專利名稱：裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置。
背景技術(shù)：
裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)各種工作運(yùn)動和進(jìn)行工作控制的基礎(chǔ)。由于裝載機(jī)作業(yè)環(huán)境惡劣，系統(tǒng)載荷大，工作液壓系統(tǒng)是經(jīng)常出現(xiàn)故障的部位，對裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)的故障進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、分析與解決，既是用戶的要求，也是液壓元件配套廠和主機(jī)廠自身發(fā)展的需要。
目前，裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)故障診斷大多還是應(yīng)用簡易診斷的方法。例如采用看(壓力、泄漏、速度、振動等)、聽(噪音、沖擊聲、氣蝕聲等)、摸(溫升、振動、爬行等)、聞(油液是否變質(zhì)等)等方法。在這個工作過程中，維修人員的專業(yè)知識與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)起了決定性的作用，由于維護(hù)管理人員判斷能力和經(jīng)驗(yàn)上的差異，往往會影響判斷的準(zhǔn)確性，而且也沒有定量的概念。隨著技術(shù)進(jìn)步和大生產(chǎn)的發(fā)展，國內(nèi)外工程界、企業(yè)界對現(xiàn)代設(shè)備的工況監(jiān)測、故障診斷越來越重視，從而使之得到不斷發(fā)展。面向工程任務(wù)，對施工機(jī)群實(shí)施工況監(jiān)測與故障診斷，判斷故障類型、原因、部位、嚴(yán)重程度是工況監(jiān)測、故障診斷領(lǐng)域前沿性課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測、故障報警和針對報警的故障進(jìn)行故障診斷并顯示其故障原因的嵌入式故障診斷裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了下述技術(shù)方案它建立在以ARM7微處理硬件系統(tǒng)和μC/OS-II操作系統(tǒng)的嵌入式平臺上，開發(fā)工具為C語言；包括工作液壓系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)；所說工作液壓系統(tǒng)由先導(dǎo)油路和主油路兩部分組成，包括液壓油箱、轉(zhuǎn)向泵、先導(dǎo)泵、工作泵、多路閥、先導(dǎo)閥、壓力選擇控制閥、動臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸、油管等部件；所說故障診斷系統(tǒng)基于故障樹的診斷模型，采用模塊化設(shè)計，主要模塊包括通訊模塊、實(shí)時監(jiān)測模塊、中心調(diào)度模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、故障診斷模塊、故障存儲數(shù)據(jù)庫、人機(jī)交互模塊。
所說先導(dǎo)油路位于工作液壓系統(tǒng)的右側(cè)，主要由先導(dǎo)泵、先導(dǎo)閥、壓力選擇控制閥等組成；先導(dǎo)泵流出的先導(dǎo)油到壓力選擇控制閥，再到先導(dǎo)閥，以控制多路閥主油路。
所說主油路位于工作液壓系統(tǒng)的左側(cè)，主要由工作泵、多路閥、安全溢流閥、補(bǔ)油閥等組成；在先導(dǎo)控制油的作用下，多路閥閥芯處于不同的位置，從而改變工作油液的流動方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗油缸和動臂油缸的不同的運(yùn)動方向，或者使鏟斗與動臂保持在某一位置以滿足裝載機(jī)各種作業(yè)動作的要求。
所說通訊模塊的的任務(wù)是1)完成通訊的底層協(xié)議；2)信號采集系統(tǒng)的故障診斷；3)接收傳感器信號并轉(zhuǎn)化成所需數(shù)據(jù)格式并傳送數(shù)據(jù)。
所說實(shí)時監(jiān)測模塊是將裝載機(jī)工況參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)直接與正常工作狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)閥值進(jìn)行比較，根據(jù)差別程度進(jìn)行報警；該模塊處理故障實(shí)時性強(qiáng)，是對工況參數(shù)的初步診斷。
所說中心調(diào)度模塊是負(fù)責(zé)模塊的調(diào)度和各模塊間的數(shù)據(jù)及信號通訊。
所說監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫是存放各信號采集單元采集的工況參數(shù)。
所說故障診斷模塊是在實(shí)時監(jiān)測模塊的處理基礎(chǔ)上對裝載機(jī)工況參數(shù)進(jìn)行更深層次的故障診斷。
所說故障存儲數(shù)據(jù)庫是記錄故障報警記錄，為使用者維護(hù)及廠商技術(shù)改進(jìn)提供相應(yīng)資料。
所說人機(jī)交互模塊是顯示信息，故障診斷程序與用戶交互的部分。
