苏维鼎

摘 要：混凝土泵车在工程建设中发挥了极大的作用，但是混凝土泵车的液压系统很容易发生问题，本文对液压系统常见问题进行了分析，并在此基础之上介绍了一些故障诊断的措施和方法，希望对同行们的工作有所指导意义。

关键词：故障；分析；诊断；系统；方法

目前国内外很多工程机械传动以及执行机构都普遍应用了液压控制技术，这些工程机械常见故障问题主要与液压系统有关，所以液压系统的故障诊断越来越重要。由于这些液压设备端部会直接接触到混凝土，容易磨损，负荷也是很大，如果维护不善，很容易出现一些故障，影响着混凝土的浇筑，给工程带来了一些麻烦。本文针对目前常用的混凝土泵送液压系统所发生的故障进行了分析，提出了适应于本地和远程后台的泵车液压系统故障诊断方法。

1 混凝土泵送部分液压系统常见故障分析

如果混凝土泵送装置的液压系统出现问题，那么首先应该区分三个液压回路是否有问题，这样才能做到有目的、有反向的确定故障出处。

1.1 混凝土泵送液压

当技术人员发现液压装置的滑阀动作不流畅，不连贯的时候，就应该先要检查液压的机械部分是否出现了问题。如果滑杆已经发生了打滑现象，那说明这个位置磨损已经比较严重了，可以进一步通过检查滑杆运动位置是否有遗漏的混凝土浆以及其他杂物，这时候技术维护人员可以及时扫除杂物，涂上适当的润滑油，减小连接处的磨损，可有效减少液压系统发生故障的可能。经过以上维护过程，如果还有问题，那么就应该检查回路了。

1.1.1 当检查时发现，在温度为50摄氏度时，蓄能充气压力低于55MPa时，应该及时充气。

1.1.2 核定减压阀的调定压力是否在可控范围之内。有些泵车在出厂前已经设定好压力值，所在施工人员不能随便打开减压阀自行调整压力值。

1.1.3 对于顺序阀的调定压力进行调整。把泵送装置的操控杆I档位调到刻度5上面，然后把操纵杆Ⅱ放于刻度1，再空转。在油温控制在50摄氏度，额定压力控制在7MPa时，根据压力表可以反映出压力波形，进而可以知道顺序阀的调定压力值以及蓄能器的气体压力值大小。如果压力值大小没有在可控范围之内，那么就需要及时调整压力值大小，以保证系统正常运转以及安全。为判断蓄能器压力值是否满足要求，我们可以通过如下方法进行检测：关掉泵送开关，手动换向可以通过升压阀控制，当滑阀换向次数达到2次及以上时说明在可控范围之内，如果小于2次，那就需要及时调整升压阀。当发现主油缸以及滑阀油缸动作迟缓时，可以通过检查滑阀油缸以及主油缸活塞的方法减少损失。

1.2 自动换向系统

自动换向系统主要是由换向阀、滑阀换向阀、先导阀、升压阀、逆转阀以及手动逆转阀组成。主油缸中的活塞运动到最高位时，先导阀阀芯将会被活塞撞击，改变先导阀的运转反向。油泵中出来的压力油通过手动运转阀、先导阀、逆转阀使升压阀改变方向。另外，在另一个油缸改变方向后，向前运行到活塞终点撞击另一个先导阀阀芯时，升压阀可以再次改变方向，这样滑阀油缸以及主油缸可以第二次换向，这就是一个完整的运行流程。

鉴于此种系统的构造，很难发生故障，但是故障一般会发生在先导阀以及电磁阀上面。先导阀故障会使整个换向系统产生问题，严重到系统不能使用。主安全阀以及顺序阀一般会配有电磁阀，如果电磁阀发生故障会使主系统无法建立起压力或者泵送系统关闭罢工，严重时会使顺序阀阀芯动作不连贯。

1.3 密封回路

密封回路不同于上述两个液压回路，其是独立存在的。其中一个活塞运动时，混凝土被泵送出去，此时液压油会把另外一个油缸的活塞杆推回原位，混凝土被吸进去，这样就完成了一个泵送混凝土的过程。伴随着活塞阀开启，压力油流入密封回路使活塞行程加大了，此时活塞可以被系统清理。打开行程调整阀可以起到减少油量作用，可以适当减少行程。为保护液压系统的零件，可以通过溢流阀控制压力值。密封回路发生故障一般会出现形成越来越短现象。密封回路油液变少会使主油缸行程变短。油液变少的常见原因主要有行程调整阀是否损坏，溢流阀阀芯是否卡住了及溢阀，主油缸密封配件是否密封效果良好，油缸活塞杆是否损坏。

