專利名稱：一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種有關液壓閥故障的處理方法，特別是一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法。
背景技術：
滑閥機構是各類液壓閥中采用最多的一種結構形式，滑閥由閥體、閥芯和閥腔三個主要部件構成，通過改變閥芯在閥體閥腔里的位置，滑閥可以實現(xiàn)流體流向的改變及通斷?；y卡澀甚至卡緊故障是液壓系統(tǒng)中最為常見的故障和失效形式之一，一般可分為液壓卡澀、卡緊和機械卡澀卡緊兩大類。通俗講，卡澀是指正常工況和卡緊之間的中間狀態(tài)， 卡緊就是閥芯不能動了，卡澀是指閥芯移動困難，不如正常工作時順暢，是卡緊的前兆，及時解決可以避免卡緊的發(fā)生。其中，液壓卡澀、卡緊主要是由于機加工造成閥芯幾何形狀誤差和同軸度誤差產(chǎn)生徑向不平衡壓力引起的，而機械卡澀、卡緊則主要是由于運行現(xiàn)場的顆粒污染物在滑閥間隙逐漸淤積而引起的。在閥芯和閥體構成的徑向間隙兩端有恒定的壓差，當液壓油把污染顆粒帶入間隙時，因間隙流道孔壁的表面還具有捕獲污染顆粒的能力一深度型過濾效應而不斷捕獲污染顆粒，并發(fā)生污染顆粒截留，從而產(chǎn)生污染卡緊力。簡單說，即污染卡緊是機械卡緊的主要類型，徑向力不平衡是造成液壓卡緊的主要原因。而卡澀往往由輕度污染卡緊或徑向力不平衡造成，阻力較小?，F(xiàn)有技術中，排除上述兩種故障的方法主要有兩種一是在加工和現(xiàn)場運行過程中采取措施，減少發(fā)生故障的幾率，比如在系統(tǒng)中安裝精過濾器、閥芯上合理開設均壓槽、 嚴格加工裝配質量等；另一種方法就是在線實時故障診斷和故障排除。目前，尚無較靈敏、 準確的在線實時故障診斷裝置，或者雖有類似裝置但結構復雜、成本高昂。針對上述問題，HERION公司提供了一種解決方法，設計制造一種電磁換向閥，除了它的工作閥芯外，還有一個“擊錘”閥芯。正常工作時，“擊錘”閥芯不動作，當閥芯因卡緊無法歸位時，“擊錘”閥芯在彈簧力作用下敲擊工作閥芯，使其回位。這一方案的局限性在于，由于是靠上電時壓縮機械彈簧來獲得敲擊能量，“擊錘”閥芯只有一次敲擊動作，而且是單向的，無法確保故障排除，也無法應用于伺服、比例閥控制系統(tǒng)。浙江大學的李偉教授據(jù)此提出了另一種解決方法，簡單說即一種“電擊錘”的設想，在確認卡緊故障發(fā)生的時候，將“電擊錘”電路的輸出信號接入與相應的放大器，使之產(chǎn)生大幅度交變電流信號，多次雙向地“敲擊”卡緊的閥芯。這一思路的局限性在于，僅靠閥體自身的電磁力有時候無法克服卡緊力，且電信號的急劇變化也會對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生干擾。有鑒于此，本發(fā)明人結合從事液壓閥領域研究工作多年的經(jīng)驗，對上述技術領域的缺陷進行長期研究，本案由此產(chǎn)生
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，能夠實時檢測、判定滑閥閥芯卡澀、卡緊故障并利用超聲振動執(zhí)行修復由污染和徑向力不平衡造成的卡潘、卡緊故障，且方法簡便、成本低廉。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下
一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，包括檢測步驟、判定步驟和執(zhí)行步驟，通過電連接進行。其中檢測步驟是指生成特定頻率、幅值和波形的顫振信號，并將上述顫振信號疊加在PID控制信號上輸出驅動電液比例閥；實時采集電液比例閥中與閥芯連接的比例電磁鐵上的顫振信號波形，并將波形中的控制信號和顫振波形分離；將分離后得到的控制信號反饋到信號輸入端和設定的用于控制電液比例閥閥芯位移的信號相減后進行PID控制并生成PID控制信號；將分離后得到的控制信號的平均值信息以及顫振信號輸出以進行故障判斷。其中判定步驟是指，根據(jù)檢測步驟輸出的的控制信號的平均值信息和顫振信號的頻率、峰峰值、波形畸變，通過模糊多準則決策方法給出卡澀、卡緊的隸屬度判決。其中執(zhí)行步驟是指，根據(jù)判定步驟給出的卡澀、卡緊隸屬度判決，控制超聲波發(fā)生器和超聲換能器是否工作或是否全部工作。