压缩式垃圾车液压系统故障诊断方法探索

周晖

摘 要 随着我国城市化进程的不断加快，为了促进城市的环保事业，垃圾车的数量越来越多，所以发生故障的可能性也更多，压缩式垃圾车是典型的液压系统驱动的设备，一旦发生故障，传统的故障诊断方法难以满足现场的检修要求。对压缩式垃圾车的液压系统进行分析，根据实际情况，建议使用在向量机基础上的垃圾车液压系统故障诊断方法。AMEsim是一款功能强大的仿真软件，利用该软件，可以对垃圾车的液压系统未知故障样本进行测试。

关键词 压缩式垃圾车 液压系统 故障诊断 探索

中图分类号：TP271 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.07.026

Abstract With the accelerating process of urbanization in our country， in order to promote the city's environmental protection cause， the increasing number of garbage truck， so the occurrence of the possibility of failure more， compression type garbage truck is driving the typical hydraulic system of equipment， once fault occurs， the traditional fault diagnosis method can not meet the requirements of on-site maintenance. The hydraulic system of the compression type garbage truck is analyzed. According to the actual situation， the fault diagnosis method of the hydraulic system of the garbage truck based on the vector machine is proposed. AMEsim is a powerful simulation software， the software can be used to test the unknown fault samples of the hydraulic system of garbage trucks.

Key words compression type garbage truck； Hydraulic System； fault diagnosis； exploration

液压系统是很多典型设备的驱动系统，对于压缩式垃圾车来说，更是核心的组成部分，液压系统能够正常工作，液压系统发生故障能够快速、准确地诊断出来，对于垃圾车的正常使用有着重大的影响。纵观各类液压系统的故障诊断方法，主要有：基于规则的专家系统故障诊断、神经网络故障诊断、模糊诊断系以及其它一些基础统计学方法上。这几种液压系统故障诊断方法各有各的优缺点，每种故障诊断方法都存在着一定的缺陷，有没有一种方法能够对液压系统故障诊断有更好的效果呢？国外科学家根据对数学相关理论的研究，提出了支持向量机法，而且这种方法已经在一些设备诊断中得到了应用，并取得一定成果，但是也必须要认识到，目前这种方式研究相对比较少，所以，应该进行参数优化。进行参数优化，就要对系统进行建模、仿真。AMEsim是一款功能强的建模仿真软件，文章将利用它来展开工作。根据实际情况，文章把SVM 方法引入到研所是垃圾车液压系统故障诊断中，并且通过优化网格，对液压系统的相关参数进行优化。

1 压缩式垃圾车液压系统的简要分析

图1是某型号的压缩式垃圾车的简单模型，从图1我们可以看出，该垃圾车的主要组成部分有：底盘、箱体、电控系统、液压系统以及填充器，这款车采用了后装压缩和双向压缩技术，这就能够很好的实现对垃圾的收集和转运，同时，还具有可处理垃圾容量大、设备整体安全系统高等特点。

通过对设备的分析，我们根据其动作的规律将其液压系统分为翻桶系统、举升系统、推铲系统、滑板系统、刮板系统。同时，该液压系统中没有反馈环节，是典型的开环式控制方法，该液压系统的动力装置是一台双联齿轮泵，齿轮的旋转以后，带动液压马达旋转，然后把运动传输给动力装置，通过电控系统来完成对其液压系统等定位、速度等控制液压系统中应用了集成油块，通过这些油块，从液压系统中进来的压力油合理地分配给了分支液压系统，实现设备的正常工作。双联齿轮泵提供的高压油进入集成阀块，高压油被分配给相应的油路，使各机构完成相应的作业动作。

2 故障诊断方法研究

根据垃圾车的液压原理我们可以知道，该液压系统存在着多个变量，同时，由于系统中存在着发热、泄露等现象，各主要部件之间的重要参数，例如压力、流量等，并不是线性的关系，难易直观地找到规律，一旦系统发生故障，参数也会相应地发生变化，要想找出故障的发生规律，就必须要对系统这些原本就非线性关系的参数进行分析，要想实现对这些非线性变量的恰当分析，就必须通过一种合适的方法，这里就提出了支持向量机的方法。通过这种方式，能够很好地发现这些非线性参数之间存在的联系，从而为排除液压系统故障和以后的液压系统故障诊断提供帮助，非常具有实际意义。

