CN102606800A - 一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，包括检测步骤、判定步骤和执行步骤，通过电连接进行。其中判定步骤是指，根据检测步骤输出的的控制信号的平均值信息和颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变，通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决。采用本技术方案，能够实时检测、判定滑阀阀芯卡涩、卡紧故障并利用超声振动执行修复由污染和径向力不平衡造成的卡涩、卡紧故障，且方法简便、成本低廉。

Description

一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法

技术领域

本发明涉及一种有关液压阀故障的处理方法，特别是一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法。

背景技术

滑阀机构是各类液压阀中采用最多的一种结构形式，滑阀由阀体、阀芯和阀腔三个主要部件构成，通过改变阀芯在阀体阀腔里的位置，滑阀可以实现流体流向的改变及通断。滑阀卡涩甚至卡紧故障是液压系统中最为常见的故障和失效形式之一，一般可分为液压卡涩、卡紧和机械卡涩卡紧两大类。通俗讲，卡涩是指正常工况和卡紧之间的中间状态，卡紧就是阀芯不能动了，卡涩是指阀芯移动困难，不如正常工作时顺畅，是卡紧的前兆，及时解决可以避免卡紧的发生。

其中，液压卡涩、卡紧主要是由于机加工造成阀芯几何形状误差和同轴度误差产生径向不平衡压力引起的，而机械卡涩、卡紧则主要是由于运行现场的颗粒污染物在滑阀间隙逐渐淤积而引起的。在阀芯和阀体构成的径向间隙两端有恒定的压差，当液压油把污染颗粒带入间隙时，因间隙流道孔壁的表面还具有捕获污染颗粒的能力——深度型过滤效应而不断捕获污染颗粒，并发生污染颗粒截留，从而产生污染卡紧力。简单说，即污染卡紧是机械卡紧的主要类型，径向力不平衡是造成液压卡紧的主要原因。而卡涩往往由轻度污染卡紧或径向力不平衡造成，阻力较小。

现有技术中，排除上述两种故障的方法主要有两种：一是在加工和现场运行过程中采取措施，减少发生故障的几率，比如在系统中安装精过滤器、阀芯上合理开设均压槽、严格加工装配质量等；另一种方法就是在线实时故障诊断和故障排除。目前，尚无较灵敏、准确的在线实时故障诊断装置，或者虽有类似装置但结构复杂、成本高昂。

针对上述问题，HERION公司提供了一种解决方法，设计制造一种电磁换向阀，除了它的工作阀芯外，还有一个“击锤”阀芯。正常工作时，“击锤”阀芯不动作，当阀芯因卡紧无法归位时， “击锤”阀芯在弹簧力作用下敲击工作阀芯，使其回位。这一方案的局限性在于，由于是靠上电时压缩机械弹簧来获得敲击能量，“击锤”阀芯只有一次敲击动作，而且是单向的，无法确保故障排除，也无法应用于伺服、比例阀控制系统。

浙江大学的李伟教授据此提出了另一种解决方法，简单说即一种“电击锤”的设想，在确认卡紧故障发生的时候，将“电击锤”电路的输出信号接入与相应的放大器，使之产生大幅度交变电流信号，多次双向地“敲击”卡紧的阀芯。这一思路的局限性在于，仅靠阀体自身的电磁力有时候无法克服卡紧力，且电信号的急剧变化也会对系统的正常工作产生干扰。

有鉴于此，本发明人结合从事液压阀领域研究工作多年的经验，对上述技术领域的缺陷进行长期研究，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，能够实时检测、判定滑阀阀芯卡涩、卡紧故障并利用超声振动执行修复由污染和径向力不平衡造成的卡涩、卡紧故障，且方法简便、成本低廉。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，包括检测步骤、判定步骤和执行步骤，通过电连接进行。

其中检测步骤是指：生成特定频率、幅值和波形的颤振信号，并将上述颤振信号叠加在PID控制信号上输出驱动电液比例阀；实时采集电液比例阀中与阀芯连接的比例电磁铁上的颤振信号波形，并将波形中的控制信号和颤振波形分离；将分离后得到的控制信号反馈到信号输入端和设定的用于控制电液比例阀阀芯位移的信号相减后进行PID控制并生成PID控制信号；将分离后得到的控制信号的平均值信息以及颤振信号输出以进行故障判断。

其中判定步骤是指，根据检测步骤输出的的控制信号的平均值信息和颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变，通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决。