進一步，所述執(zhí)行步驟中的超聲波發(fā)生器和超聲換能器成對設置，超聲波發(fā)生器的輸出端與超聲換能器的兩電極電連接，超聲換能器共4個，相對于電液比例閥閥腔的中軸線對稱固定安裝于電液比例閥閥體的上下左右四個側面，超聲換能器的軸心線和電液比例閥閥腔的中軸線垂直相交且四軸心線處于同一平面。智能控制器分別和超聲波發(fā)生器及電液比例閥電連接。采用以上方案，利用超聲波的空壓效應粉碎大顆污染顆粒和污粒餅， 從而有效排除機械卡澀、卡緊故障；利用超聲波輻射壓降低閥體內(nèi)表面和閥芯之間的摩擦系數(shù)并使閥芯懸浮于閥腔中軸線附近，從而有效排除液壓卡澀、卡緊故障；采用超聲處理卡澀、卡緊故障，使用方便、效果好從而大大提高設備的使用壽命并節(jié)能降耗；結構簡單、成本低廉而使用效果好。進一步，所述超聲換能器安裝于電源比例閥閥體側面的出油口側。由于污染顆粒一般在閥體內(nèi)低壓一側淤積，相應的超聲換能器安裝在閥體側面靠近出油口一端，其修復機械卡澀、卡緊故障的效果更佳。進一步，所述超聲換能器安裝于電源比例閥閥體側面對應閥芯的區(qū)域。由于徑向不平衡壓力的產(chǎn)生主要在閥芯與閥腔相接觸的區(qū)域，相應的超聲換能器安裝在閥體側面對應閥芯的對應區(qū)域，其修復液壓卡澀、卡緊故障的效果更佳。進一步，所述判定步驟中通過模糊多準則決策方法給出卡澀、卡緊的隸屬度判決，是指:首先，采用得分函數(shù)么精確函數(shù)"以及偏差函數(shù)/7來進行綜合評判，設J =⑷為，…4J為方案集f
= (」，//，#為屬性向量a、為G中各屬性權重向量，,e
,；|為=1,則評價
A =為i-i
(4) A(為)... A(Am)'
矩陣為H(4) BX為)...H⑷;方案集A中的三種方案為電液比例閥的三種工況，分別 D(4) D(4) ...
是正常工況、卡澀工況和卡緊工況，屬性集G中的四種屬性為顫振信號的頻率、峰峰值、波形畸變和平均值，這四種信號由信號處理模塊20提供；卡澀卡緊判決模塊中22的12位串行A/D轉換器TLV2453將4路信號轉換成數(shù)字量信號并傳給數(shù)據(jù)處理芯片TMS320VC5402 ； 指標的權重向量為ω = (O. 1,0.5,0.2,0. 2)τ，顫振信號的峰峰值屬性的權重最大，這四個權重由軟件固化在卡澀卡緊判決模塊22中的FLASHR0M中，供數(shù)據(jù)處理芯片TMS320VC5402 調用，同時還可以通過RS485通訊接口通過網(wǎng)絡遠程修改；將屬性權重向量ω和評價矩陣 J相乘得到綜合評判向量3 = IJ，根據(jù)B元素的大小進行排序，并按最大隸屬原則選擇最佳方案；其次，基于此排序法的區(qū)間直覺模糊決策具體步驟如下第一步，利用加權算術評價算子(I)集成決策矩陣中第i行的所有元素，從而得到相應于方案Ai的綜合區(qū)間直覺模糊值；第二步，分別利用得分函數(shù)、精確函數(shù)和偏差函數(shù)計算得分函數(shù)值A (Al),精確函數(shù)值H(Ai)和偏差函數(shù)值P (Ai) (i=l, 2，…，m)，構建評價矩陣J ;第三步，選擇屬性權重向量i計算綜合評判向量B，根據(jù)B元素的大小進行排序，并按最大隸屬原則選擇最佳方案； 第三，經(jīng)數(shù)據(jù)處理芯片TMS320VC5402處理后，給出電液比例閥工況的綜合評判信息。該信息提供給超聲波發(fā)生器控制模塊23后，根據(jù)不同的工況，去控制超聲波發(fā)生器和超聲換能器是否工作或是否全部工作。從而進一步提高卡澀卡緊檢測信號的單調性、有效性和靈敏度，提高在卡澀卡緊故障檢測、判定和指令執(zhí)行修復上的準確性、靈敏性和可靠性。進一步，所述檢測步驟中生成的顫振信號，為頻率為95Hz，幅值為85%額定電流， 波形為正態(tài)分布曲線的顫振信號。顫振信號發(fā)生模塊生成的顫振信號的波形、頻率和幅值的不同對于該檢測方法的有效性和靈敏度至關重要，本發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，顫振信號頻率在95Hz，幅值為85%額定電流，波形為正態(tài)分布曲線時，顫振信號變化是單調的，且靈敏度高，對故障的檢測效果最好。進一步，所述執(zhí)行步驟中根據(jù)判斷步驟給出的卡澀、卡緊隸屬度判決控制超聲波發(fā)生器和超聲換能器是否工作或是否全部工作的具體內(nèi)容如下當給出卡澀判決時，則啟動卡澀故障解決模式，即控制閥體上下側面的兩對超聲波發(fā)生器和超聲換能器同時工作； 當給出卡緊判決時，則啟動卡緊故障解決模式，即控制閥體四側面的四對超聲波發(fā)生器和超聲換能器同時工作。