数据的获取以及预处理。要想比较准确地分析垃圾车的液压系统进行分析，应该选择系统中有典型意义的部位的参数，例如该部分的流量、压力等。我们可以先进行一个假设，该系统中一共可能发生的故障有S种，每种故障的代号为u（u的范围是从1到s），这就可以对预设的S种故障情况下，压力、流量等相关的系统参数进行统计，可以得到S中故障特征向量（—），为了使公式后期的运算速度更快，应该进行收敛速度分析，从而得到 = ，式中，是原始的数据，和分别代表了最大值和最小值。

我们知道，针对压缩式液压车的液压系统来说，其主要部位的压力、流量参数非线性程度比较大，这就使我们很难准确地进行建模，这就为故障的自动诊断带来了困扰，但是，在支持向量机中引入高斯核函数，就可以极大地提高诊断效率。

对上面的式子进行联合求解，可以得到

%＼和C的最优参数。要想确定这个参数的最优参数，建议使用网格法，这种方法就是将要处理的事情，划分成有规律的网格，然后通过合理的算法，找到最优的数据点，这种算法适应能力强，通过他们确定＼和C的最优参数。

整理好分析所需要的数据以后，将数据代入液压系统，就可以得到诊断的结果。

3 仿真部分

AMEsim软件具有强大的液压部件库，通过液压部件库，能够很方便地对常见的液压系统进行搭建，在搭建压缩式垃圾车的液压系统时，为了保证系统的仿真精度，其参数应该选用前面设计好的参数，另外的参数不要修改，以软件默认的为主。

通过前面对压缩式垃圾车液压系统的分析，我们知道该液压系统的主要组成部分，从实际的应用来看，进行垃圾处理的时候，翻桶回路应用得最多，因此，可以把它作为仿真研究的重点，其余的都采用类似的方法得到仿真结果。

应用AMEsim来进行系统故障的模拟，显然，翻桶支路的故障发生必然会有相关关参数的变化，所以，我们可以根据故障发生时候的参数，来用软件对故障进行再现模拟。

我们可以设置10种常见的垃圾车液压系统故障，采用液压泵的效率来体现，同时设置液压泵泄露系数等。其余回路的故障仿真，参考翻桶回路来进行，并且将参数保留好，以便下一步分析。

诊断分析。MATLAB软件具有强大的数据分析功能，通过MATLAB软件，能够快速发现数据之间的内在联系。通过前面的仿真，我们得到了故障样本库，从样本库随机筹集200个样本当做训练集、130个样本作为测试集，使用MATLAB编写程序，应用网格寻优法，可以得到最优交叉验证准确率，然后建立基于SVM混淆矩阵：

通过混淆矩阵我们可以看到，利用SVM方法以后，其故障诊断的精度达到了98%以上，然后将这个结果和其他的故障诊断方法进行比较（见表1）。

通过对比我们可以很直观地发现，应用SVM优化以后，其诊断的成功率提高了很多，并且测试时间也相对比较短，这就说明了SVM方法能够有效用于压缩式垃圾车的故障诊断中。

仿真的结果必须要进行验证，为了证明上面结论的可行性，我们利用训练集建立起的SVM分类模型对200个训练集样本进行预测还原，得到了SVM方法的预测还原接近100%，因为训练集本身就是随机抽取的，这就证明了仿真结果的可行性。

4 结论

液压系统在很多车辆中得到了广泛的应用，使用频率较高的液压系统，难免会发生各种各样的故障，但是，很多故障都是有前兆的，通过相关的专业知识，能够有效提高液压系统的故障诊断结果正确度。通过对压缩式垃圾车液压系统故障诊断的分析，我们得到了以下的结论：相对而言，支持向量机的垃圾车液压系统故障诊断思路具有明显的可行性，能够提高诊断的效率和提升诊断的成功率；合理的核函数和惩罚因子C对于液压系统故障诊断精度的提高有着关键性的作用；通过实际的AMEsim建模分析以后，可以看到，应用支持向量机的方法确实有着明显的可行性，对于指导实践工作有着重要的意义。希望本文能够对相关的工作人员产生一定的指导意义。

参考文献

[1] 朱洪鹏.垂直式垃圾转运车液压控制系统设计与仿真[D].大连交通大学，2014.