否正常变幅传感器故障电路，或者传感器本身出现状况。检查线路以及连接处是否出现故障，检查传感器是否完好4转台回转部分当驾驶员操作工作平台回转，手柄输入信号时，其控制器中有输入输出信号，但是回转传感器测量值没有变化则声光报警。解决方法：1.检查线路是否出现问题，老化，腐蚀等2检测回转马达是否出现问题3.检测回转传动部分是否出现问题4.检查传感器是否发生故障平台回转的自诊断图如图4-7手柄输入信号手柄输入信号输出控制信号回转传感器测量值没有变化声光报警图4-7回转故障诊断流程图转台回转装置部分还有不能进行回转，以及行程开关故障，图4-8是对回转故障的分析，在工作人员操作转台回转过程中，回转装置超过设定值时，应检查行程开关是否出现问题。回转装置出现故障回转装置出现故障驾驶员操作手柄后检查判断故障在控制器之前或者控制器之后同时检查线路问题显示器显示伸缩值为零，但回转装置能正常伸缩，应检查传感器问题回转装置制动器检查回转装置是否解除制动传动机构是否出现故障传动链条，回转马达，回转减速器进行检查液压系统内是否油压主油路上的溢流阀是否出现问题，其他装置是否能正常工作？图4-8回转装置的诊断流程图5伸缩部分当驾驶员手柄输入时，控制器控制伸缩油缸进行伸缩，然而长度传感器检测长度未发生变化，此时声光报警。解决方法是检查线路是否出现问题，老化，腐蚀等，对机械进行故障检查检查传感器是否发生故障手柄输入信号手柄输入信号输出控制信号长度传感器测量值没有变化声光报警解决方法检查线路是否出现问题，老化，腐蚀等对机械进行故障检查检查传感器是否发生故障图4-9是伸缩装置故障自诊断图当驾驶员操作时工作臂可能无法正常伸出动作时，主要有不能伸出，伸缩缓慢，伸缩过程不平稳等。图4-10详细分析工作臂不能伸出情况，表4-10分析其他情况原因。工作臂不能伸出工作臂不能伸出驾驶员操作手柄后检查判断故障在控制器之前或者控制器之后同时检查线路问题显示器显示伸缩值为零，但工作臂能正常伸缩，应检查传感器问题系统压力检查燃油油位，伸缩系统主回路压力检测（主要观察是否溢流阀出现问题）图4-10工作臂不能伸出故障诊断流程图表4-10伸缩故障自诊断表故障问题可能原因解决方法伸缩缓慢系统压力过低检查主回路压力伸缩过程不平稳传动部分不稳定检查用于传动的链条是否正常伸缩传感器故障电路，或者传感器本身出现状况。检查线路以及连接处是否出现故障，检查传感器是否完好行走系统故障检测与自诊断系统设计行走系统故障检测设计行走装置状态检测系统如下表所示，行走手柄输入信号以及马达排量开关均为操作面板上的输入信号，控制器检测到的输入输出信号分别是行驶系统液压压力信号，马达转速信号，燃油油位，冷却液温度，燃油温度以及行走制动信号，行走系统泵排量大小方向控制等。表4-11行走系统状态检测表行走手柄输入信号泵排量大小控制马达排量选择泵排量方向控制前进后退系统压力高低行走制动信号马达转速液压油温度马达排量大小行走系统自诊断系统设计车辆行走是在驾驶员的操作下输入信号，然后进入控制器进行判断，选择，通过驾驶员手柄输入的大小来控制泵的排量，及整个过程就是行走系统。在高空作业车行走的过程中，会出现各种故障，如下表4-12所示。表4-12行走系统状态检测表故障类型表现形式提示方式控制行走控制器失效能够输出信号，车辆不能行走声光报警行走系统主油路压力持续偏高压力传感器检测值持续偏高声音报警行走系统马达转速异常马达转速检测值与驾驶员输入值出现不同光报警行走系统马达排量调节异常切换高低挡位，不能实行速度变化光报警控制行走的控制器失效，驾驶员手柄能够输入信号，当到达控制器时，行走系统马达转速为零，其表现为不能控制车辆行走，这时就需要进行声光报警。