從而可根據(jù)故障嚴重程度給出超聲波發(fā)生器和超聲換能器的啟動時間和啟動個數(shù)，節(jié)約能源，減少了超聲空蝕對液壓閥的損傷，提高了液壓閥的可靠度和壽命O進一步，還包括循環(huán)控制步驟，對超聲波發(fā)生器和/或超聲換能器限定一定的工作時間，當所定時的工作時間過后，重復檢測步驟中除生成特定頻率、幅值和波形的顫振信號這一小步以外的其他步驟，以及判定步驟，給出故障排除效果判斷信息并作出后續(xù)工作指令。從而進一步節(jié)能降耗和提高工作效率。進一步，所述給出故障排除效果判斷信息并作出后續(xù)工作指令是指當給出卡澀或卡緊故障排除判斷，則指令回歸正常工況；當給出卡澀故障減輕判斷，則指令再次啟動卡澀故障解決模式；當給出卡緊故障減輕判斷，則指令再次啟動卡緊故障解決模式。從而進一步節(jié)能降耗和提高工作效率。進一步，所述給出故障排除效果判斷信息并作出后續(xù)工作指令還包括當啟動兩次以上卡澀故障解決模式仍給出卡澀故障減輕判斷，則認為此卡澀故障成因為卡緊故障， 指令啟動卡緊故障解決模式。從而進一步節(jié)能降耗和提高工作效率。采用本技術方案，本發(fā)明取得以下有益技術效果1、在卡澀卡緊故障的檢測和判定上具有非常高的靈敏性、準確性和可靠性，比如利用特定的顫振信號和信號處理，可保證卡澀卡緊檢測信號的單調性、有效性和靈敏度；2、對何時啟動超聲處理裝置采用智能控制判定，實現(xiàn)間歇工作方式，正常工況下超聲波發(fā)生器及超聲換能器處于停止狀態(tài)，只有卡澀卡緊故障被檢測到時才啟動，從而大大提高設備的使用壽命并節(jié)能降耗；3、方法簡單、成本低廉而使用效果好。為了進一步解釋本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細描述。


圖I為本發(fā)明的一種流程示意圖2為采用本發(fā)明的裝置的結構框圖3為采用本發(fā)明的一種智能控制器的結構圖4為采用發(fā)明的超聲波發(fā)生器和超聲換能器與滑閥機構連接的軸向剖視圖5為采用發(fā)明的超聲波發(fā)生器和超聲換能器與滑閥機構連接的徑向剖視圖。
具體實施例方式本方法發(fā)明的流程示意圖如圖I所示。由于本發(fā)明是一種方法，而發(fā)明人據(jù)此方法已設計出產(chǎn)品，而結合具體的裝置名稱更容易理解本發(fā)明，因此，為進一步明晰本方法發(fā)明，下面先解釋本方法發(fā)明的工作原理，然后結合附圖2至5對本發(fā)明的實施做進一步詳細的描述。本發(fā)明判斷卡澀卡緊故障方法的工作原理如下
通常為避免閥芯卡澀卡緊，在閥芯上一般疊加有低頻顫振信號使閥芯在做軸向運動是保持輕微的徑向振動。卡澀、卡緊故障發(fā)生時，必然導致閥芯徑向振動阻尼增大，由此反應到電信號上就使顫振信號發(fā)生改變，通過檢測顫振信號的變化可以判斷閥芯是否處于故障狀態(tài)。由于普通控制器中反饋模塊對顫振信號的變化作用具有明顯的抑制作用，使得該波形變化比率相對較小。本方法中，由于比例電磁鐵和閥芯相連，所以從比例電磁鐵上檢測到并分離的信號時帶故障信息的信號；將顫振信號從控制信號中分離出來，通過判斷步驟處理，使檢測靈敏度顯著提高。根據(jù)判決結果控制超聲波發(fā)生器工作。檢測到卡澀故障時，控制閥體上下側面的一對超聲波發(fā)生器和換能器工作；檢測到卡緊故障時，控制閥體兩兩相對的四個超聲波發(fā)生器和換能器同時工作。本發(fā)明解決機械卡澀、卡緊故障的工作原理如下
當電液比例閥產(chǎn)生機械卡澀、卡緊故障時，和閥體閥芯的間隙尺寸接近的污染顆粒因閥體和閥芯表面不平而滯留形成大顆污染顆粒，同時較小顆粒被截留在大顆粒間，構成動態(tài)生長污粒餅，兩者共同作用形成常見的污染卡緊。由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號， 通過換能器轉換成高頻機械振蕩而傳播到液壓油中，超聲波在液壓油中疏密相間的向前輻射，使液體流動而產(chǎn)生數(shù)以萬計的直徑為50-500 μ m的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡在聲場的作用下振動。