機(jī)械中級工程師論文挖掘機(jī)故障診斷方法研究

　　挖掘機(jī)是建筑工程和城市建設(shè)中不可缺少的一部分，挖掘機(jī)作為工程機(jī)械主要機(jī)械之一，在能源、交通、水利、城市建設(shè)的發(fā)展中起著重要的作用。本文是一篇機(jī)械中級工程師論文范文，主要論述了挖掘機(jī)故障診斷方法研究。

　　摘要：挖掘機(jī)組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境復(fù)雜性和工作強(qiáng)度較大，容易產(chǎn)生故障。采用挖掘機(jī)機(jī)體金屬振動(dòng)測試方法進(jìn)行機(jī)械故障監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)故障診斷。提出一種基于機(jī)體金屬殼體振動(dòng)關(guān)聯(lián)譜特征提取的挖掘機(jī)故障診斷方法。首先對目前的挖掘機(jī)機(jī)械故障診斷方法進(jìn)行分析，介紹了采用金屬殼體振動(dòng)測試方法進(jìn)行故障診斷的原理。然后進(jìn)行故障特征提取和診斷的算法設(shè)計(jì)。以實(shí)際的挖掘機(jī)故障工況狀態(tài)進(jìn)行故障診斷的案例應(yīng)用分析和仿真測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法進(jìn)行故障診斷的準(zhǔn)確識(shí)別性能較好，穩(wěn)定可靠。

　　關(guān)鍵詞：挖掘機(jī),故障診斷,金屬振動(dòng)測試

　　挖掘機(jī)的性能直接影響到工程的質(zhì)量、速度和成本。因此，要求使用和維修人員具備一定的技能，一邊挖掘機(jī)在工作過程中出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)排查維修，保證工作正常進(jìn)行。本文從挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等方面分析了挖掘機(jī)的常見故障判斷及維修方向;進(jìn)而引申到金屬振動(dòng)測試的挖掘機(jī)故障診斷方法研究。

　　1常見故障及其診斷排除

　　1.1液壓系統(tǒng)

　　液壓油作為液壓系統(tǒng)中傳遞動(dòng)力的介質(zhì)，會(huì)使內(nèi)部元器件磨損后產(chǎn)生泄漏，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)溫度過高，工作力度不夠等故障。由于此系統(tǒng)出現(xiàn)的故障具有突發(fā)性和隱蔽性，因此排除故障時(shí)會(huì)有一定的難度，要求在維修液壓系統(tǒng)時(shí)，必須要準(zhǔn)確了解其工作原理，正確的分析故障原因。也要知曉不同型號、不同品牌的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)資料。

　　1.2回轉(zhuǎn)系統(tǒng)

　　主要分液壓挖掘機(jī)不能回轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)角度偏大及慣性回轉(zhuǎn)角度偏大等幾種類型。主要通過檢查油路、電路、測量解除制動(dòng)油壓、拆檢回轉(zhuǎn)馬達(dá)、清洗相關(guān)各元件(特別注意節(jié)流孔、細(xì)小油道)，基本可以找出并消除故障。

　　1.3行走系統(tǒng)

　　分行走跑偏及行走馬達(dá)兩個(gè)主油管爆裂。挖掘機(jī)發(fā)生行走跑偏時(shí)，在行走馬達(dá)技術(shù)狀況正常、履帶松緊度調(diào)整正確的情況下，可通過以下步驟檢查。檢查行走液壓回路工作壓力。如果組合閥工作正常，可按順序檢查中央回轉(zhuǎn)接頭。液壓缸爬行。組合閥進(jìn)油短管是否破裂。動(dòng)力臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸的活塞桿是否只伸出、不收進(jìn)。液壓泵是否不能實(shí)現(xiàn)合流，挖掘機(jī)行走是否沒有快速。找出屬于那種原因，針對解決即可。液壓挖掘機(jī)行走馬達(dá)兩個(gè)主油管爆裂的主要原因是，由于變速后雙速閥的閥芯未能及時(shí)回位，進(jìn)油口和回油口不能聯(lián)能，引起油液壓力過高。此時(shí)應(yīng)：①適當(dāng)增大雙速閥彈簧彈力。②研磨雙速閥。③操作要規(guī)范。

　　1.4電氣系統(tǒng)故障

　　蓄電池電量不足，此時(shí)應(yīng)對蓄電池進(jìn)行充電，檢查蓄電池液面高度，保證達(dá)到規(guī)定高度。檢查蓄電池老化程度，定期更換蓄電池，避免電池老化而導(dǎo)致充電不良，日常工作是要注重電池的保養(yǎng)，不要出現(xiàn)虧電狀態(tài)。啟動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)故障維修或更換。線路故障檢查及修復(fù)。