其中执行步骤是指，根据判定步骤给出的卡涩、卡紧隶属度判决，控制超声波发生器和超声换能器是否工作或是否全部工作。

进一步，所述执行步骤中的超声波发生器和超声换能器成对设置，超声波发生器的输出端与超声换能器的两电极电连接，超声换能器共4个，相对于电液比例阀阀腔的中轴线对称固定安装于电液比例阀阀体的上下左右四个侧面，超声换能器的轴心线和电液比例阀阀腔的中轴线垂直相交且四轴心线处于同一平面。智能控制器分别和超声波发生器及电液比例阀电连接。采用以上方案，利用超声波的空压效应粉碎大颗污染颗粒和污粒饼，从而有效排除机械卡涩、卡紧故障；利用超声波辐射压降低阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数并使阀芯悬浮于阀腔中轴线附近，从而有效排除液压卡涩、卡紧故障；采用超声处理卡涩、卡紧故障，使用方便、效果好从而大大提高设备的使用寿命并节能降耗；结构简单、成本低廉而使用效果好。

进一步，所述超声换能器安装于电源比例阀阀体侧面的出油口侧。由于污染颗粒一般在阀体内低压一侧淤积，相应的超声换能器安装在阀体侧面靠近出油口一端，其修复机械卡涩、卡紧故障的效果更佳。

进一步，所述超声换能器安装于电源比例阀阀体侧面对应阀芯的区域。由于径向不平衡压力的产生主要在阀芯与阀腔相接触的区域，相应的超声换能器安装在阀体侧面对应阀芯的对应区域，其修复液压卡涩、卡紧故障的效果更佳。

进一步，所述判定步骤中通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决，是指：首先，采用得分函数Δ, 精确函数H以及偏差函数P来进行综合评判，设A＝{A ₁ ，A ₂ ，…，A _m }为方案集，G＝(Δ，H，D)^T为属性向量，                                               

为G中各属性权重向量，

∈ [0,1]，

，则评价矩阵为：；方案集A中的三种方案为电液比例阀的三种工况，分别是正常工况、卡涩工况和卡紧工况，属性集G中的四种属性为颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和平均值，这四种信号由信号处理模块20提供；卡涩卡紧判决模块中22的12位串行A/D转换器TLV2453将4路信号转换成数字量信号并传给数据处理芯片TMS320VC5402；指标的权重向量为ω＝(0.1，0.5，0.2，0.2)^T ，颤振信号的峰峰值属性的权重最大，这四个权重由软件固化在卡涩卡紧判决模块22中的FLASHROM中，供数据处理芯片TMS320VC5402调用，同时还可以通过RS485通讯接口通过网络远程修改；将属性权重向量ω和评价矩阵J相乘得到综合评判向量：

，根据B元素的大小进行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；其次，基于此排序法的区间直觉模糊决策具体步骤如下：第一步，利用加权算术评价算子(1)集成决策矩阵中第i行的所有元素，从而得到相应于方案Ai的综合区间直觉模糊值；第二步，分别利用得分函数、精确函数和偏差函数计算得分函数值

(Ai), 精确函数值H(Ai)和偏差函数值P(Ai)(i=1,2,…,m)，构建评价矩阵J；第三步，选择属性权重向量

，计算综合评判向量B，根据B元素的大小进行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；第三，经数据处理芯片TMS320VC5402处理后，给出电液比例阀工况的综合评判信息。该信息提供给超声波发生器控制模块23后，根据不同的工况，去控制超声波发生器和超声换能器是否工作或是否全部工作。从而进一步提高卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度，提高在卡涩卡紧故障检测、判定和指令执行修复上的准确性、灵敏性和可靠性。

进一步，所述检测步骤中生成的颤振信号，为频率为95Hz，幅值为85%额定电流，波形为正态分布曲线的颤振信号。颤振信号发生模块生成的颤振信号的波形、频率和幅值的不同对于该检测方法的有效性和灵敏度至关重要，本发明人在研究中发现，颤振信号频率在95Hz，幅值为85%额定电流，波形为正态分布曲线时，颤振信号变化是单调的，且灵敏度高，对故障的检测效果最好。