這些氣泡在超聲波縱向傳播的負壓區(qū)形成、生長，而在正壓區(qū)，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增大，然后突然閉合。并在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波，在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓，破壞大顆污染顆粒和污粒餅，并使他們分散成小顆粒融于液壓油中， 并隨油液循環(huán)被帶離滑閥機構，從而達到清潔油液和解除卡緊故障的目的。當為嚴重程度較輕的機械卡澀時，則只要啟動一對對應的超聲換能器，當為嚴重程度較重的機械卡緊時， 則可啟動兩對對應的超聲換能器。本發(fā)明解決液壓卡澀、卡緊的工作原理如下
電液比例閥產(chǎn)生液壓卡澀、卡緊故障的原因是因機加工造成閥芯幾何性狀誤差和同軸度誤差產(chǎn)生徑向不平衡壓力，使閥芯壓向閥體壁面，最終產(chǎn)生液壓卡澀、卡緊。當存在嚴重的液壓卡緊時，本發(fā)明在閥體四個側面對稱均勻布置四個超聲換能器，給它們施加同樣的超聲波驅動信號，就會在閥體內(nèi)表面產(chǎn)生振動，從而對閥芯形成均勻的懸浮力。由于液壓卡緊會引起閥芯偏心，壓向某一側壁面，該側和閥芯之間的間隙變小，而對面一側和閥芯之間的間隙變大。此時，在間隙變小的一側，由于超聲波輻射壓的作用增強，對閥芯的作用力將變大，而對面一側超聲波輻射壓對閥芯的作用力將變小，在同一軸線上就會產(chǎn)生兩倍的作用力將閥芯朝間隙變大的一側推，直到兩側間隙近似相等為止。四個側面對稱均勻布置四個超聲換能器可以保證閥芯基本在中軸線上，閥體內(nèi)表面和閥芯之間的摩擦系數(shù)顯著降低，可以避免閥芯被壓在閥體內(nèi)壁上無法動作，從而達到解決液壓卡緊的目的。解決液壓卡澀的原理同上，只是由于液壓卡澀的嚴重程度較液壓卡緊輕，所以只要啟動一對對應的超聲換能器即可。本發(fā)明提出的檢測修復方法中的超聲波發(fā)生器及超聲換能器屬于間歇工作方式， 正常工況下超聲波發(fā)生器及超聲換能器處于停止狀態(tài)，只有卡澀卡緊故障被檢測到時才啟動。卡澀卡緊故障檢測由上述方法完成。在下述實施例中，超聲波發(fā)生器采用的是KMD-1000，生產(chǎn)廠商深圳市科美達超聲波設備有限公司，超聲換能器采用的是YP-7015-4Z，生產(chǎn)廠商杭州成功超聲設備有限公司， 電液比例閥采用的是QVKZ0R，生產(chǎn)廠商AT0S，代理廠商上海科先國際貿(mào)易公司，智能控制器是一整塊完整的電路板，各模塊是其上的功能電路，為本發(fā)明人自制。實施例I :卡澀故障檢測和自修復
參照圖2、圖3和圖4，一種智能液壓閥，包括電液比例閥30，電液比例閥30包括閥體 35、閥芯34、放置閥芯的閥腔33和比例電磁鐵24。還包括超聲波發(fā)生器2、超聲換能器3和可檢測電液比例閥卡澀卡緊故障并控制超聲波發(fā)生器工作的智能控制器I。智能控制器I 分別和超聲波發(fā)生器2及電液比例閥30電連接。超聲波發(fā)生器6的輸出端與超聲換能器7的兩電極電連接，超聲換能器7固定連接在電液比例閥閥體35的上側面；超聲波發(fā)生器8的輸出端和超聲換能器9的兩電極相連，超聲換能器9固定連接在電液比例閥30閥體35的下側面；這兩個超聲換能器的軸心線和電液比例閥30閥腔33的中軸線垂直相交且相對于中軸線對稱安置于出油口一側，兩軸心線處于同一平面。在本實施例中，超聲換能器由中央壓電陶瓷元件，前后金屬蓋板，預應力螺桿，電極片以及絕緣管組成。超聲波發(fā)生器和超聲換能器采用2芯或4芯的航空插頭來連接。由于本技術方案要求超聲換能器對稱安裝，如果電液比例閥的閥體的上下左右四側面厚度并非以閥腔的中軸線對稱設計，則在閥體較薄一側可以超聲換能器加墊層的形式進行克服。墊層的材料不做限制，只要其不影響如前述本技術方案的工作原理即可。上述的智能控制器可以采用其他系統(tǒng)集成，只要其能夠可檢測電液比例閥卡澀卡緊故障并控制超聲波發(fā)生器工作即可。在本實施例中，本發(fā)明人專門設計了一智能控制器 1，由顫振信號發(fā)生模塊16、系統(tǒng)控制信號模塊14、穩(wěn)壓電源模塊15、PID控制模塊17、功率放大模塊18、采樣模塊19、信號處理模塊20、負反饋模塊21、卡澀卡緊判決模塊22和超聲波發(fā)生器控制模塊23組成。