本發(fā)明通過安裝在裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)各部位的傳感器采集工作液壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并通過集成在裝載機(jī)上的嵌入式系統(tǒng)對信號進(jìn)行處理和控制，隨時監(jiān)測裝載機(jī)運(yùn)行時重要參數(shù)的量值和主要部件的工作狀態(tài)，通過顯示界面以不同的形式顯示出來。當(dāng)參數(shù)超出正常范圍或狀況異常時，通過聲光報警手段提醒駕駛員及時進(jìn)行處理，以防傷害駕駛員或者引起機(jī)器某個系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞。同時系統(tǒng)還提供工作裝置故障顯示，幫助維護(hù)人員快速地判斷故障和原因，為“定期維修”、“故障維修”過渡到“狀態(tài)維修”提供可靠的依據(jù)。
本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的參數(shù)儀表顯示和人為故障判斷，具有以下特點(diǎn)1)提供了工作液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)顯示，使駕駛員能夠?qū)崟r掌握裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
2)能自動和快速的發(fā)出報警，使駕駛員不用時刻注視儀表的變動，減輕了駕駛員的工作強(qiáng)度。
3)按不同參數(shù)對裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)的影響程度分多級報警，具有自診斷和故障顯示功能，減少故障停機(jī)和整機(jī)維護(hù)時間，提高整機(jī)運(yùn)行效率。
4)及時發(fā)現(xiàn)和控制裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，防止事故的發(fā)生，保證了裝載機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性。
建立嵌入式工作液壓系統(tǒng)故障診斷裝置，是為了保證裝載機(jī)的正常高效的運(yùn)行，而對其進(jìn)行有效的工況監(jiān)測與故障診斷。整個裝置通過安裝在裝載機(jī)各部位的傳感器，實(shí)時監(jiān)視裝載機(jī)運(yùn)行時重要參數(shù)的量值和主要部件的工作狀態(tài)，通過顯示界面以不同的形式顯示出來。當(dāng)參數(shù)超出正常范圍或工況異常時，通過三級聲光報警通知駕駛員及時處理，以防止駕駛員受傷或裝載機(jī)某系統(tǒng)受到嚴(yán)重?fù)p壞。本發(fā)明還提供故障代碼顯示，幫助維修人員快速判斷故障點(diǎn)及其原因。也可實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械用戶與生產(chǎn)廠家的信息與技術(shù)交流。確定各項(xiàng)診斷指標(biāo)和最佳預(yù)防維修間期，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)防設(shè)備故障，改善工程機(jī)械運(yùn)行狀況，提高工程機(jī)械工作可靠性及使用壽命；減少工程機(jī)械用戶與生產(chǎn)廠家的設(shè)備維修費(fèi)用，提高工程機(jī)械使用經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)廠家也獲得了寶貴的實(shí)際工況參數(shù)，為技術(shù)改進(jìn)提供了實(shí)踐數(shù)據(jù)儲備。


圖1是本發(fā)明工作液壓系統(tǒng)原理圖；圖2是故障診斷系統(tǒng)故障樹的診斷模型圖；圖3是故障樹的故障傳播有向圖；圖4工作液壓系統(tǒng)故障樹診斷模型圖；圖5是齒輪泵故障樹診斷模型圖；圖6是液壓缸故障樹診斷模型圖；圖7是安全閥(溢流閥)故障樹診斷模型圖；圖8是多路閥故障樹診斷模型圖；圖9是壓力選擇控制閥故障樹診斷模型圖；圖10是先導(dǎo)閥故障樹診斷模型圖；圖11是軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖12是軟件系統(tǒng)功能框中1、工作泵 2、轉(zhuǎn)斗油缸 3、動臂油缸 4、多路閥 5、先導(dǎo)閥 6、轉(zhuǎn)向泵 7、先導(dǎo)泵 8、壓力選擇控制閥 9、濾油器 10、液壓油箱
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖，本發(fā)明工作液壓系統(tǒng)主要由液壓油箱10、轉(zhuǎn)向泵6、先導(dǎo)泵7、工作泵1、多路閥4、先導(dǎo)閥5、壓力選擇控制閥8、動臂油缸3、轉(zhuǎn)斗油缸2、油管等部件組成，如圖1所示右側(cè)部分是先導(dǎo)油路，主要由先導(dǎo)泵7、先導(dǎo)閥5、壓力選擇控制閥8等組成；先導(dǎo)泵7流出的先導(dǎo)油經(jīng)先導(dǎo)油路到壓力選擇控制閥，再到先導(dǎo)閥5，以控制多路閥主油路；左側(cè)部分是主油路，主要由工作泵1、多路閥4、安全溢流閥、補(bǔ)油閥等組成；在先導(dǎo)控制油的作用下，多路閥閥芯處于不同的位置，從而改變工作油液的流動方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗油缸2和動臂油缸3的不同的運(yùn)動方向，或者使鏟斗與動臂保持在某一位置以滿足裝載機(jī)各種作業(yè)動作的要求。
本發(fā)明的故障診斷系統(tǒng)工作原理，如圖2至圖3所示，故障診斷系統(tǒng)采用基于故障樹的診斷模型，圖2為一個多叉故障樹，圖3為故障樹的故障傳播有向圖；圖3中的箭頭表示故障傳播的方向，每條路徑(邊)上的w值是故障傳播的權(quán)值。故障樹的故障傳播有向圖為結(jié)點(diǎn)間具有與、或邏輯關(guān)系帶權(quán)有向樹?；诠收蠘湓\斷的故障源處在樹的最底層，故障傳播方向?yàn)樽韵露霞磸牡资录虚g事件→頂事件。