　　2基于振動(dòng)測試的挖掘機(jī)故障診斷原理分析

　　隨著機(jī)械振動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展，采用機(jī)械金屬殼體的振動(dòng)測試方法進(jìn)行故障診斷具有一定的應(yīng)用前景，相關(guān)的故障診斷方法研究受到人們的重視。挖掘機(jī)工作在復(fù)雜的建筑工地中，工作環(huán)境復(fù)雜，工作強(qiáng)度較大，容易產(chǎn)生故障。研究挖掘機(jī)的故障診斷方法，提高挖掘機(jī)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。對挖掘機(jī)的故障診斷的本質(zhì)是進(jìn)行機(jī)體金屬殼體的異常振動(dòng)的檢測和特征提取。傳統(tǒng)方法中，對挖掘機(jī)金屬殼體的金屬振動(dòng)特征提取主要采用的是基于振動(dòng)測試和回波模擬的振動(dòng)信號特征提取方法，以及基于現(xiàn)代信號處理的振動(dòng)信號特征提取方法等[1]，前者更多的是分析挖掘機(jī)金屬殼體振動(dòng)信號的物理特征，實(shí)現(xiàn)對挖掘機(jī)金屬殼體振動(dòng)的分析和目標(biāo)識(shí)別[2]。后者主要是采用譜分析法、時(shí)頻分析法和小波分析方法，從挖掘機(jī)金屬殼體振動(dòng)信號中提取有用的特征，對目標(biāo)進(jìn)行分類識(shí)別[3]。事實(shí)上，挖掘機(jī)金屬殼體的振動(dòng)信號多來挖掘機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、軸承、機(jī)械振動(dòng)等，因此，采用后者的進(jìn)行挖掘機(jī)金屬殼體振動(dòng)信號特征提取精度更高。傳統(tǒng)的挖掘機(jī)金屬殼體振動(dòng)關(guān)聯(lián)特征提取采用的是基于定量遞歸分析的關(guān)聯(lián)維特征提取方法，當(dāng)在關(guān)聯(lián)特征提取中挖掘機(jī)金屬殼體振動(dòng)信號出現(xiàn)奇異吸引子特征時(shí)，提取的振動(dòng)特征產(chǎn)生混迭譜，導(dǎo)致頻譜畸變，影響目標(biāo)識(shí)別性能[4-8]。針對這一問題，本文提出一種基于機(jī)體金屬殼體振動(dòng)關(guān)聯(lián)譜特征提取的挖掘機(jī)故障診斷方法。首先進(jìn)行了故障診斷原理分析，然后進(jìn)行金屬振動(dòng)信號模型構(gòu)建和信號測試，最后提取關(guān)聯(lián)維特征實(shí)現(xiàn)故障診斷，仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了性能測試，得出了有效性結(jié)論[9-12]。挖掘機(jī)故障率高，診斷難度較大，挖掘機(jī)金屬殼體的振動(dòng)信號很大程度上能有效反應(yīng)挖掘機(jī)的故障類別，為有效建立挖掘機(jī)故障檢測系統(tǒng)，采用金屬殼體振動(dòng)測試分析方法進(jìn)行挖掘機(jī)的故障特征提取和故障類別的分析和判別，挖掘機(jī)故障診斷的根本原理是通過有效的檢測方法進(jìn)行金屬振動(dòng)信號模型構(gòu)建和信號特征提取。挖掘機(jī)的金屬殼體結(jié)構(gòu)分析模型。挖掘機(jī)故障檢測診斷的第一步是進(jìn)行金屬振動(dòng)特征采集和信號測試，通過對金屬振動(dòng)的測試，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和信號模型構(gòu)建，這一步是挖掘機(jī)故障診斷和故障類別分析的關(guān)鍵，本文通過采集挖掘機(jī)故障狀態(tài)工況下的金屬殼體的振動(dòng)信號作為研究對象，對挖掘機(jī)的工況狀態(tài)信息進(jìn)行判別和特征分解。工況狀態(tài)識(shí)別是對挖掘機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，采用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析和分類器識(shí)別的方法進(jìn)行故障分類，實(shí)現(xiàn)對挖掘機(jī)的故障診斷和特征判別。通過對檢測到的挖掘機(jī)信號進(jìn)行特征提取，本文采用關(guān)聯(lián)維特征提取方法進(jìn)行挖掘機(jī)的故障診斷專家系統(tǒng)軟件構(gòu)建，以典型故障為訓(xùn)練樣本，對挖掘機(jī)在異常工況下的金屬殼體振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行測試和特征分類。挖掘機(jī)金屬殼體振動(dòng)信號很大程度上是一組非線性時(shí)間序列，采用非線性信號分析方法，進(jìn)行特征空間降噪處理，最后進(jìn)行故障診斷。根據(jù)上述挖掘機(jī)故障診斷原理，進(jìn)行故障診斷算法設(shè)計(jì)和仿真測試。