其中穩(wěn)壓電源模塊15分別和顫振信號發(fā)生模塊16、PID控制模塊17、功率放大模塊18、采樣模塊19、信號處理模塊20、負反饋模塊21、卡澀卡緊判決模塊22和超聲波發(fā)生器控制模塊23相連；顫振信號發(fā)生模塊16分別和PID控制模塊17、功率放大模塊18相連；系統(tǒng)控制信號模塊14分別和負反饋模塊21、PID控制模塊17相連; PID控制模塊17分別和系統(tǒng)控制信號模塊14、負反饋模塊21、顫振信號發(fā)生模塊16、功率放大模塊18相連；負反饋模塊21分別和系統(tǒng)控制信號模塊14、PID控制模塊17、信號處理模塊20相連；功率放大模塊18分別和PID控制模塊17、顫振信號發(fā)生模塊16、電液比例閥上的比例電磁鐵24相連；采樣模塊19分別和信號處理模塊20、電液比例閥上的比例電磁鐵24相連；信號處理模塊20分別和采樣模塊19、卡澀卡緊判決模塊22、負反饋模塊21相連；卡澀卡緊判決模塊22分別和信號處理模塊20、超聲波發(fā)生器控制模塊23相連；超聲波發(fā)生器控制模塊23和四個超聲波發(fā)生器相連。在本實施例中，具體來說，智能控制器的功率放大模塊輸出的模擬量信號通過7 芯或12芯插頭和電液比例閥的模擬量輸入口相連。智能控制器的超聲波發(fā)生器控制模塊通過繼電器控制超聲波發(fā)生器啟停。本實施方式中，顫振信號發(fā)生模塊16產(chǎn)生頻率為95Hz，幅值為85%額定電流，波形為正態(tài)分布曲線的顫振信號；顫振信號發(fā)生模塊生成的顫振信號的波形、頻率和幅值的不同對于該檢測方法的有效性和靈敏度至關重要，本發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，顫振信號頻率在95Hz，幅值為85%額定電流，波形為正態(tài)分布曲線時，顫振信號變化是單調的，且靈敏度高，對故障的檢測效果最好。系統(tǒng)控制信號模塊14的用于控制電液比例閥閥芯位移的信號和來自負反饋模塊21的反饋信號相減后，作為輸入提供給PID控制模塊17 ;PID控制模塊
17的輸出信號和來自顫振信號發(fā)生模塊16的顫振信號相加后，經(jīng)功率放大模塊18放大后去驅動比例電磁鐵24 ;采樣模塊19實時采集和閥芯4連接的比例電磁鐵24上的顫振信號波形，并將波形提供給信號處理模塊20 ;信號處理模塊20將控制信號和顫振波形分離，將控制信號作為輸入提供給負反饋模塊21，同時將控制信號的平均值信息和顫振信號作為輸入提供給卡澀卡緊判決模塊22 ;卡澀卡緊判決模塊22根據(jù)輸入顫振信號的頻率、峰峰值、 波形畸變和控制信號的平均值信息，通過模糊多準則決策方法給出卡澀、卡緊的隸屬度判決，并將該信息輸出到超聲波發(fā)生器控制模塊23，由超聲波發(fā)生器控制模塊23控制超聲波發(fā)生器和超聲換能器工作。采用上述特征的智能控制器，在卡澀卡緊故障的檢測、判定和指令執(zhí)行修復上具有較高準確性、靈敏性和可靠性，比如利用特定的顫振信號發(fā)生模塊和信號處理模塊，可保證卡澀卡緊檢測信號的單調性、有效性和靈敏度。實現(xiàn)上述功能的各個模塊，其具體的電路、元器件等結構，由于屬于現(xiàn)有技術，此處就不再贅述。卡澀故障發(fā)生時，卡澀卡緊判決模塊給出卡澀判決時，超聲波發(fā)生器控制模塊23 發(fā)出控制信號，啟動超聲波發(fā)生器6和超聲波發(fā)生器8并同時啟動定時裝置；超聲波發(fā)生器 6和8在定時時間內(nèi)持續(xù)發(fā)出的高頻振蕩信號，分別通過換能器7和9轉換成高頻機械振蕩而傳播到液壓油中，超聲波在液壓油中疏密相間的向前輻射，使液體流動而產(chǎn)生數(shù)以萬計的直徑為50-500 μ m的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡在聲場的作用下振動。這些氣泡在超聲波縱向傳播的負壓區(qū)形成、生長，而在正壓區(qū)，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增大，然后突然閉合。并在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波，在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓，破壞大顆污染顆粒和污粒餅，并使他們分散成小顆粒融于液壓油中，并隨油液循環(huán)被帶離滑閥機構。 由于卡澀故障通常由污染卡緊造成，兩對超聲波發(fā)生器和換能器產(chǎn)生的空化效應足夠清除污染顆粒，排除機械卡澀故障。