海洋工程机械液压系统状态监测和故障诊断机理研究

田献旺

中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300450

近年，我国海洋资源开发与利用率得到同步提升，行业发展对海洋工程机械需求量提出新的要求，使得整体需求量骤增[1]。在此前提下，我国对海洋科技发展做到足够重视，对海洋资源开发装备前沿技术大力引入，为海洋工程机械行业发展带来有力推动[2]。相关工作人员结合海洋工程机械设备特点与海洋环境，对海洋工程机械液压系统状态监测工作进行研究，意识到液压系统信号在复杂海洋环境下不易被准确提取，为后续故障诊断带来困难，成为阻碍海洋工程机械稳步发展的重要因素。因此，相关部门必须从多角度考虑，依托海洋工程机械液压系统失效分析理论体系，保证系统状态监测与故障在线诊断水平有效提升。

1 海洋工程机械液压系统状态监测与故障诊断技术

1.1 故障诊断技术

基于科学技术在新时代下的飞速发展，微电子信息技术已融入多个行业之中，拓展行业发展前景，使得状态监测与故障诊断水平迈向新高，逐渐构建出具有系统性与综合性的工程学科[3]。我国自20 世纪80 年代起便致力于机械工程状态监测与故障诊断技术方面的深入研究，通过不断努力，成功完成系统与完善的技术体系的建立，实现人工检测手段与便携式检测仪器检验方式深度融合，构建出有效的故障诊断体系。在该体系中，仪器检验手段不断完善，可以借助多种设备完成机械设备运行过程中各种状态信息的成功收集[1]。工作人员依托振动或者温度等相应设备对重要信息精准与安全传递，为故障诊断与原因分析提供重要的数据支持。

由于海洋工程机械液压系统自身凸显出极强特殊性，部分故障出现的明显征兆可能与故障原因之间没有较为显著的映射关系[4]。在此前提下，工作人员无法在简单函数模型构建下对液压系统产生故障进行分析，不能准确找到出现故障的原因所在。为此，相关工作人员会从不同角度入手，结合监测技术特点选择使用贝叶斯法或者选择时间序列法等一些数学方式，为故障监测工作开展带来有力帮助，保证诊断方案设计与优化具有可行性与合理性。在具体工作环节，相关工作人员会考虑故障诊断所具有的实效性提升，经常会将专家系统与日常监测与故障诊断工作有效结合，搭配神经网络技术，解决故障诊断实效方面的各种问题。对于海洋工程装备而言，液压系统自身出现的各类故障和电气系统运行过程中出现的故障，均能够在液压系统表征参数中有所体现。

1.2 状态监测

在海洋工程机械液压系统在线状态监测与故障诊断的全过程中，机械诊断的合理使用成为一种必然趋势，能够在不给工程机械运行状态带来过多影响的前提下完成各类相关设备各时间段运行具体状态的实时监测，成功与高效地完成各种故障准确诊断。在系统监测环节，系统是处于长期运行状态，那么这类信息监测必须具有实时性与连续性。为此，在具体监测环节，工程机械核心性能及主要参数监测尤为重要，海洋工程机械液压系统中主要参数一般为温度、压力和流量等内容，是工作人员对液压系统运行实际情况科学判断的重要依据[3]。

工作人员通过在线设备状态完成对海洋工程工机械液压系统状态监测与各种故障诊断，应根据温度、流量与压力等主要参数特点，结合影响参数的各种因素，选择使用专业的高质量传感器。在整个计算机管理系统中，上层结构会对已完成存储的所有数据做好全面与深入分析，将分析结果与历史数据认真对比，结合对比结果对海洋工程机械液压系统运行实际状况进行在线方式的科学预测。为保证工作人员能够在第一时间内发现海洋工程机械液压系统运行故障，可考虑在控制室位置安装专业报警器设备，将其与控制室相连，保证在系统运行数据异常时，及时发出警报。

2 海洋工程机械液压系统状态监测与故障诊断分析

2.1 状态监测与故障诊断方案

工程机械液压系统自身一定会具备极强封闭性与适应性，以此来适应恶劣工作环境。海洋工程机械液压系统运行环境多为室外环境，易受到室外多种因素的影响。部分工程设备在实际运行过程中，所处环境的恶劣程度大。在此前提下，机器运行会产生不同程度磨损情况，机器运行负荷量也会因环境因素而呈现出多变性。在具体运作环节，遇到震动情况时，海洋工程机械运行速度将发生相应变化，极易出现一种惯性冲击，将机械设备磨损程度不断加剧。那么，海洋工程机械液压系统状态监测与故障诊断工作开展尤为重要，可以结合系统封闭性与适应性的特点，对状态监测与故障诊断方案科学明确，为后续故障排除工作带来有力支持。以浮标为例，浮标液压系统的监测与故障诊断方案设计如下：

