姚永玉　呂純潔　文英和

摘要：針對液壓挖掘機動力系統(tǒng)變革及現(xiàn)存的診斷方法受限之需，結(jié)合其作業(yè)場景、故障特征以及售后服務人員的技術(shù)特點，構(gòu)建了裝備高壓共軌發(fā)動機的全液壓挖掘機故障診斷系統(tǒng)的故障樹模型，利用故障樹分析理論對其發(fā)動機、液壓和電氣系統(tǒng)等常見故障進行分析判斷，并建立這些故障的診斷數(shù)據(jù)庫，編制了故障診斷程序，實現(xiàn)了故障的方便迅速診斷。

關(guān)鍵詞：液壓挖掘機；故障樹；數(shù)據(jù)庫；診斷系統(tǒng)

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.01.093

1挖掘機診斷技術(shù)的現(xiàn)狀和特點

汽車故障診斷方式已經(jīng)把車外診斷和隨車自診斷相融合，并且把故障綜合檢測儀的數(shù)據(jù)通信功能和診斷系統(tǒng)的分析診斷功能完美匹配，運用飛速發(fā)展的計算機技術(shù)在神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊診斷、人工智能以及面向決策的數(shù)據(jù)庫最新研究成果，是當當今汽車診斷技術(shù)的發(fā)展方向。

相對而言，挖掘機的故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)還比較單一和片面，目前市場上使用的診斷系統(tǒng)的研究方向大多利用各種分析方法建模，如BP神經(jīng)網(wǎng)絡，模糊數(shù)學，改進粒子群及貝葉斯網(wǎng)絡等等，開發(fā)的系統(tǒng)如發(fā)動機故障診斷專家系統(tǒng)及液壓故障診斷專家系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)對于技術(shù)熟練的維護人員需要在診斷前進行故障的初步判斷，如若判斷不準，將會給維修工作帶來技術(shù)和工作效率的下降，進而影響維修人員快速準確判斷。

挖掘機結(jié)構(gòu)復雜、零部件精密、自動化程度高，尤其是近年來其所裝備高壓共軌發(fā)動機技術(shù)的普及，致使故障類型復雜交織，加上其作業(yè)現(xiàn)場分散、使用強度大、故障發(fā)生率高、施工時間緊迫等，所以要求故障診斷要迅速、準確。經(jīng)過大量的資料查閱和施工現(xiàn)場調(diào)查，得出挖掘機最常見的故障是憋車，大概占到挖掘機全部故障的60%，所以，本文針對挖掘機系統(tǒng)的故障特點，依據(jù)故障樹診斷理論，開發(fā)出快速準確的故障診斷系統(tǒng)，推動了挖掘機故障診斷與排除系統(tǒng)向著智能化網(wǎng)絡化等方向發(fā)展。

2建立故障樹模型

故障樹診斷法是用事件符合邏輯門符號和轉(zhuǎn)移符合描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系，是一個對系統(tǒng)的故障進行深入認知的過程，其要求分析人員利用特定的分析思路把握故障的內(nèi)在聯(lián)系，弄清各種潛在因素對故障發(fā)生影響的路徑和程度，并利用部件的邏輯關(guān)系與各級事件的發(fā)生概率，以快速確定系統(tǒng)最薄弱環(huán)節(jié)，找到故障所在。

挖掘機系統(tǒng)的故障分析模型有3層，頂層為主系統(tǒng)，即挖掘機工作系統(tǒng)，第二層為3個子系統(tǒng)，是依據(jù)功能分類的層次；第三層為各個子系統(tǒng)的典型頻發(fā)故障。大量的資料和市場反饋信息表明，挖掘機發(fā)動機的典型故障有憋車（發(fā)動機過載）、動作慢或無力、不能起動、起動困難、冒黑煙、冒白煙、冒藍煙、怠速不穩(wěn)和功率下降等等。

本文以某公司200-8挖掘機最典型的憋車故障為例說明建立故障樹模型的過程及分析方法，系統(tǒng)涉及的其他的故障以此類推，本文不再累述。

2.1建立故障分析子系統(tǒng)

通過查閱大量的挖掘機故障診斷資料以及充分的市場調(diào)研，對挖掘機的故障進行歸納總結(jié)，最終確定，本診斷系統(tǒng)的子系統(tǒng)的事件有二級：

第一級：頂層事件為挖掘機憋車。

第二級：導致挖掘機憋車故障的主要原因分為以下四個方面：

（1）發(fā)動機故障。

當發(fā)動機存在混合氣過稀或濃時出現(xiàn)燃燒不足，功率下降，轉(zhuǎn)矩不足以克服載荷，將導致挖掘機憋車事故發(fā)生。

（2）液壓故障。

當液壓泵出現(xiàn)故障時，如工作壓力不足，傳動效率下降，阻力矩過大等，都將導致憋車。

（3）電氣故障。

當電源沒電，泵電磁閥，電磁閥控制電路出故障時候也可能造成憋車事件。

（4）機械故障。

挖掘機的工作執(zhí)行機構(gòu)的機械部件的失效或斷裂所造成的頂級事件。

綜合以上分析，該故障樹第二級歸納為發(fā)動機故障、液壓系統(tǒng)故障、電氣系統(tǒng)故障和機械系統(tǒng)故障，其中任一故障的發(fā)生都會導致頂事件（挖掘機憋車）的發(fā)生。