當然上述兩對超聲波發(fā)生器和超聲換能器對閥芯產(chǎn)生均勻的懸浮力，從而可排除液壓卡澀故障，其具體方式可參見實施例2中的分析。上述設計使得可根據(jù)故障嚴重程度給出超聲波發(fā)生器和超聲換能器的啟動時間和啟動個數(shù)，節(jié)約能源， 減少了超聲空蝕對液壓閥的損傷，提高了液壓閥的可靠度和壽命。當所定時的工作時間過后，采樣模塊19連續(xù)采集和閥芯4連接的普通比例電磁鐵 24上的顫振信號波形，并將波形提供給信號處理模塊20，經(jīng)卡澀卡緊判決模塊22給出故障排除效果信息。若卡澀故障排除，則指令回歸正常工況；若卡澀故障減輕，則指令再次啟動超聲波發(fā)生器6和超聲波發(fā)生器8并同時啟動定時裝置；若卡澀故障未減輕，則認為此卡澀故障成因為卡緊故障，指令啟動卡緊故障解決模式。從而進一步節(jié)能降耗和提高工作效率。在本實施例中，選擇將超聲換能器安裝在閥體側面靠近出油口側，由于污染顆粒一般在閥體內(nèi)低壓一側淤積，所以其修復機械卡澀、卡緊故障的效果更佳。實施例2 :卡緊故障檢測和自修復
參照圖2、圖3和圖5，一種智能液壓閥，包括電液比例閥30，電液比例閥30包括閥體 35、閥芯34、放置閥芯的閥腔33和比例電磁鐵24。還包括超聲波發(fā)生器2、超聲換能器3和可檢測電液比例閥卡澀卡緊故障并控制超聲波發(fā)生器工作的智能控制器I。智能控制器I 分別和超聲波發(fā)生器2及電液比例閥30電連接。超聲波發(fā)生器6的輸出端與超聲換能器7的兩電極電連接，超聲換能器7固定連接在電液比例閥閥體35的上側面；超聲波發(fā)生器8的輸出端和超聲換能器9的兩電極相連，超聲換能器9固定連接在電液比例閥30閥體35的下側面；超聲波發(fā)生器10的輸出端和超聲換能器11的兩電極相連，超聲換能器11固定連接在電液比例閥30閥體35的左側面；超聲波發(fā)生器12的輸出端和超聲換能器13的兩電極相連，超聲換能器13固定連接在電液比例閥30閥體35的右側面；這四個超聲換能器兩兩相對設置，四個超聲換能器的軸心線和電液比例閥30閥腔33的中軸線垂直相交，四軸心線處于同一平面。采用以上方案，利用超聲波的空壓效應粉碎大顆污染顆粒和污粒餅，從而有效排除機械卡澀、卡緊故障；利用超聲波輻射壓降低閥體內(nèi)表面和閥芯之間的摩擦系數(shù)并使閥芯懸浮于閥腔中軸線附近，從而有效排除液壓卡澀、卡緊故障；采用超聲處理卡澀、卡緊故障，使用方便、效果好從而大大提高設備的使用壽命并節(jié)能降耗；結構簡單、成本低廉而使用效果好。在本實施例中，選擇將超聲換能器安裝于電源比例閥閥體側面對應閥芯的區(qū)域。 由于徑向不平衡壓力的產(chǎn)生主要在閥芯與閥腔相接觸的區(qū)域，所以其修復液壓卡澀、卡緊故障的效果更佳。在本實施例中，除另有表述外，超聲波發(fā)生器、超聲換能器的其他內(nèi)容和智能控制器的相關內(nèi)容同實施例1，此處不再贅述?？ňo故障發(fā)生時，卡澀卡緊判決模塊給出卡澀判決，超聲波發(fā)生器控制模塊23發(fā)出控制信號，同時啟動四個超聲波發(fā)生器并同時啟動定時裝置。該超聲波發(fā)生器進而通過各自的超聲換能器解決機械卡緊的原理和方式，同實施例1，此處不再贅述。
在定時時間內(nèi)四個超聲波發(fā)生器持續(xù)發(fā)出的超聲波驅動信號，分別通過各自的換能器在閥體內(nèi)表面產(chǎn)生振動，從而對閥芯形成均勻的懸浮力。由于卡緊故障一般由卡緊引起閥芯偏心造成，閥芯被壓向某一側壁面，該側和閥芯之間的間隙變小，而對面一側和閥芯之間的間隙變大。此時，在間隙變小的一側，由于超聲波輻射壓的作用增強，對閥芯的作用力將變大，而對面一側超聲波輻射壓對閥芯的作用力將變小，在同一軸線上就會產(chǎn)生兩倍的作用力將閥芯朝間隙變大的一側推，直到兩側間隙近似相等為止。四個側面對稱均勻布置四個超聲換能器可以保證閥芯基本在閥腔中軸線上，閥體內(nèi)表面和閥芯之間的摩擦系數(shù)顯著降低，從而達到解決液壓卡緊的目的。當所定時的工作時間過后，采樣模塊19連續(xù)采集和閥芯4連接的普通比例電磁鐵 24上的顫振信號波形，并將波形提供給信號處理模塊20，經(jīng)卡澀卡緊判決模塊22給出故障排除效果信息。若卡緊故障排除，則指令回歸正常工況；若卡緊故障減輕，則指令再次啟動卡緊故障解決模式。在上述兩實施例中，卡澀卡緊判決模塊22根據(jù)采樣的顫振信號的頻率、峰峰值、 波形畸變和控制信號的平均值信息，通過模糊多準則決策方法給出卡澀、卡緊的隸屬度判決并將該信息輸出到超聲波發(fā)生器控制模塊23如下