进一步，所述执行步骤中根据判断步骤给出的卡涩、卡紧隶属度判决控制超声波发生器和超声换能器是否工作或是否全部工作的具体内容如下：当给出卡涩判决时，则启动卡涩故障解决模式，即控制阀体上下侧面的两对超声波发生器和超声换能器同时工作；当给出卡紧判决时，则启动卡紧故障解决模式，即控制阀体四侧面的四对超声波发生器和超声换能器同时工作。从而可根据故障严重程度给出超声波发生器和超声换能器的启动时间和启动个数，节约能源，减少了超声空蚀对液压阀的损伤，提高了液压阀的可靠度和寿命。

进一步，还包括循环控制步骤，对超声波发生器和/或超声换能器限定一定的工作时间，当所定时的工作时间过后，重复检测步骤中除生成特定频率、幅值和波形的颤振信号这一小步以外的其他步骤，以及判定步骤，给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令。从而进一步节能降耗和提高工作效率。

进一步，所述给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令是指：当给出卡涩或卡紧故障排除判断，则指令回归正常工况；当给出卡涩故障减轻判断，则指令再次启动卡涩故障解决模式；当给出卡紧故障减轻判断，则指令再次启动卡紧故障解决模式。从而进一步节能降耗和提高工作效率。

进一步，所述给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令还包括：当启动两次以上卡涩故障解决模式仍给出卡涩故障减轻判断，则认为此卡涩故障成因为卡紧故障，指令启动卡紧故障解决模式。从而进一步节能降耗和提高工作效率。

采用本技术方案，本发明取得以下有益技术效果：1、在卡涩卡紧故障的检测和判定上具有非常高的灵敏性、准确性和可靠性，比如利用特定的颤振信号和信号处理，可保证卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度；2、对何时启动超声处理装置采用智能控制判定，实现间歇工作方式，正常工况下超声波发生器及超声换能器处于停止状态，只有卡涩卡紧故障被检测到时才启动，从而大大提高设备的使用寿命并节能降耗；3、方法简单、成本低廉而使用效果好。

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的一种流程示意图；

图2为采用本发明的装置的结构框图；

图3为采用本发明的一种智能控制器的结构图；

图4为采用发明的超声波发生器和超声换能器与滑阀机构连接的轴向剖视图；

图5为采用发明的超声波发生器和超声换能器与滑阀机构连接的径向剖视图。

具体实施方式

本方法发明的流程示意图如图1所示。由于本发明是一种方法，而发明人据此方法已设计出产品，而结合具体的装置名称更容易理解本发明，因此，为进一步明晰本方法发明，下面先解释本方法发明的工作原理，然后结合附图2至5对本发明的实施做进一步详细的描述。

本发明判断卡涩卡紧故障方法的工作原理如下：

通常为避免阀芯卡涩卡紧，在阀芯上一般叠加有低频颤振信号使阀芯在做轴向运动是保持轻微的径向振动。卡涩、卡紧故障发生时，必然导致阀芯径向振动阻尼增大，由此反应到电信号上就使颤振信号发生改变，通过检测颤振信号的变化可以判断阀芯是否处于故障状态。由于普通控制器中反馈模块对颤振信号的变化作用具有明显的抑制作用，使得该波形变化比率相对较小。本方法中，由于比例电磁铁和阀芯相连，所以从比例电磁铁上检测到并分离的信号时带故障信息的信号；将颤振信号从控制信号中分离出来，通过判断步骤处理，使检测灵敏度显著提高。

根据判决结果控制超声波发生器工作。检测到卡涩故障时，控制阀体上下侧面的一对超声波发生器和换能器工作；检测到卡紧故障时，控制阀体两两相对的四个超声波发生器和换能器同时工作。

本发明解决机械卡涩、卡紧故障的工作原理如下：

当电液比例阀产生机械卡涩、卡紧故障时，和阀体阀芯的间隙尺寸接近的污染颗粒因阀体和阀芯表面不平而滞留形成大颗污染颗粒，同时较小颗粒被截留在大颗粒间，构成动态生长污粒饼，两者共同作用形成常见的污染卡紧。由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到液压油中，超声波在液压油中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50-500μm的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压，破坏大颗污染颗粒和污粒饼，并使他们分散成小颗粒融于液压油中，并随油液循环被带离滑阀机构，从而达到清洁油液和解除卡紧故障的目的。当为严重程度较轻的机械卡涩时，则只要启动一对对应的超声换能器，当为严重程度较重的机械卡紧时，则可启动两对对应的超声换能器。

