水壓試驗機緩變故障檢測、預(yù)測及維護(hù)方法研究.pdf

1、作為一種流體輸送管道，鋼管是國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域不可缺少的重要鋼材之一，其質(zhì)量特別是檢驗鋼管質(zhì)量的相關(guān)技術(shù)、設(shè)備的革新受到了普遍的關(guān)注，并取得了長足的進(jìn)步。壓力試驗是鋼管生產(chǎn)過程中必需的質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)，對鋼管的質(zhì)量檢驗具有重要作用。水壓試驗機正是為進(jìn)行鋼管壓力試驗而設(shè)計制造的檢驗設(shè)備。一方面，由于水壓試驗是鋼管生產(chǎn)過程中的一個非常關(guān)鍵的質(zhì)量檢驗工序，水壓試驗機的運行狀態(tài)直接影響到鋼管的生產(chǎn)效率，另一方面，該設(shè)備是一個復(fù)雜的高壓系統(tǒng)，一旦發(fā)生故

2、障，嚴(yán)重影響到生產(chǎn)的安全可靠運行，甚至可能會造成人員和財產(chǎn)的重大損失。因此，如果能夠利用適當(dāng)?shù)倪^程監(jiān)測、故障檢測及預(yù)測方法，實時監(jiān)測、預(yù)測設(shè)備運行狀態(tài)，為企業(yè)管理人員制定生產(chǎn)決策提供可靠依據(jù)，對提高設(shè)備的檢驗?zāi)芰?、保障生產(chǎn)可靠運行具有重要的實際意義。
　　本文以寶鋼鋼管廠1995年從德國DEMAG公司引進(jìn)的3號線水壓試驗機作為研究對象，在深入分析其主體液壓系統(tǒng)工作機理的基礎(chǔ)上，針對該類水壓試驗機液壓系統(tǒng)緩變故障的特點，提出了具有一

3、定實際應(yīng)用價值的緩變故障檢測、預(yù)測及維護(hù)方法:
　　(1).分析并研究了水壓試驗機主體液壓系統(tǒng)工作機理，通過簡化其增壓系統(tǒng)及平衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分別給出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，以AMESim作為軟件環(huán)境，針對主要子系統(tǒng)（油源系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)等），著重考慮了各子系統(tǒng)中可能存在的故障，分別搭建相應(yīng)可進(jìn)行故障模擬的子模型，最終建立水壓試驗機主液壓系統(tǒng)整體仿真模型，實現(xiàn)了該設(shè)備液壓系統(tǒng)在正常工況以及常見故障工況下的動態(tài)性能仿真。根

4、據(jù)該系統(tǒng)的故障仿真結(jié)果，可以將液壓系統(tǒng)緩變故障劃分為兩大類，即具有周期性故障征兆的緩變故障和不具有周期性故障征兆的緩變故障。
　　(2).針對第一類具有周期性故障征兆的緩變故障，如水壓試驗機液壓泵單柱塞松靴故障，選擇反映該類故障的特征過程變量，提出了基于混沌振子與滑動窗口符號序列統(tǒng)計相結(jié)合的早期故障檢測方法。該方法首先根據(jù)混沌振子對外界微弱周期信號敏感和對噪聲免疫的特點，利用Duffing振子檢測液壓泵早期松靴故障。由于混沌振子在

5、進(jìn)行弱信號檢測時，是通過視覺觀察振子相變來實現(xiàn)的，不便于實現(xiàn)檢測算法的自動化。因此，提出一種滑動窗口符號序列統(tǒng)計方法來實現(xiàn)振子狀態(tài)的實時自動判別，從而實現(xiàn)液壓泵早期松靴故障的在線自動檢測。
　　(3).針對第二類不具備周期性故障征兆的緩變故障，僅僅由一個過程變量信息往往無法有效提取出故障信號，本文提出一種基于多變量統(tǒng)計分析的概率故障預(yù)測方法。該方法對過程三維數(shù)據(jù)展開，利用主成分分析方法對展開后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行分析，對應(yīng)于批次，提取反

6、映系統(tǒng)運行狀態(tài)的統(tǒng)計量指標(biāo)——綜合統(tǒng)計量。其次，為了利用該統(tǒng)計量進(jìn)行系統(tǒng)運行狀態(tài)的預(yù)測，對指標(biāo)進(jìn)行滑動窗口累積和運算，降低該指標(biāo)的隨機波動性，增強其規(guī)律性。最后利用貝葉斯AR模型對累積后的指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，獲得其概率分布，并計算相應(yīng)的故障概率以及系統(tǒng)失效時間。
　　(4).在分析系統(tǒng)或設(shè)備退化過程的基礎(chǔ)上，針對第一類緩變故障，提出利用Duffing振子在一個周期中處于混沌以及大周期狀態(tài)的時段比值識別設(shè)備退化模式切換點，制定維護(hù)決策;針