由于電液比例閥在正常工況、卡澀工況和卡緊工況時，其顫振信號頻率、峰峰值、波形畸變和平均值等電信號的值并不是一個固定的值，而是在某個區(qū)間波動，很難用直接比較的方法確定其故障情況，為此，在卡澀卡緊判決模塊22采用了一種區(qū)間直覺模糊數(shù)的綜合排序新方案作為卡澀卡緊判決的綜合依據(jù)。首先，采用了用得分函數(shù)」，精確函數(shù)//以及偏差函數(shù)P來進行綜合評判的，設J =[A1,A2,…，疋}為方案集丫 = O，仏奶1為屬性向量j = 馬)為G中各屬性權重上述過程進一步提高卡澀卡緊檢測信號的單調性、有效性和靈敏度，進而提高在卡澀卡緊故障檢測、判定和指令執(zhí)行修復上的準確性、靈敏性和可靠性。采用上述技術方案，首先，在卡澀卡緊故障的檢測和判定上具有非常高的靈敏性、 準確性和可靠性，比如利用特定的顫振信號和信號處理，可保證卡澀卡緊檢測信號的單調性、有效性和靈敏度；其次，對何時啟動超聲處理裝置采用智能控制判定，實現(xiàn)間歇工作方式，正常工況下超聲波發(fā)生器及超聲換能器處于停止狀態(tài)，只有卡澀卡緊故障被檢測到時才啟動，從而大大提高設備的使用壽命并節(jié)能降耗；第三，方法簡單、成本低廉而使用效果好。以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，并非對本案設計的限制，凡依本案的設計關鍵所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
權利要求
1.一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于包括檢測步驟、判定步驟和執(zhí)行步驟，通過電連接進行；其中檢測步驟是指生成特定頻率、幅值和波形的顫振信號，并將上述顫振信號疊加在PID控制信號上輸出驅動電液比例閥；實時采集電液比例閥中與閥芯連接的比例電磁鐵上的顫振信號波形，并將波形中的控制信號和顫振波形分離；將分離后得到的控制信號反饋到信號輸入端和設定的用于控制電液比例閥閥芯位移的信號相減后進行PID控制并生成PID控制信號；將分離后得到的控制信號的平均值信息以及顫振信號輸出以進行故障判斷；其中判定步驟是指，根據(jù)檢測步驟輸出的控制信號的平均值信息和顫振信號的頻率、 峰峰值、波形畸變，通過模糊多準則決策方法給出卡澀、卡緊的隸屬度判決；其中執(zhí)行步驟是指，根據(jù)判定步驟給出的卡澀、卡緊隸屬度判決，控制超聲波發(fā)生器和超聲換能器是否工作或是否全部工作。
2.如權利要求I所述的一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于所述執(zhí)行步驟中的超聲波發(fā)生器和超聲換能器成對設置，超聲波發(fā)生器的輸出端與超聲換能器的兩電極電連接，超聲換能器共4個，相對于電液比例閥閥腔的中軸線對稱固定安裝于電液比例閥閥體的上下左右四個側面，超聲換能器的軸心線和電液比例閥閥腔的中軸線垂直相交且四軸心線處于同一平面；智能控制器分別和超聲波發(fā)生器及電液比例閥電連接。
3.如權利要求2所述的一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于所述超聲換能器安裝于電源比例閥閥體側面的出油口側。
4.如權利要求2所述的一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于所述超聲換能器安裝于電源比例閥閥體側面對應閥芯的區(qū)域。
5.如權利要求I所述的一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于所述判定步驟中通過模糊多準則決策方法給出卡澀、卡緊的隸屬度判決，是指首先，采用得分函數(shù)」，精確函數(shù)//以及偏差函數(shù)產(chǎn)來進行綜合評判，設J = [Aj, A2,…，AjJ為方案集，G ，H，DY為屬性向量 為G中各屬性權重 向量，e [O, l]，f；|. = 1，則評價矩陣為-J: (4)璣為)... ΑΤΛ,);方案集A中的三種方為UiL^(4) β(為)... D(Am).