2 泵车液压系统故障诊断方法

2.1 利用参数的故障诊断法

混凝土泵车液压系统在工作的时候，要去其参数应该控制在合理范围内，如果这些参数偏离了给定范围，那么系统就容易出现一些问题，为避免此种现象的发生，结合逻辑运算方法，可以直接找到故障出处。通过此种方法可以测得压力、温度以及加速度等信息。比如拿主溢流阀来说，当插装阀被卡住时，其系统压力趋近为0，其他故障无法使系统压力降为0。所以可以通过如下逻辑公式判断：

If换向压力>7MPaand泵送系统压力<0.5MPa

根据主溢流阀故障下的压力对分析，就可以判断主溢流阀故障与正常情况。

2.2 利用信号分析的故障诊断方法

液压系统的多数故障检测比较困难，不能通过一些数据和步骤而达成目标。为了查出故障出处，就要及时对信号进行处理分析。针对于摆缸内泄为例，不同的压力会改变泄露程度。随着系统压力降低，摆缸系统压力也会增大内泄量，比如齿轮泵的故障。利用本法可以提取左右摆缸的应用系数以及映射关系。

2.3 智能诊断方法

鉴于应用一些方法分析液压系统的不方便性，我们可以参考用智能诊断方法，此方法不同于传统的神经网络方法。当未训练的故障出现时，则需重新训练网络模型（该网络模型见图1），这样既浪费时间又没有保存以前学习的知识。对此，提出采用基于FAM（FuzzyARTMAP）的神经网络模型进行故障诊断。该模型由两个FuzzyART子模块（ARTa和ARTb）及连接这两个块的映射场（MapField）组成，其中模块ARTa实现模输入样本的模式聚类，ARTb模块实现输出的模式聚类，且每一个模块均由正则化层F0、输入层F1和分类层F2组成，而映射场实现输入聚类与输出聚类间的映射关系，模型图见图2。其中的训练样本包括信号主要是振动信号和压力信号，而进行信号处理的方法主要是时间序列模型方法、小波分析方法、时域和频域分析方法等。

图1 Fuzzy ARTMAP网络结构

图2 智能诊断流程图

对于时域信号进行FFT运算之后可以得到频域内的各个参数，直接建立AR模型可以得到时序模型参数，经过我们的统计计算之后可以得到时域内的均值方差等参数，这些特征量对于FAM神经网络不一定都是敏感的，可能有个别的特征值会产生干扰作用，这就需要对这些特征进行筛选，方法是基于距离区分技术的特征评估和选择。利用所研究的样本计算第m个特征参数的标准方差值以及均值数值，另外根据属于第j类的样本数计算第m个特征参数的标准方差值以及均值数值。利用下式计算第m个特征的距离区分因子。

通过这样的推导过程可以设定其中的一个阈值，这个阈值取值范围取为0到j之间，如果距离区分因子大于阈值，那么可以知道相对应的特征参数值。我们可以总结出：随着阈值不断增大，据此进行特征值参数个数的筛选，筛选后的特征参数输入到后续的分类器中进行训练和测试，如果特征参数分类准确率在设定的阈值范围之内，那么现在可以停止继续对特征参数的选择，经过经验分析，通常对于分类准确率设定为85%。此时可以假定右主液压缸内泄为例，通过上面的分析方法，在不同泄露量的情况下，不能有效鉴别时域数值，所以技术人员此时应该把几种工况整合在一起并加以诊断，这时可以借用小波灰度矩、频域以及小型包能量谱等参数进行研判。针对于以上几种参数值可以应该建立AR模型，利用AIC准则计算最佳模型阶数，这样可以算出模型阶数一般位于80左右波动。在此基础之上，对于以上函数进行敏感性的评判。当阈值大于0.75时，认为对此类故障敏感的特征参数是可变化的。当机械处于不同状态时，也会面临着不同的工况，对FuzzyARTMAP的神经网络进行训练，定义在不同工况下正常样本映射情况为1，中等泄露样本映射结果是2，严重泄露样本映射结果是3，可以发现在一些测试样本中，有可能有些数据发了分歧，可以定性为中性泄露，这样的泄露事件发生率将会降低。

我国混凝土泵车的经过了几十年的发展，已经建立起了较为完善的设计和生产的产业链。相关人士认为，我国混凝土泵车发展速度将会越来越快，其后续前景也是越来越广阔，相信随着国家资金以及技术的投入，混凝土泵车一定会在机械制造领域成为一颗闪亮之星，同时技术的发展也会促进国家经济的发展。

参考文献

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[2] 江国耀.混凝土泵的技术发展趋势和市场前景[J].建筑机械，2008（08）.

[3] 郑建丰.混凝土泵液压系统故障诊断方法研究[J].东北大学，2009（06）.