專利名稱：裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(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)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置。
背景技術(shù)：
裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)向液壓裝置的轉(zhuǎn)向性能良好是保證裝載機(jī)行駛安全、減輕駕駛?cè)藛T勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作業(yè)效率的重要因素。裝載機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本要求是操縱輕便、靈活、工作穩(wěn)定可靠、耐久性好。
目前，裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)故障診斷大多還是應(yīng)用簡(jiǎn)易診斷的方法。例如采用看(壓力、泄漏、速度、振動(dòng)等)、聽(噪音、沖擊聲、氣蝕聲等)、摸(溫升、振動(dòng)、爬行等)、聞(油液是否變質(zhì)等)等方法。在這個(gè)工作過程中，維修人員的專業(yè)知識(shí)與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)起了決定性的作用，由于維護(hù)管理人員感覺不同，判斷能力和經(jīng)驗(yàn)上的差異，往往影響到判斷的準(zhǔn)確性，而且沒有定量概念。由于裝載機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工載荷不確定、工作環(huán)境惡劣，造成其故障率較高。因此，隨著技術(shù)進(jìn)步和大生產(chǎn)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外工程界、企業(yè)界對(duì)現(xiàn)代設(shè)備的工況監(jiān)測(cè)、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(duì)施工機(jī)群實(shí)施工況監(jiān)測(cè)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(cè)、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(duì)裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警和針對(duì)報(bào)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(tái)上，開發(fā)工具為C語言；包括轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)；所說轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向泵、優(yōu)先閥、負(fù)荷傳感型轉(zhuǎn)向器、組合閥塊和轉(zhuǎn)向油缸通過油路連通；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(jì)，主要模塊包括通訊模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、中心調(diào)度模塊、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、故障診斷模塊、故障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)交互模塊。
所說通訊模塊的任務(wù)是1)完成通訊的底層協(xié)議；2)信號(hào)采集系統(tǒng)的故障診斷；3)接收到的傳感器信號(hào)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(shí)監(jiān)測(cè)模塊是將裝載機(jī)工況參數(shù)的監(jiān)測(cè)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(bào)警；該模塊處理故障實(shí)時(shí)性強(qiáng)，是對(duì)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(hào)通訊。
所說監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)是存放各信號(hào)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(shí)監(jiān)測(cè)模塊的處理基礎(chǔ)上對(duì)裝載機(jī)工況參數(shù)進(jìn)行更深層次的故障診斷。模塊采用基于故障樹的故障診斷方法，主要由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)構(gòu)成。
所說故障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是記錄故障報(bào)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)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)各部位的傳感器采集轉(zhuǎn)向液壓系統(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(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和控制，時(shí)刻監(jiān)測(cè)裝載機(jī)運(yùn)行時(shí)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(shí)，通過聲光報(bào)警手段提醒駕駛員及時(shí)進(jìn)行處理，以防傷害駕駛員或者引起機(jī)器某個(gè)系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞。同時(shí)還提供轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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)提供了轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)顯示，使駕駛員能夠?qū)崟r(shí)掌握裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
2)能自動(dòng)和快速的發(fā)出報(bào)警，使駕駛員不用時(shí)刻注視儀表的變動(dòng)，減輕了駕駛員的工作強(qiáng)度。
3)按不同參數(shù)對(duì)裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的影響程度分多級(jí)報(bào)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(shí)間，提高整機(jī)運(yùn)行效率。
4)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和控制裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(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。
建立嵌入式轉(zhuǎn)向液壓系統(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(duì)其進(jìn)行有效的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷。整個(gè)裝置通過安裝在裝載機(jī)各部位的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)視裝載機(jī)運(yùn)行時(shí)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(shí)，通過三級(jí)聲光報(bào)警通知駕駛員及時(shí)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(shí)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(chǔ)備。


圖1是本發(fā)明負(fù)荷傳感型全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是多叉故障樹示意圖；
圖3是故障樹的故障傳播有向圖示意圖；圖4是轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)故障樹示意圖；圖5是優(yōu)先閥故障樹示意圖；圖6是轉(zhuǎn)向機(jī)故障樹示意圖；圖7是組合閥塊故障樹示意圖；圖8是軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖示意圖；圖9是軟件系統(tǒng)功能框圖示意圖。
圖中1、轉(zhuǎn)向泵 2、優(yōu)先閥 3、負(fù)荷傳感型轉(zhuǎn)向器 4、組合閥塊 5、轉(zhuǎn)向油缸
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖，本發(fā)明轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)主要由優(yōu)先閥2、BZZ5型負(fù)荷傳感轉(zhuǎn)向器3、轉(zhuǎn)向油缸5和管路等組成，如圖1所示。通過優(yōu)先閥2進(jìn)行合流或分流，可以提高效率、降低損耗。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)1)組成元件結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小。2)全部元件自動(dòng)潤(rùn)滑，壽命長(zhǎng)。3)轉(zhuǎn)向可靠，操縱輕便靈活。4)可以實(shí)現(xiàn)與工作裝置液壓系統(tǒng)合流，減少功率損耗，提高系統(tǒng)效率。
