工程机械检测诊断技术

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一、维修策略与状态维修

　　工程机械的用户或修理者，除了熟悉设备的原理、结构、功能之外，还应了解制造厂家的设计思想，采取同制造厂家一致的维修策略。 　　为了设备维修而采取的可靠性维修(RCM)，可用欧盟标准(EN13306)表述。预防维修是按机械运转小时(或公里)或机械技术状态进行的有计划维修，其中预定维修是按每工作250、500、1 000、2 000、4 000 h进行的强制性保养作业为主的预防维修，而状态维修是按日常点检、参数监测及性能测试结果安排的预防维修。   二、无接触测试技术 　　点检就是一些简单的检查，为查明使用环境(油、水、气)的劣化或查出潜在故障而进行的少、无拆卸零部件的检查。 　　小松公司早期推荐的点检用仪器与工具有二三十种之多。图1是成都小松检测技术研究所通过优选集成的调试维修测试箱，其中采用了多种无接触测试技术，如红外测温、失速测定、漏气压力测定等。 　　1．红外测温 　　红外测温的优点可从附表看出。可用3种方法使用红外测温仪：点测量、温差测量、扫描测量。 　　定点红外测温，如制动系统。要检查大型自卸车的制动系统动力分配是否适当，需要车辆直线行驶，制动停止后，立刻测量转子或制动鼓温度。如果转子和制动鼓温度有明显变化，制动钳可能会被黏住或被拖移，从而导致制动力分配不当。车辆行驶一段距离后检测磨损的制动蹄或失效的车轮轴承，若温度明显比环境温度高，则预示磨损过多。 　　温差测量，利用红外测温仪测量的相对误差极小、重复性好的特点，一般工程机械的冷却水散热器△t在3~6 ℃时，冷却系统的热平衡正常。如果用红外测温仪测出△t小于3 ℃，推测故障原因是节温器未打开、水泵运转不良、风扇胶带松弛，水散热器芯子堵塞等散热不良所致；如果测出△t大于6 ℃，原因是发动机过热。利用温差测量还可判断液压油高温等许多故障。 　　红外扫描测量，用于电气柜元件的触点、线圈的检测，通过查找热点确定故障点。检测空调系统时，红外测温也很有效。 　　2．失速测定 　　利用机载转速表、频闪仪、光电转速表等测定失速转速(液压失速、变矩器失速、全失速)，可以很方便地判断机械动力不足的原因在发动机还是在液压系统，或是在传动系统。 　　与无负荷测功不同，发动机失速测定，是利用机械本身的动力传动系统，对发动机加载荷，测试某些特定转矩下发动机转速由最高空转转速下降的程度，评价发动机的性能(输出功率)。在这个特定转矩作用下，发动机由最高空转转速下降而能维持稳定运转的转速，即所谓失速转速。 　　在液压挖掘机发动机外特性曲线上，失速转速等同额定转速。在推土机发动机外特性曲线上，失速转速通常介于额定转速与最大转矩转速之间。卡特彼勒公司和小松公司生产的挖掘机、推土机、装载机，技术手册上都有失速转速的基准值和限度值。 　　以推土机为例，当实测变矩器失速转速高于限度值上限时，推测故障原因是传动系统不良(如动力换挡变矩器摩擦片打滑)、变矩器吸空；当实测变矩器失速转速低于限度值下限时，推测故障原因是发动机输出功率不足、变矩器性能不良(进出口压力或锁止离合器压力不正常、内泄漏过大)、液压泵空载损失大等。 　　3．漏气压力测定 　　利用漏气测定仪检查发动机曲轴箱窜气流量，可以判定气缸-活塞-活塞环组件的磨损状况。小松、卡特彼勒及康明斯发动机都提供有漏气基准值。   三、在线监测与故障诊断一体化技术 　　随着工程机械广泛应用电子控制与信息处理技术，安装了大量高可靠性传感器，直接监测各部运行状态的特征参数，同时通过机载电脑处理后显示故障类别或故障部位，供维修人员辅助故障诊断。 　　