水壓試驗(yàn)機(jī)故障診斷與故障預(yù)測方法研究.pdf

1、鋼管作為一種輸送流體的管道，是國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域不可缺少的重要鋼材之一。根據(jù)API要求，各種不同品種和鋼級的鋼管，必須能承受相應(yīng)等級的壓力，壓力試驗(yàn)成為鋼管生產(chǎn)過程中必需的質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)，對鋼管質(zhì)量檢驗(yàn)起重要作用。水壓試驗(yàn)機(jī)正是為檢驗(yàn)鋼管的耐壓能力而設(shè)計(jì)制造的。水壓試驗(yàn)機(jī)是一個(gè)集機(jī)械、液壓及電控等多方面為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，國內(nèi)大部分先進(jìn)的水壓試驗(yàn)設(shè)備都是從國外直接引進(jìn)的，由于涉及到一些專利的保密性，使得我們對引進(jìn)水壓試驗(yàn)機(jī)的機(jī)理知識缺乏深入的

2、了解。液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障的診斷和排除帶有很大的技術(shù)難度，往往需要為此耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和生產(chǎn)時(shí)間。此外，由于水壓試驗(yàn)機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的高壓系統(tǒng)，該類系統(tǒng)一旦發(fā)生事故，不僅會(huì)影響生產(chǎn)的可靠運(yùn)行還可能會(huì)造成人員和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。如果能夠通過對過程的在線預(yù)測，預(yù)知系統(tǒng)在未來一段時(shí)間內(nèi)的故障信息，從而使操作者可以及時(shí)地進(jìn)行生產(chǎn)決策和管理，這樣就可以預(yù)防并且減少故障所造成的損失。因此，研究切實(shí)可行的水壓試驗(yàn)機(jī)故障診斷與預(yù)測方法，快速判斷故障原

3、因，對提高設(shè)備的檢驗(yàn)?zāi)芰氨ＷC生產(chǎn)安全可靠運(yùn)行有重要意義。
　　 本文以寶鋼鋼管廠1995年從德國DEMAG公司引進(jìn)的3號線水壓試驗(yàn)機(jī)為研究對象，在深入研究水壓試驗(yàn)機(jī)工作機(jī)理的基礎(chǔ)上，針對該類水壓試驗(yàn)機(jī)的故障特點(diǎn)，提出了具有一定實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的故障診斷及預(yù)測方法：
　　 1．深入研究水壓試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)機(jī)理，通過簡化水壓試驗(yàn)機(jī)主液壓系統(tǒng)，分別建立增壓系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，以AMESim作為軟件環(huán)境，建立水壓試

4、驗(yàn)機(jī)主液壓系統(tǒng)仿真模型，實(shí)現(xiàn)了該液壓系統(tǒng)的故障輸出及動(dòng)態(tài)性能仿真。
　　 2．針對水壓試驗(yàn)機(jī)常見故障特點(diǎn)，提出了基于打壓波形信息的故障類別診斷專家系統(tǒng)方法，并針對其中的專家系統(tǒng)提出基于減聚類的“變焦”知識獲取方法。該方法利用減聚類算法對水壓試驗(yàn)機(jī)增壓側(cè)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，通過與專家進(jìn)行交流，不斷調(diào)整減聚類算法參數(shù)，挖掘盡可能多的信息進(jìn)行知識獲取，進(jìn)而通過灰關(guān)聯(lián)分析實(shí)現(xiàn)了水壓試驗(yàn)機(jī)的故障類別診斷。
　　 3．在故障類別診

5、斷的基礎(chǔ)上，針對水壓試驗(yàn)機(jī)打壓過程的時(shí)段特性以及可以獲得大量過程變量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提出了基于子時(shí)段遞推的多向Fisher判別分析(MFDA)方法，實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的故障元件診斷。為了解決應(yīng)用此類方法遇到的不等長周期問題，結(jié)合水壓試驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)特性提出了子時(shí)段首部數(shù)據(jù)等長法，進(jìn)一步提高了診斷精度。
　　 4．針對一些液壓元件故障具有批次間漸變的特點(diǎn)，提出了基于多元統(tǒng)計(jì)技術(shù)及時(shí)間序列的故障預(yù)測方法。通過建立T2及Q統(tǒng)計(jì)量的自回歸模型預(yù)測

6、下一批次統(tǒng)計(jì)量值，將所求值與控制限對比進(jìn)而對漸變故障進(jìn)行預(yù)測。
　　 5．描述了水壓試驗(yàn)機(jī)故障診斷的實(shí)現(xiàn)方案，提出了故障診斷實(shí)現(xiàn)的體系框架并在生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)部分功能。
　　 通過上述提出的方法可以構(gòu)成一個(gè)完整的水壓試驗(yàn)機(jī)故障診斷系統(tǒng)。首先利用專家知識快速準(zhǔn)確地診斷出發(fā)生故障的類別，然后進(jìn)一步通過多元統(tǒng)計(jì)方法診斷出發(fā)生故障的元件。在故障診斷問題的基礎(chǔ)上，通過漸進(jìn)故障的預(yù)測方法對故障信息進(jìn)行預(yù)測，從而避免故障發(fā)生，提高生產(chǎn)效率