憋車的原因可能是油氣混合氣過稀或者過濃所致?；旌线^稀主因是噴油量過少，原因有高壓或低壓油路油壓不足或者發(fā)動機進入應急狀態(tài)，造成油壓不足的原因很多，比如噴油器臟堵、電磁閥失效、油路堵塞、噴油泵磨損、噴油被積碳吸附以及傳感器檢測失靈等，發(fā)動機進入應急狀態(tài)是相關(guān)傳感器損壞或者線路問題所致，發(fā)動機為了降低功率采取減少噴油的自我保護措施?；旌蠚膺^濃可能是空氣少或噴油多造成燃燒不足，進而導致發(fā)動機功率下降，空氣少可能是空氣濾清器臟堵、進氣道堵或者漏、氣缸漏氣等等所致，其中氣缸漏氣可能是氣門密封不嚴或者活塞與缸套或活塞環(huán)磨損所致，噴油過多可能是噴油器滴漏或噴油針閥卡死所致。綜合以上分析，建立故障樹分支，用G0表示，以機械故障及電瓶電量不足等等故障為最底層事件，用Xi表示如，圖1所示。

2.2故障樹的定性分析

求故障樹最小割集的方法有上行法和下行法。故障樹的定性分析主要任務是找到導致頂事件發(fā)生的所以可能失效模式，也就是找到全部的最小割集。

2.3故障樹分析思路

建立挖掘機故障樹模型后，根據(jù)以上建立的故障樹結(jié)構(gòu)，用流程圖的方式分析故障診斷流程。在分析制定故障診斷流程時，應通過大量充分的市場調(diào)研以確定各子故障的診斷順序，確定順序時候應考慮兩個因素，即診斷原則和故障率，通過定性分析，即可得到底端事件，實現(xiàn)快速高效的故障排除。

診斷原則是由外而內(nèi)，先簡后繁，先易后難。對于外在的容易檢查和易于采用檢測方法的系統(tǒng)應優(yōu)先排查，對于診斷流程相對簡單的也實施優(yōu)先診斷原則。然后，再依據(jù)挖掘機故障排查應具備的專業(yè)知識和大量的市場調(diào)研經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，最終確定本事件的故障率大小，按照從大到小的優(yōu)先順序排查故障率大的事件。

3故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)的設計思路

診斷系統(tǒng)有三個層次：系統(tǒng)界面為第一層，判別故障類型為第二層，終端層分發(fā)動機、液壓和電氣診斷三部分，其中設計判別故障類型起著承上啟下的作用，是整個系統(tǒng)的核心部分，終端層設計最難，內(nèi)容多且復雜。完成三個層次的銜接之后基本實現(xiàn)診斷系統(tǒng)的功能模塊，本設計開發(fā)的診斷系統(tǒng)一共采用14個窗體和一個模塊。

3.2系統(tǒng)的實現(xiàn)及使用

根據(jù)故障現(xiàn)象進一步判別故障類型是發(fā)動機部分、液壓部分還是電氣部分，使診斷過程更迅速、更精準。對于故障現(xiàn)象采用下拉式菜單方便于用戶輸入，信息管理是對故障進行管理如刪除、添加和修改等等，幫助部分是對系統(tǒng)的使用進行說明。

圖2為故障類型判別界面，是目前市場上使用的大多數(shù)挖掘機故障診斷系統(tǒng)所不具備的，這個功能也是本系統(tǒng)的特別之處。在下拉菜單中選擇故障“憋車”，點擊確定后，系統(tǒng)提示選擇故障現(xiàn)象為“是”或“否”，如果選擇“是”則給出分析，“否”則提示進入下一步的診斷界面，點擊“故障類型”命令框?qū)x擇項繼續(xù)進行底端事件的查詢。

4結(jié)論

本文從挖掘機故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問題入手，針對挖掘機新型的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和故障特點，以某廠的200-8機型為代表，經(jīng)過充分的資料收集和大量的市場調(diào)研，依據(jù)故障樹分析理論和推理方式，形成診斷系統(tǒng)的知識庫，并利用人機對話的運行模式，編制出快速準確的故障診斷系統(tǒng)，補充了裝備新型動力的挖掘機的故障診斷系統(tǒng)對從業(yè)人員的技術(shù)全面要求之不足，實現(xiàn)了故障排除的迅速精準。該系統(tǒng)方便易用，有良好的界面和編輯功能，可以添加機型和分支，可擴展性好，有良好的市場應用前景。

參考文獻

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