發布時間：2020-02-24所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 為進一步提升農業機械設備液壓元件的故障識別與診斷水平，通過理解多功能收獲機的液壓元件故障機理，將故障機理的理論模型與 BP 核心算法相融合，從硬件平臺和軟件運行控制兩大方面進行故障診斷系統設計。測試試驗表明: 設置正確的故障編碼并給出較為
摘 要: 為進一步提升農業機械設備液壓元件的故障識別與診斷水平，通過理解多功能收獲機的液壓元件故障機理，將故障機理的理論模型與 BP 核心算法相融合，從硬件平臺和軟件運行控制兩大方面進行故障診斷系統設計。測試試驗表明: 設置正確的故障編碼并給出較為涵蓋齊全的故障系統知識庫，通過液壓元件的故障現象，可得知該元件的故障名稱及故障處理方案，在完善多功能收獲機液壓元件故障診斷手段的同時，可為農機設備維修人員迅速準確找出故障位置提供便利。該設計可作為故障專家開發系統的有效組成部分，具有一定的推廣價值。
關鍵詞: 農業機械; 液壓元件; 故障識別; 故障機理; BP 核心算法; 知識庫
0 引言
農業機械設備的高效平穩運行離不開各部件的協調配合。隨著計算機診斷技術的發展，自動診斷技術不斷被應用于各種農業機械設備的檢測與優化。其中，多功能自動收獲機具備行走、作業、回轉、返程等功能于一體的液壓系統且各液壓元件組成較多，通過各元件的交互運行可實現液壓自動化。為更進一步提升該設備的液壓元件故障診斷時效性與準確性，需對發生異常的元件進行及時處理分析，筆者在研究故障機理及液壓元件運行原理的基礎上，針對該液壓元件故障診斷系統進行設計。圖 1 為多功能收獲機的液壓系統單個動作調節原理簡圖。由圖 1 可知: 在液壓源的動力下通過控制閥、比例閥等組成液壓裝置; 在給定工作壓力條件的 STC 控制器下組成控制裝置，兩者共同作用構成多功能收獲機的液壓系統。
1 液壓元件故障機理農業機械的液壓元件故障機理
建立在液壓結構組成的前提條件下，合理的結構構成與液壓元件安裝可以保證設備的整體良好運行。進行液壓元件故障分析時，首先確保識別的正確性，通過正確的傳感裝置進行故障信息采集，經信號處理與故障特征提取后，進行模式識別與故障分類，從而進行針對性分析與處理。多功能收獲機的液壓元件的系統故障診斷主要包含控制元件、動力元件和執行元件 3 大類，故障簡要分析流程如圖 2 所示。本文根據各液壓元件的功能與結構，在總結故障經驗與理論后進行故障討論預測。
2 故障診斷系統搭建
2.1 故障診斷機理及算法
故障診斷系統搭建后，首先進行液壓系統的故障因素分析，經梳理，形成如表 1 所示的液壓故障診斷主要因素關系，將表 1 中 1 ～ 7 項因素組成因素集 X，同時針對液壓系統的元件可能發生故障的位置形成對應項目集 Y，主要包含供油子系統、控制子系統、壓力調節子系統、執行子系統、反饋子系統等，組合成為故障判定矩陣關系，便于故障的精準定位識別。
為建立較為符合實際需求的故障診斷算法與理論模型，對故障現象、故障原因及故障處理進行內部 ID 分配與字段結構設計，如表 2 所示。其中，單一故障源可直接進行診斷處理，深層次且復雜的故障源需要進行逐級診斷，確定診斷位置。
結合 BP 核心算法，在給定輸入向量和輸出目標的條件下進行各子層的參數輸出，通過計算實際與目標差值，計算局部梯度，修正輸出層、隱含層的權值進行樣本核實與訓練。