　　3挖掘機(jī)金屬振動(dòng)測試與故障診斷方法實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)上述算法原理，本文提出一種基于關(guān)聯(lián)維特征提取的故障診斷方法，假設(shè)挖掘機(jī)的金屬振動(dòng)時(shí)間序列為一組非平穩(wěn)時(shí)間序列，記為金屬振動(dòng)的采樣時(shí)間間隔，采用關(guān)聯(lián)譜特征提取方法，進(jìn)行相空間重構(gòu)，得到在維相空間中的挖掘機(jī)故障狀態(tài)的金屬振動(dòng)信號維矢量為：X(n)={x(n),x(n+τ),?,x(n+(m−1)τ)}對于高階譜空間中的矢量特征點(diǎn)nX，故障信號的金屬振動(dòng)狀態(tài)矢量集合為η(n)X，定義mnR為nX與η(n)X挖掘機(jī)故障工況下的振動(dòng)信號、差壓信號之間的狀態(tài)歐式距離，表示為：由于金屬殼體的振動(dòng)測量系統(tǒng)引起的誤差可以通過調(diào)整振動(dòng)傳感器各通道之間的相位差、前放各路之間的相位差實(shí)現(xiàn)，通過上述算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)的故障優(yōu)化診斷和系統(tǒng)狀態(tài)判別。

　　4仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

　　為了測試本文設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行挖掘機(jī)故障診斷中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在故障工況下進(jìn)行挖掘機(jī)的金屬振動(dòng)測試和特征提取，得到故障工況下的挖掘機(jī)金屬振動(dòng)測試結(jié)果如圖1所示，從圖可見，采用本文算法能有效檢測出挖掘機(jī)的故障狀態(tài)特征，通過技術(shù)振動(dòng)測試，有效分辨出挖掘機(jī)的故障類別，性能較好。

　　5結(jié)語

　　采用挖掘機(jī)機(jī)體金屬振動(dòng)測試方法進(jìn)行機(jī)械故障監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)故障診斷，是一種基于機(jī)體金屬殼體振動(dòng)關(guān)聯(lián)譜特征提取的挖掘機(jī)故障診斷方法。本文首先對目前的挖掘機(jī)機(jī)械故障診斷方法進(jìn)行分析，介紹了采用金屬殼體振動(dòng)測試方法進(jìn)行故障診斷的原理。然后進(jìn)行故障特征提取和診斷的算法設(shè)計(jì)。最后以實(shí)際的挖掘機(jī)故障工況狀態(tài)進(jìn)行案例應(yīng)用分析和仿真測試，研究表明，該方法可靠穩(wěn)定，故障診斷的準(zhǔn)確性較好。對大量采用挖掘機(jī)的建筑行業(yè)來說，是個(gè)利好的福音，可以縮短故障排查時(shí)間，有的放矢，快速維修，提高了機(jī)械的利用效率。
　　機(jī)械中級工程師論文發(fā)表期刊推薦《機(jī)械工程師》（月刊）創(chuàng)刊于1969年，由黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院、黑龍江省機(jī)械工程學(xué)會(huì)主辦。是我國制造業(yè)領(lǐng)域歷史悠久、具有廣泛影響力的國內(nèi)外公開發(fā)行的大型綜合性科技期刊，近年來整合了工業(yè)媒體與科技期刊的雙重功能，系中國期刊方陣雙效期刊，中國機(jī)械制造領(lǐng)域一等獎(jiǎng)期刊，中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）全文收錄期刊，萬方數(shù)據(jù)全文收錄期刊。雜志主要報(bào)道機(jī)械加工設(shè)備、工藝、工裝、卡具、刀具、模具、通用機(jī)械及零部件、工業(yè)機(jī)器人、檢驗(yàn)測量、分析試驗(yàn)、表面工程、制造業(yè)信息化、設(shè)備維修與改造等方面的新技術(shù)、新工藝、新材料、新產(chǎn)品、新設(shè)備、實(shí)用技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的知識(shí)技能；國內(nèi)外最新技術(shù)動(dòng)態(tài)、市場信息、行業(yè)發(fā)展趨勢以及制造業(yè)優(yōu)秀企業(yè)與工程師的典型案例。以實(shí)用技術(shù)為主，關(guān)注行業(yè)發(fā)展、捕捉市場需求，為制造業(yè)決策者提供有價(jià)值的市場信息，為工程師的實(shí)踐探索提供參考坐標(biāo)。