1．内置自诊断系统 　　在小松、神钢、大宇、现代等公司的液压挖掘机上，都设计有自诊断系统。利用嵌入式芯片在线监测进行故障诊断的好处是：①能及时发现机电系统隐患和记录故障形成历程；②可自动区分机电液一体化系统的故障类别，判断故障起因于何种子系统(发动机系统、电子系统、液压系统)，迅速进行故障定位(故障部位、部件)；③能减少人为诊断时间，及时进行故障处理。 　　利用自诊断系统以显示故障历程、故障代码。根据故障代码提示的相关电路，进一步诊断传感器、接插件、电磁阀等故障点。 　　自诊断系统提供的是一种辅助诊断方法，而且主要是与电气电子、系统有关的故障。对于液压系统本身(未显示代码)的大量故障可参照维修手册提示的程序，进一步检查与液压泵、阀、液压马达及附件有关的故障。 　　2．专用电子诊断装置 　　(1)卡特彼勒公司的ET 　　在卡特彼勒3126B型发动机上，采用了HEUT(液压作用电控单体喷油器)燃油系统HI3000，配之以ADEM2000电控系统。 　　当发动机出现功率下降、燃油耗增大、噪声增大或故障指示灯点亮时，就要进行故障诊断。利用卡特彼勒公司提供的ET(电子技师)，将其接到电控模块旁的数据连接诊断插座上，就可以进行电磁阀、驱动压力和断缸的测试等，进行故障排查。 　　(2)日立建机的Dr.EX 　　现在日立公司提供的故障诊断工具Dr.EX(电脑医生)是一台装有诊断软件的掌上电脑。将Dr.EX接到MC(主控制器)或ICX(信息控制器)的插座上，就可以自诊断，以故障代码形式指示控制器和传感器是否正常。此外，Dr.EX还有3种监控模式，显示设定学习功能的数值，调整发动机转速、泵输出流量及电液比例阀输出的二次油压等。 　　(3)笔记本电脑 　　在沃尔沃装载机上设计有MATRIS(机器跟踪信息系统)，在电控单元(ECU)中的油温、水温、制动压力以及发动机转速等数据，都可通过连接到驾驶室内诊断插座上的标准笔记本电脑显示或打印出来。变速器离合器压力过低时，可根据报警记录，分析离合器密封环磨损是否加快，以便备料检修。   四、远程测试与管理信息一体化技术 　　工程机械走向“机电液一体化”，而信息化的重要组成部分是应用远程监控系统，实现自动化、集成化的管理。 　　远程监控系统利用机载终端，对工程机械运行中的技术状态和管理信息(地理位置、施工进度等)进行监测。通过通信网络，由远程监控服务中心向终端用户或技术服务商提供状态检测、故障诊断等服务。 　　2004年，小松公司推出了KOMTRAX(康查士)系统。通过安装在机械上的终端装置(传感器、嵌入式微处理器等)，利用GPS(全球定位系统)，在发送设备地理信息的同时，可将运转小时数、发动机运转参数、液压压力等工况参数，由地面天线发送后经电信数据中心和小松的网络服务器，传输到相关的计算机终端，供用户或代理店使用。 　　康查士系统的一个不足是目前还不能采用GPRS技术，GPRS(通用分组无线业务)能高速处理数据，可利用手机上网，省时、省力、省费用。 　　机载终端由ARM嵌入式微处理器、GPS模块、GPRS模块等组成。ARM处理器通过CAN(控制局域网)总线与机器上的多个智能传感器通信。这些传感器采集各种运行参数，如发动机油压、水温、变速油压、制动压力及液压油温度等数据。CAN总线技术，支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，抗干扰性强，使用可靠。 　　GPS模块用于获得当前的地理位置信息。 　　JTAG接口用于在线编程和对内部节点进行测试。 　　