相關期刊推薦：《農業機械學報》(月刊)創刊于1957年，是由中國科協主管、中國農業機械學會和中國農業機械化科學研究院主辦的綜合性學術期刊,。主要刊登農業機械與農業工程、拖拉機、農用動力和能源、農產品及食品加工技術、農業機械化以及有關邊緣的基礎理論、設計制造、材料工藝、測試儀器與手段的研究成果及發展動向。
2.2 硬件平臺建立
針對上述液壓系統故障診斷機理及算法，進行故障診斷系統的硬件平臺搭建，具體的多功能收獲機液壓元件故障診斷的硬件設計參數如表 3 所示。對壓力、溫度、位移傳感器參數進行合理承選定，在 PentiumⅡ/ 233Hz 的處理下進行系統設計。
綜合考慮各故障原因，針對液壓缸不移動，具體故障形成多功能收獲機液壓缸故障推理的過程簡圖，如圖 3 所示。液壓缸不移動可能存在兩大原因: 閥芯不能返回中心位置或者閥芯本體不動作。確定原因后從彈簧、新舊比例換向閥的后序執行元件進行深入分析，將各種潛在因素進行分析可知: 液壓系統的油液污染、電磁鐵反應不靈敏、液壓卡緊力不符合要求及間隙過小等都會導致閥芯不動作。
液壓元件故障的識別與診斷在多種具有內在關系和影響的規則下進行，依據各項規則，形成如圖 4 所示的多功能收獲機液壓系統元件故障規則判定流程圖; 然后，將事先錄入系統的故障規則與出現的新故障進行匹配度比較，完成故障診斷的事實性推理。
通過定義各液壓元件發生故障的確定性因子，針對故障 ID、故障對象、故障屬性及故障的權值等核心參數根據故障診斷機理與 BP 核心算法相結合，考慮不確定性因子的必然存在性，進行后臺軟件程序編制。
3 故障診斷試驗
3.1 條件設置
進行故障診斷模擬試驗，將試驗故障劃分為 A、 B、C3 個等級，分別代表輕微、中等、嚴重故障，展開試驗，以液壓系統的壓力和流量為故障判定基準，選取以下指標進行采樣
同時，列舉出用于多功能收獲機液壓元件故障識別的編碼代號，主要列舉閥芯卡死、油路堵塞和磁鐵失效等故障狀態，便于后期數據統計與分析，如表 4 所示。
3.2 過程分析
根據圖 5 所示的多功能收獲機液壓元件故障系統監測原理，將故障檢測傳感器接收到的信息進行 A /D 數模轉換，通過自動控制裝置形成故障報警與數據顯示，通過特定地網絡接口傳送到 PHP 液壓故障識別系統，進一步故障推理、數據庫與知識庫策略及后臺管理到達人機交互見面，實現可視化的用戶管理液壓元件故障診斷系統。
經整合處理，得到如圖 6 所示的故障診斷系統界面。在此界面，可根據液壓系統的不同元件故障進行模擬識別與故障后續處理。其中，指令界面與故障結果顯示界面互相對應，具有人性化的操作界面和功能識別提示，且經過后臺數據庫處理，便于該故障診斷系統的操作和維護，整體美觀簡潔，達到一定的設計效果，可為及時預知多功能收獲機的液壓元件故障提供參考。
4 結論
1) 從農業機械設備液壓系統的運行機理出發，結合液壓元件的工作組件相互協調性，得出多功能收獲機液壓元件故障診斷的理論模型和核心算法，對故障診斷進行系統設計。
2) 精準的后臺控制程序編制與經驗常用的液壓元件故障分類與編碼是進行模擬設計的關鍵一步，因而具備進行了故障診斷系統模擬試驗。
3) 試驗表明: 周密的液壓元件故障診斷監測原理有效控制下，實現了多功能收獲機液壓元件的故障診斷系統設計，通過輸入指定液壓元件，得到故障原因與解決處理方案，在提高農機設備的故障檢測水平方面具有一定參考價值。
SCISSCIAHCI