案為電液比例閥的三種工況，分別是正常工況、卡澀工況和卡緊工況，屬性集G中的四種屬性為顫振信號的頻率、峰峰值、波形畸變和平均值，這四種信號由信號處理模塊20提供；卡澀卡緊判決模塊中22的12位串行A/D轉換器TLV2453將4路信號轉換成數(shù)字量信號并傳給數(shù)據(jù)處理芯片TMS320VC5402 ;指標的權重向量為oj = (O. 1,0. 5,0. 2,0. 2)τ，顫振信號的峰峰值屬性的權重最大，這四個權重由軟件固化在卡澀卡緊判決模塊22中的FLASHR0M中， 供數(shù)據(jù)處理芯片TMS320VC5402調用，同時還可以通過RS485通訊接口通過網(wǎng)絡遠程修改； 將屬性權重向量ω和評價矩陣J相乘得到綜合評判向量S = IJ,根據(jù)B元素的大小進行排序，并按最大隸屬原則選擇最佳方案；其次，基于此排序法的區(qū)間直覺模糊決策具體步驟如下第一步，利用加權算術評價算子(I)集成決策矩陣中第i行的所有元素，從而得到相應于方案Ai的綜合區(qū)間直覺模糊值；第二步，分別利用得分函數(shù)、精確函數(shù)和偏差函數(shù)計算得分函數(shù)值Δ (Al),精確函數(shù)值H(Ai)和偏差函數(shù)值P(Ai)(i=l，2，···，!!!)，構建評價矩陣J ;第三步，選擇屬性權重向量 < 汁算綜合評判向量B，根據(jù)B元素的大小進行排序，并按最大隸屬原則選擇最佳方案；第三，經(jīng)數(shù)據(jù)處理芯片TMS320VC5402處理后，給出電液比例閥工況的綜合評判信息。
6.如權利要求5所述的一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于所述檢測步驟中生成的顫振信號，為頻率為95Hz，幅值為85%額定電流，波形為正態(tài)分布曲線的顫振信號。
7.如權利要求6所述的一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于所述執(zhí)行步驟中根據(jù)判斷步驟給出的卡澀、卡緊隸屬度判決控制超聲波發(fā)生器和超聲換能器是否工作或是否全部工作的具體內(nèi)容如下當給出卡澀判決時，則啟動卡澀故障解決模式，即控制閥體上下側面的兩對超聲波發(fā)生器和超聲換能器同時工作；當給出卡緊判決時，則啟動卡緊故障解決模式，即控制閥體四側面的四對超聲波發(fā)生器和超聲換能器同時工作。
8.如權利要求7所述的一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于還包括循環(huán)控制步驟，對超聲波發(fā)生器和/或超聲換能器限定一定的工作時間，當所定時的工作時間過后，重復檢測步驟中除生成特定頻率、幅值和波形的顫振信號這一小步以外的其他步驟，以及判定步驟，給出故障排除效果判斷信息并作出后續(xù)工作指令。
9.如權利要求8所述的一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于所述給出故障排除效果判斷信息并作出后續(xù)工作指令是指當給出卡澀或卡緊故障排除判斷， 則指令回歸正常工況；當給出卡澀故障減輕判斷，則指令再次啟動卡澀故障解決模式；當給出卡緊故障減輕判斷，則指令再次啟動卡緊故障解決模式。
10.如權利要求9所述的一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，其特征在于所述給出故障排除效果判斷信息并作出后續(xù)工作指令還包括當啟動兩次以上卡澀故障解決模式仍給出卡澀故障減輕判斷，則認為此卡澀故障成因為卡緊故障，指令啟動卡緊故障解決模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液壓閥卡澀卡緊故障的檢測修復方法，包括檢測步驟、判定步驟和執(zhí)行步驟，通過電連接進行。其中判定步驟是指，根據(jù)檢測步驟輸出的的控制信號的平均值信息和顫振信號的頻率、峰峰值、波形畸變，通過模糊多準則決策方法給出卡澀、卡緊的隸屬度判決。采用本技術方案，能夠實時檢測、判定滑閥閥芯卡澀、卡緊故障并利用超聲振動執(zhí)行修復由污染和徑向力不平衡造成的卡澀、卡緊故障，且方法簡便、成本低廉。
文檔編號F16K37/00GK102606800SQ20121009139
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權日2012年3月31日
發(fā)明者張華芳, 李偉波 申請人:紹興文理學院