由于液壓系統(tǒng)的故障診斷是一種模糊知識，不具有精確定義和嚴(yán)肅分析，因此該系統(tǒng)用產(chǎn)生式規(guī)則來表達(dá)知識，規(guī)則的一般表達(dá)式為R# IF A THEN B with CF(B，A)其中，R#為規(guī)則號，IF部分是故障的各種表現(xiàn)(事實(shí))，THEN部分是產(chǎn)生這些表現(xiàn)的原因。CF(CertainlyFaclor)為規(guī)則的置信度值(即權(quán)值)，表示A對結(jié)論B的支持程度，取值范圍在[-1，1]之間。在這個知識庫中，所有的規(guī)則形成一個層層遞進(jìn)的推理網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)是多層的，形成“樹”結(jié)構(gòu)。
推理系統(tǒng)推理的實(shí)質(zhì)是一種搜索。它是計算機(jī)的控制模塊。根據(jù)輸入的設(shè)備狀態(tài)，利用知識庫儲存的專家知識按一定的推理策略去解決、診斷問題。通常，液壓系統(tǒng)可采用的推理策略有正向推理(又稱數(shù)據(jù)驅(qū)動)、反向推理(又稱目標(biāo)驅(qū)動)、或者正、反混合推理。本系統(tǒng)以“搜索樹”的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行搜索查詢，采用步驟如下1)以存儲器中的采樣數(shù)據(jù)作為演繹前提。2)搜索以此前提為結(jié)論(THEN部分)的各條規(guī)則。3)再以各條規(guī)則的事實(shí)(IF部分)作為前提，重復(fù)進(jìn)行遞歸，使搜索向縱深發(fā)展，直到找出證據(jù)結(jié)點(diǎn)為止。本推理系統(tǒng)是一種深度搜索法，它是先進(jìn)行深度搜索，然后逐漸向橫向發(fā)展，以至遍及整個估計原因庫。這種產(chǎn)生式推理邏輯容易被人接受，可說明性好，也便于知識庫的補(bǔ)充、更新等。
本發(fā)明工作液壓系統(tǒng)故障樹，如圖4所示；齒輪泵(包括工作泵、先導(dǎo)泵和轉(zhuǎn)向泵)故障樹如圖5所示；液壓缸(包括動臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸和轉(zhuǎn)向油缸)故障樹如圖6所示；安全閥(溢流閥)故障樹如圖7所示；多路閥故障樹如圖8所示；壓力選擇控制閥故障樹如圖9所示；先導(dǎo)閥故障樹如圖10所示。
本發(fā)明故障診斷軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其功能和狀態(tài)監(jiān)測及其診斷軟件系統(tǒng)運(yùn)行的工作流程如圖11、12所示，本發(fā)明是建立在以ARM7微處理硬件系統(tǒng)和μC/OS-II操作系統(tǒng)的嵌入式平臺上，開發(fā)工具為C語言。軟件采用模塊化設(shè)計，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖11所示。主要模塊及其功能敘述如下1、通訊模塊，用來完成通訊的底層協(xié)議、信號采集系統(tǒng)的故障診斷和接收傳感器信號并轉(zhuǎn)化成所需數(shù)據(jù)格式并傳送數(shù)據(jù)。
2、實(shí)時監(jiān)測模塊，將裝載機(jī)工況參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)直接與正常工作狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)閥值進(jìn)行比較，根據(jù)差別程度進(jìn)行報警，該模塊處理故障實(shí)時性強(qiáng)，是對工況參數(shù)的初步診斷。
3、中心調(diào)度模塊，負(fù)責(zé)模塊的調(diào)度和各模塊間的數(shù)據(jù)及信號通訊。
4、監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，存放各信號采集單元采集的工況參數(shù)。
5、故障診斷模塊，在實(shí)時監(jiān)測模塊的處理基礎(chǔ)上對裝載機(jī)工況參數(shù)進(jìn)行更深層次的故障診斷。該模塊采用基于故障樹的故障診斷方法，主要由知識庫和推理機(jī)構(gòu)成。知識庫主要用于存放液壓系統(tǒng)故障的診斷原則，反映各種故障的因果關(guān)系。推理機(jī)主要解決知識的選擇與應(yīng)用問題，控制整個問題的求解過程。它根據(jù)存儲器中的采樣數(shù)據(jù)，將知識庫中的診斷原則拿來匹配，然后利用適當(dāng)?shù)目刂扑惴ㄍ茢喑鼋Y(jié)論。該模塊分為工作液壓系統(tǒng)故障診斷子模塊和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)故障診斷子模塊，這種處理針對性強(qiáng)。平時運(yùn)行工作液壓系統(tǒng)故障診斷子模塊，轉(zhuǎn)向時則運(yùn)行轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)故障診斷子模塊。提高整套系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
6、故障存儲數(shù)據(jù)庫記錄故障報警記錄，為使用者維護(hù)及廠商技術(shù)改進(jìn)提供相應(yīng)資料。
7、人機(jī)交互模塊顯示信息，是故障診斷程序與用戶交互的部分。
權(quán)利要求