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(gè)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(shí)，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(shí)，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(hào)，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(duì)結(jié)論B的支持程度，取值范圍在[-1，1]之間。在這個(gè)知識(shí)庫(kù)中，所有的規(guī)則形成一個(gè)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(jì)算機(jī)的控制模塊。根據(jù)輸入的設(shè)備狀態(tài)，利用知識(shí)庫(kù)儲(chǔ)存的專家知識(shí)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(dòng))、反向推理(又稱目標(biāo)驅(qū)動(dòng))、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(chǔ)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(gè)估計(jì)原因庫(kù)。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(shí)庫(kù)的補(bǔ)充、更新等。
本發(fā)明轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)故障樹如圖4所示，優(yōu)先閥故障樹如圖5所示，轉(zhuǎn)向機(jī)故障樹如圖6所示，組合閥塊故障樹如圖7所示。
本發(fā)明故障診斷軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其功能如圖8、9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(tái)上，開發(fā)工具為C語言。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。主要模塊包括通訊模塊1)完成通訊的底層協(xié)議；2)信號(hào)采集系統(tǒng)的故障診斷；3)接收到的傳感器信號(hào)并轉(zhuǎn)化成所需數(shù)據(jù)格式并傳送數(shù)據(jù)。
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊將裝載機(jī)工況參數(shù)的監(jiān)測(cè)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(bào)警；該模塊處理故障實(shí)時(shí)性強(qiáng)，是對(duì)工況參數(shù)的初步診斷。
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(hào)通訊。
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)存放各信號(hào)采集單元采集的工況參數(shù)。
故障診斷模塊在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊的處理基礎(chǔ)上對(duì)裝載機(jī)工況參數(shù)進(jìn)行更深層次的故障診斷。模塊采用基于故障樹的故障診斷方法，主要由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)構(gòu)成。
1)知識(shí)庫(kù)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；2)推理機(jī)主要解決知識(shí)的選擇與應(yīng)用問題，控制整個(gè)問題的求解過程。它根據(jù)存儲(chǔ)器中的采樣數(shù)據(jù)，將知識(shí)庫(kù)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。
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(duì)性強(qiáng)。平時(shí)運(yùn)行工作液壓系統(tǒng)故障診斷子模塊，轉(zhuǎn)向時(shí)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。
故障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄故障報(bào)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。
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。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷軟件系統(tǒng)運(yùn)行的工作流程如圖9所示 圖9是軟件系統(tǒng)功能框圖。
權(quán)利要求
1.一種裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(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(tái)上，開發(fā)工具為C語言；包括轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)；所說轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向泵、優(yōu)先閥、負(fù)荷傳感型轉(zhuǎn)向器、組合閥塊和轉(zhuǎn)向油缸依次通過油路連通；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(jì)，主要模塊包括通訊模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、中心調(diào)度模塊、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、故障診斷模塊、故障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)交互模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說通訊模塊的任務(wù)是1)完成通訊的底層協(xié)議；2)信號(hào)采集系統(tǒng)的故障診斷；3)接收到的傳感器信號(hào)并轉(zhuǎn)化成所需數(shù)據(jù)格式并傳送數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊是將裝載機(jī)工況參數(shù)的監(jiān)測(cè)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(bào)警；該模塊處理故障實(shí)時(shí)性強(qiáng)，是對(duì)工況參數(shù)的初步診斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(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(hào)通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)是存放各信號(hào)采集單元采集的工況參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(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(shí)監(jiān)測(cè)模塊的處理基礎(chǔ)上對(duì)裝載機(jī)工況參數(shù)進(jìn)行更深層次的故障診斷。模塊采用基于故障樹的故障診斷方法，主要由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)嵌入式故障診斷裝置，其特征是所說故障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是記錄故障報(bào)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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(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)轉(zhuǎn)向液壓系統(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(tái)上，開發(fā)工具為C語言；包括轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)；所說轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向泵、優(yōu)先閥、負(fù)荷傳感型轉(zhuǎn)向器、組合閥塊和轉(zhuǎn)向油缸依次通過油路連通；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(jì)，主要模塊包括通訊模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、中心調(diào)度模塊、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、故障診斷模塊、故障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)交互模塊。本發(fā)明可以對(duì)裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警和針對(duì)報(bào)警的故障進(jìn)行故障診斷并顯示其故障原因。
文檔編號(hào)B62D5/06GK1737383SQ20041006439
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月21日
發(fā)明者支開印, 王國(guó)彪, 陳殿生, 肖成勇, 郝國(guó)強(qiáng), 廖智麟 申請(qǐng)人:山東臨工工程機(jī)械有限公司