（1）做好液压系统回路成功建模，必须以功率流理论为基础，结合海洋工程机械液压系统与浮标工作原理，根据实际情况在合理位置完成高精度传感器的牢固安装，确保高精度传感器能够及时将浮标液压系统运行相关数据全面采集，依托网络传输手段将重要数据安全与快速传递到上层服务器。工作人员结合功率流与故障分离完成液压系统回路之间存在的逻辑关系的科学构建。工作人员一方面会考虑使用直接诊断参数方式，结合具体参数显示情况掌握系统故障实际状态。例如，生产率参数的收集较为容易，但不能直接用于故障诊断[5]。工作人员在对机械设备工作能力进行判断时，会借助二次效应参数，辅助判断机械设备工作中是否存在故障问题。在传感器技术进步前提下，大部分数据采集工作可以高效完成，例如，根据数据分析结果可以得知，液压系统故障多是由油液污染导致，占有所故障原因的75%。工作人员会选择用光散射法完成液压油污染情况直接检测，也可以考虑结合系统压力、油液温度等变化情况判断液压系统是否出现失效特征。在对常规油液进行分析时，工作人员会对不易进行在线测定的地液压油颗粒计数、总酸值、磨粒分析与运动粘度等情况的分析。对于这些数据，工作人员需要考虑使用耗时较长的常规方式完成数据收集与分析，还应对元素光谱、水污染、氧化等内容加以分析，确保油液分析具有全面性与科学性，能够为后续故障诊断与排除工作提供可靠与有效数据。

（2）根据温度时间与回路压力完成模型建立，结合系统回路压力变化情况分析与温度值对比，掌握这些参数与液压系统故障存在的联系，结合回路时间序列模型，将模型中均值及方差做到合理改变，结合改变结果获得失效时出现的特征信号。

（3）结合函数完成液压系统失效定量表达，成功寻找到海洋工程机械液压系统状态失效情况下出现的危险因子。在此前提下，工作人员根据失效历史数据对模型加以修正，完成失效效果科学验证，将液压系统失效机理成功揭示，同时完成在线故障诊断工作。

2.2 故障诊断

在对海洋工程机械液压系统状态进行监测与开展故障诊断工作时，所使用的方式主要有鱼刺图分析、液压系统原理分析、逻辑分析和区段划分等多种方式。工作人员可以通过现场诊断方式下仪器诊断方式，判断与诊断海洋工程机械液压系统故障。

（1）对液压油箱中实际油位进行检查，了解其位置是否满足规定标准，同时检查管路接头位置，重视密封部位检查，检查内容主要是渗漏情况、液压油是否起泡、液压油颜色是否发生变化。

（2）油温表与压力表检查也较为重要，工作人员需要对指针指示准确度进行查看。

（3）仔细听液压系统在运行过程中是否出现不同类型的异响，通过声音判断出系统故障位置，将诊断效率有效提升。

（4）通过触摸方式，对液压元件位置的震动情况进行检查，也可以掌握液压管理是否存在过大冲击力，也可以通过触摸方式判断实际油温与正常值差距。

（5）通过液压系统功能实验精准判断出故障具体位置。对于仪器诊断，工作人员结合系统工作原理，根据工作基本步骤对工作节点之间存在的潜在逻辑关系进行判断，将怀疑对象逐一排除，找到具体故障点。基于技术不断发展，工作人员会使用在线智能故障诊断方式完成海洋工程机械业液压系统故障诊断。例如，选择故障树分析，结合故障机理完成详细的逻辑框图制作，其过程与逻辑分析诊断方式相一致，系统工作原理相同，从而找到每个工作节点位置存在的各种故障因素并加以分析。分析所得结果会及时汇总并上传至故障树，借助故障现象运用逻辑分析方式找到实际发生故障的位置。除此之外，神经网故障诊断是完成领域专业经验定量，通过网络技术与学习算法有效融合，保证机器可以对各种信息进行熟悉并进行学习，成功完成后续智能诊断工作。

在海洋工程机械液压系统状态诊断过程中，工作人员将自身经验融入其中，将诊断方法有效结合，发挥出仪器诊断应有作用。例如，小波分析方式可以与ANN 有效结合，再与模糊逻辑成功组合，通过多方法结合进行全方位诊断，做到优势互补。工作人员选择好小波实际使用尺度，对信号信息完成重构操作，工频与高频噪声类的小波尺寸可以成功去掉，重构后的信息当中会出现故障信息与液压系统工况类信息。在小波变换方式下，由ANN 对重构后信息进行科学处理，将ANN 诊断结果所具有的准确性做到极大程度提高，也能够将噪声带来的各种干扰有效消除。

3 结语

海洋工程机械液压系统已应用先进传感器及相关技术，在实际运用过程中凸显出一些局限性，特别是诊断技术较为单一，影响海洋工程机械液压系统状态监测和故障诊断工作有序开展，也不利于监测与故障诊断水平提升，阻碍故障问题的有效解决。由于海洋工程机械工作环境相对复杂且恶劣，极易出现液压系统故障问题，使得液压系统出现失效情况，检修工作整体难度较大。为了确保海洋工程机械系统正常与稳定运行，监测诊断技术的更新与应用尤为重要，要克服监测与诊断工作问题，保证故障征兆信息获得解决故障的最佳途径，依托远程信息传输、收集与分析做好故障诊断与问题解决，为海洋科学研究、海上航行安全与海洋环境预报治理等工作夯实牢固基础，推动相关行业稳步与健康发展。