GSM(短信通信平台)或GPRS(手机上网)模块，通过通信网络，“按时”(如每隔1h发送1次)或“按需”(当监控中心有呼叫请求或有故障报告时)传达到监控服务中心，由监控中心对机器运行状态实现远程监控。 　　远程监控服务中心将接收的故障诊断或状态监测的信息进行记录整理，提取参数的特征值与标准知识库中的标准值进行比较，就可以供工程师进行远程诊断，指导现场员工及时排除故障，减少停工损失。   五、液压测试技术 　　与机电系统相比，液压系统的状态监测和故障诊断的难度要大得多。液压系统能量损耗，如△P　(压力损失)、△Q(流量损失)及△T　(温度损失)，反映了液压能传递过程的控制特性。要测量压力(　P　)和流量(　Q　)，并不像电路中测量电压(V)和电流(　I　)那样方便。 　　如果推测液压元件有无问题，把元件从机器上拆下来装到液压试验台上检测并不是一个好方法，因为这会割裂原来的机电液一体化系统，不但构建测试控制条件比较困难，安装也很麻烦。 　　采用便携式液压测试仪，很方便。在一个检测点可同时测定流量、压力及温度。变换测试仪在被测试机器的液压系统中的串联或并联的位置，既能测试能源元件(液压泵)的性能，也能测试执行元件(液压马达、液压缸)和控制元件(溢流阀、换向阀等)的性能，能迅速查找出故障部位。 　　泵测试，用于检测液压泵的性能。针对液压挖掘机主泵的负(正)流量控制或负荷传感控制等不同的控制策略，有不同的伺服控制方式，详见成都小松检测技术研究所编写的《便携式液压测试仪用户应用方案汇编》。 　　在线测试，是查找液压马达、液压缸及过载阀的附加试验，具体测试方法可参见成都小松检测技术研究所编写的《便携式液压测试仪用户手册》。 　　T测试，用于检查整个液压系统。将控制阀置于不同的部位，可以测出各换向阀子回路的总泄漏量，然后再断开该回路上不同元件的油路，可计算出相应的内泄漏量。   六、虚拟仪器技术 　　早期的检测仪器是单台的专用型仪器。从上世纪80年代的机架式到90年代的卡式仪器，这些积木型的台式仪器可称为第二代仪器。第三代组合式仪器，被称为虚拟化仪器，采用软件作支撑平台。 　　所谓虚拟仪器是一套具有虚拟面板的计算机系统，借助键盘、鼠标、触摸屏，对计算机屏幕上的开关、按钮进行操作，就能控制仪器的运行，进行数据的采集、显示、存储与分析。 　　虚拟仪器的基础是计算机系统，核心是软件。NI公司的著名口号是：“软件就是仪器”。推出虚拟仪器系统的国外公司有HP(惠普)、NI(国家仪器)等，国内有哈工大的仪器王电子公司等。 　　虚拟仪器的优点是适应了仪器多品种的扩展性要求，精度高、实时性好、入机界面好。 　　图2所示为成都小松检测技术研究所销售的检测系统传感器组通过USB(通用串行总线)接口接到笔记本电脑上，应用程序可用不同的工程单位显示液压参数的测量值。实时的图形化界面或数字界面提供流量、压力、温度参数的瞬时读数和变动趋势。 　　这种系统的显著特点是： 　　(1)传感器由计算机的USB接口供电，无需电池或外接电源； 　　(2)省却了数据采集卡，降低了成本； 　　(3)传感器采样频率可调，最高可以每100 μs采样一次，即采样频率10　000　Hz。因此系统可捕捉到有害的快速瞬变的压力脉冲并显示峰值压力； 　　(4)可由用户设置报警值，读取或记录“超量程”的读数； 　　(5)这种双向测试仪的量程可选配，最大流量750　L/min、压力40　MPa、温度150　℃。，工程机械检测诊断技术

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