解决方法是优先检查油箱内部油液油位高度，其次是液压系统主油路是否存在压力值，当压力值为零时，需要检测线路是否老化，接口处是否存在泄漏，当压力值持续偏高，有可能有局部堵塞，或者马达，车轮卡死等情况。控制行走控制器失效控制行走控制器失效液压系统的压力为零或者偏高系统没有输出信号，及车辆不能行走图4-11控制行走失效图诊断流程图解决方法：检查油箱内部油液油位高度是液压系统主油路是否存在压力值，当压力值为零时，就需要检测线路是否老化，接口处是否存在泄漏，当压力值持续偏高，有可能有局部堵塞，或者马达，车轮卡死等情况。行走系统中液压系统主油路压力长时间偏高，此时系统出现声音报警。产生系统内部压力持续偏高的原因有可能是轮胎，马达是否卡住，是否驾驶员误操作输入制动信号。系统压力检测值超过设定值系统压力检测值超过设定值行走压力偏高,声音报警图4-12液压系统油压长时间偏高自诊断流程图解决方法：车轮，马达是否卡住。是否驾驶员误操作输入制动信号行走系统还可能出现马达排量调节故障，具体是马达不能进行工作模式和正常行驶的速度切换。也就是说当控制器判断马达排量并输出控制信号时，在其他逻辑判断信号都正常的情况下，马达不能从工作装置切换到行驶状态时显示器显示马达排量故障并进行光报警。马达排量选择控制器有输出马达排量选择控制器有输出发动机油门开度开至最大马达转速值低于正常行驶速度工作装置都在原位马达排量调节失效图4-13马达排量调节失效自诊断流程图上述分析主要围绕行驶系统主要出现故障，下面来宏观进行分析行走系统行走状态如：无法行走，行走缓慢，无法高速行驶以及行走噪音过大等一系列问题。接下来用诊断流程图一一罗列出来。如图4-14，4.15，4.16，4.17所示开始开始无法行走能行走，显示器显示值为0，检查传感器问题。操作手柄后系统内是否有压力首先检查液压油是否够1.油压高则检查车轮马达是否有卡死现象2.油压过低时检查马达，泵是否出现泄露问题。是否有输入信号输入在显示器上查找手柄动作后是否有控制信号存储，并检查面板上其他操作能不能进行操作，找出故障排除。是否有输出信号输出显示器查找是否有控制器输出由此判断故障点在控制器之前还是之后检查系统内泵的排量比例阀是否有输出检查滤油器是否堵塞，补油泵是否存在泄露等问题以及系统内各个溢流阀是否正常工作马达，泵的检测结束NNYYY图4-14不能行走诊断流程图行走缓慢行走缓慢检查手柄，变量泵结构部分系统是否过热，制动状态是否解除，检查车轮马达是否有卡死现象检查冷却液温度作业车油箱液位是否过低判断加油至合适位置补油泵是否存在泄露问题，检查滤油器是否堵塞泵，马达容积效率检查系统内部油压是否过高YN（低）低图4-15行走缓慢诊断流程图无法高速行驶无法高速行驶传感器信号检测正常检查变幅传感器，伸缩长度，收藏限位开关是否出现故障车辆马达排量选择正常检查马达排量信号的输入，输出信号，马达处溢流阀工作是否正常转速是否正常开始结束检查行驶系统的液压系统是否存在泄露NNNYYY图4-16无法高速行驶诊断流程图行走噪音大行走噪音大检查滤油器是否破坏检查排气口是否畅通检查燃油油位检查补油泵是否正常工作检查行走系统传动部分图4-17行走噪音大诊断流程图高空作业车的整体故障诊断流程图本小节是对高空作业车进行整个诊断过程的流程用流程图来进行详细说明。开始诊断开始诊断进入发动机故障自诊断系统并调出发动机部分自诊断程序自诊断程序是否为1？（1=故障）自诊断程序是否为1？（1=故障）进入工作装置自诊断系统并调出工作装置部分的自诊断程序进入行走自诊断系统并调出行走部分的自诊断程序自诊断程序是否为1？（1=故障）诊断结束显示器的主页面显示故障代码，进入故障页面（A5）显示故障诊断的方法YYYNNN图4-18整个流程图本章小结本章主要完成故障分析及故障自诊