1.一種裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是它建立在以ARM7微處理硬件系統(tǒng)和μC/OS-II操作系統(tǒng)的嵌入式平臺上，開發(fā)工具為C語言；它包括工作液壓系統(tǒng)和故障診斷軟件系統(tǒng)；所說工作液壓系統(tǒng)由先導(dǎo)油路和主油路兩部分組成，包括液壓油箱、轉(zhuǎn)向泵、先導(dǎo)泵、工作泵、多路閥、先導(dǎo)閥、壓力選擇閥、動臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸、油管等部件；所說故障診斷軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，主要模塊包括通訊模塊、實(shí)時監(jiān)測模塊、中心調(diào)度模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、故障診斷模塊、故障存儲數(shù)據(jù)庫、人機(jī)交互模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說先導(dǎo)油路位于工作液壓系統(tǒng)的右側(cè)，主要由先導(dǎo)泵、先導(dǎo)閥、壓力選擇閥等組成；先導(dǎo)泵流出的先導(dǎo)油經(jīng)先導(dǎo)油路單向閥到壓力選擇控制閥，再到先導(dǎo)閥，以控制多路閥主油路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說主油路位于工作液壓系統(tǒng)的左側(cè)，主要由工作泵、多路閥、安全溢流閥、補(bǔ)油閥等組成；在先導(dǎo)控制油的作用下，多路閥閥芯處于不同的位置，從而改變工作油液的流動方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗油缸和動臂油缸的不同的運(yùn)動方向，或者使鏟斗與動臂保持在某一位置以滿足裝載機(jī)各種作業(yè)動作的要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說通訊模塊的的任務(wù)是1)完成通訊的底層協(xié)議；2)信號采集系統(tǒng)的故障診斷；3)接收傳感器信號并轉(zhuǎn)化成所需數(shù)據(jù)格式并傳送數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說實(shí)時監(jiān)測模塊是將裝載機(jī)工況參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)直接與正常工作狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)閥值進(jìn)行比較，根據(jù)差別程度進(jìn)行報警；該模塊處理故障實(shí)時性強(qiáng)，是對工況參數(shù)的初步診斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說中心調(diào)度模塊是負(fù)責(zé)模塊的調(diào)度和各模塊間的數(shù)據(jù)及信號通訊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫是存放各信號采集單元采集的工況參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說故障診斷模塊是在實(shí)時監(jiān)測模塊的處理基礎(chǔ)上對裝載機(jī)工況參數(shù)進(jìn)行更深層次的故障診斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說故障存儲數(shù)據(jù)庫是記錄故障報警記錄，為使用者維護(hù)及廠商技術(shù)改進(jìn)提供相應(yīng)資料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說人機(jī)交互模塊是顯示信息、故障診斷程序與用戶交互的部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，它是建立在以ARM7微處理硬件系統(tǒng)和μC/0S－II操作系統(tǒng)的嵌入式平臺上，開發(fā)工具為C語言；它包括工作液壓系統(tǒng)和故障診斷軟件系統(tǒng)；工作液壓系統(tǒng)由先導(dǎo)油路和主油路兩部分組成，包括液壓油箱、轉(zhuǎn)向泵、先導(dǎo)泵、工作泵、多路閥、先導(dǎo)閥、壓力選擇控制閥、動臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸、油管等部件；故障診斷軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，主要模塊包括通訊模塊、實(shí)時監(jiān)測模塊、中心調(diào)度模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、故障診斷模塊、故障存儲數(shù)據(jù)庫、人機(jī)交互模塊。本發(fā)明可以對裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測、故障報警和針對報警的故障進(jìn)行故障診斷并顯示其故障原因。
文檔編號B65G65/00GK1736829SQ20041006439
公開日2006年2月22日 申請日期2004年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月21日
發(fā)明者王國彪, 馬開嶺, 廖智麟, 王保杰, 肖成勇 申請人:山東臨工工程機(jī)械有限公司