在工程機(jī)械領(lǐng)域，液壓系統(tǒng)作為核心動(dòng)力與傳動(dòng)環(huán)節(jié)，其可靠性直接關(guān)系到設(shè)備的工作效率與使用壽命。隨著智能化技術(shù)的深入發(fā)展，液壓元件正逐步從傳統(tǒng)的機(jī)械式、液控式向電液一體化、智能化方向演進(jìn)。本期N90專(zhuān)題，我們特邀技術(shù)專(zhuān)家許仰曾先生，就液壓智能元件的故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入探討。
液壓智能元件，通常指集成傳感器、微處理器和通信接口的液壓閥、泵、馬達(dá)或缸等，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)自身狀態(tài)（如壓力、流量、溫度、位移）并執(zhí)行復(fù)雜控制邏輯。這類(lèi)元件的引入，顯著提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度、控制精度與能效，但同時(shí)也帶來(lái)了故障診斷的新挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)基于經(jīng)驗(yàn)與簡(jiǎn)單儀表的診斷方法，難以應(yīng)對(duì)其內(nèi)部軟件邏輯、傳感器漂移、通信中斷等新型故障模式。
許仰曾先生指出，智能元件的故障診斷需構(gòu)建多層次、多信息融合的體系。是元件級(jí)的自診斷功能。現(xiàn)代智能液壓閥或變量泵通常內(nèi)置診斷程序，能夠通過(guò)狀態(tài)指示燈或數(shù)字通信（如CAN總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)）上報(bào)故障代碼，指示如線(xiàn)圈開(kāi)路、傳感器超限、內(nèi)部通信錯(cuò)誤等常見(jiàn)問(wèn)題。維護(hù)人員需熟練掌握設(shè)備廠(chǎng)家提供的故障代碼手冊(cè)與診斷軟件。
是系統(tǒng)級(jí)的綜合診斷。單個(gè)元件的報(bào)警可能源于系統(tǒng)其他部分的異常。例如，比例閥反饋異常可能因油液污染導(dǎo)致傳感器卡滯，也可能因主控制器輸出信號(hào)異常。因此，需要結(jié)合整個(gè)液壓系統(tǒng)的壓力、流量、溫度等多參數(shù)趨勢(shì)分析，并關(guān)聯(lián)電控系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷。許仰曾強(qiáng)調(diào)，建立系統(tǒng)的正常工作參數(shù)基準(zhǔn)（“健康模型”）至關(guān)重要，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)模型的比對(duì)，可以更早地發(fā)現(xiàn)性能劣化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。
關(guān)鍵技術(shù)層面，許仰曾重點(diǎn)探討了以下方向：
- 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的診斷方法：利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）對(duì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建智能分類(lèi)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜、非線(xiàn)性故障模式的識(shí)別。這尤其適用于那些難以用精確物理模型描述的故障。
- 基于模型的診斷方法：針對(duì)智能元件建立精確的數(shù)學(xué)模型（如狀態(tài)空間方程），通過(guò)觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)，將估計(jì)值與實(shí)際傳感器測(cè)量值進(jìn)行比較產(chǎn)生殘差，通過(guò)對(duì)殘差序列的分析來(lái)定位故障源。這對(duì)傳感器故障和執(zhí)行器故障的隔離具有優(yōu)勢(shì)。
- 信息物理融合診斷：智能液壓系統(tǒng)是典型的信息物理系統(tǒng)（CPS）。故障診斷不應(yīng)局限于液壓回路本身，還需與機(jī)械結(jié)構(gòu)、負(fù)載情況、作業(yè)環(huán)境等信息融合。例如，通過(guò)關(guān)聯(lián)挖掘機(jī)的動(dòng)臂角度、鏟斗阻力與主泵壓力、多路閥閥芯位移的關(guān)系，可以更準(zhǔn)確地判斷是元件故障還是外部負(fù)載突變導(dǎo)致的系統(tǒng)波動(dòng)。
在工程實(shí)踐方面，許仰曾建議企業(yè)：
- 加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)：維護(hù)人員需同時(shí)掌握液壓原理、電子電路與基礎(chǔ)編程知識(shí)，能夠理解智能元件的工作邏輯與通信協(xié)議。
- 完善工具配備：投資于便攜式智能診斷儀、油液顆粒度分析儀、熱成像儀以及專(zhuān)用的廠(chǎng)家診斷軟件，形成從參數(shù)讀取、數(shù)據(jù)分析到故障驗(yàn)證的完整工具鏈。
- 建立知識(shí)庫(kù)：積累本單位設(shè)備的典型故障案例、解決方案與數(shù)據(jù)特征，形成可共享、可迭代的故障診斷知識(shí)庫(kù)，為未來(lái)的智能化診斷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。
隨著物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算與人工智能技術(shù)的進(jìn)一步成熟，液壓智能元件的故障診斷將向著更自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化與精準(zhǔn)化的方向發(fā)展。許仰曾認(rèn)為，未來(lái)可能實(shí)現(xiàn)“云-邊-端”協(xié)同的診斷架構(gòu)：智能元件（端）執(zhí)行基礎(chǔ)自檢與數(shù)據(jù)采集；車(chē)載控制器或網(wǎng)關(guān)（邊）進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析與初步診斷；云平臺(tái)則負(fù)責(zé)大數(shù)據(jù)深度挖掘、模型優(yōu)化與專(zhuān)家資源調(diào)度，最終為現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)提供精準(zhǔn)的決策支持。
液壓系統(tǒng)的智能化是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，其故障診斷技術(shù)也必須與時(shí)俱進(jìn)。通過(guò)深入理解智能元件的工作原理，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析與模型方法，并輔以系統(tǒng)的工程實(shí)踐，我們能夠有效提升工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的可靠性與可用性，為設(shè)備的高效、安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