本发明解决液压卡涩、卡紧的工作原理如下：

电液比例阀产生液压卡涩、卡紧故障的原因是因机加工造成阀芯几何性状误差和同轴度误差产生径向不平衡压力，使阀芯压向阀体壁面，最终产生液压卡涩、卡紧。当存在严重的液压卡紧时，本发明在阀体四个侧面对称均匀布置四个超声换能器，给它们施加同样的超声波驱动信号，就会在阀体内表面产生振动，从而对阀芯形成均匀的悬浮力。由于液压卡紧会引起阀芯偏心，压向某一侧壁面，该侧和阀芯之间的间隙变小，而对面一侧和阀芯之间的间隙变大。此时，在间隙变小的一侧，由于超声波辐射压的作用增强，对阀芯的作用力将变大，而对面一侧超声波辐射压对阀芯的作用力将变小，在同一轴线上就会产生两倍的作用力将阀芯朝间隙变大的一侧推，直到两侧间隙近似相等为止。四个侧面对称均匀布置四个超声换能器可以保证阀芯基本在中轴线上，阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数显著降低，可以避免阀芯被压在阀体内壁上无法动作，从而达到解决液压卡紧的目的。解决液压卡涩的原理同上，只是由于液压卡涩的严重程度较液压卡紧轻，所以只要启动一对对应的超声换能器即可。

本发明提出的检测修复方法中的超声波发生器及超声换能器属于间歇工作方式，正常工况下超声波发生器及超声换能器处于停止状态，只有卡涩卡紧故障被检测到时才启动。卡涩卡紧故障检测由上述方法完成。

在下述实施例中，超声波发生器采用的是KMD-1000，生产厂商深圳市科美达超声波设备有限公司，超声换能器采用的是YP-7015-4Z，生产厂商杭州成功超声设备有限公司，电液比例阀采用的是QVKZOR，生产厂商ATOS，代理厂商上海科先国际贸易公司，智能控制器是一整块完整的电路板，各模块是其上的功能电路，为本发明人自制。

实施例1：卡涩故障检测和自修复

参照图2、图3和图4，一种智能液压阀，包括电液比例阀30，电液比例阀30包括阀体35、阀芯34、放置阀芯的阀腔33和比例电磁铁24。还包括超声波发生器2、超声换能器3和可检测电液比例阀卡涩卡紧故障并控制超声波发生器工作的智能控制器1。智能控制器1分别和超声波发生器2及电液比例阀30电连接。

超声波发生器6的输出端与超声换能器7的两电极电连接，超声换能器7固定连接在电液比例阀阀体35的上侧面；超声波发生器8的输出端和超声换能器9的两电极相连，超声换能器9固定连接在电液比例阀30阀体35的下侧面；这两个超声换能器的轴心线和电液比例阀30阀腔33的中轴线垂直相交且相对于中轴线对称安置于出油口一侧，两轴心线处于同一平面。在本实施例中，超声换能器由中央压电陶瓷元件，前后金属盖板，预应力螺杆，电极片以及绝缘管组成。超声波发生器和超声换能器采用2芯或4芯的航空插头来连接。由于本技术方案要求超声换能器对称安装，如果电液比例阀的阀体的上下左右四侧面厚度并非以阀腔的中轴线对称设计，则在阀体较薄一侧可以超声换能器加垫层的形式进行克服。垫层的材料不做限制，只要其不影响如前述本技术方案的工作原理即可。

上述的智能控制器可以采用其他系统集成，只要其能够可检测电液比例阀卡涩卡紧故障并控制超声波发生器工作即可。在本实施例中，本发明人专门设计了一智能控制器1，由颤振信号发生模块16、系统控制信号模块14、稳压电源模块15、PID控制模块17、功率放大模块18、采样模块19、信号处理模块20、负反馈模块21、卡涩卡紧判决模块22和超声波发生器控制模块23组成。其中稳压电源模块15分别和颤振信号发生模块16、PID控制模块17、功率放大模块18、采样模块19、信号处理模块20、负反馈模块21、卡涩卡紧判决模块22和超声波发生器控制模块23相连；颤振信号发生模块16分别和PID控制模块17、功率放大模块18相连；系统控制信号模块14分别和负反馈模块21、PID控制模块17相连；PID控制模块17分别和系统控制信号模块14、负反馈模块21、颤振信号发生模块16、功率放大模块18相连；负反馈模块21分别和系统控制信号模块14、PID控制模块17、信号处理模块20相连；功率放大模块18分别和PID控制模块17、颤振信号发生模块16、电液比例阀上的比例电磁铁24相连；采样模块19分别和信号处理模块20、电液比例阀上的比例电磁铁24相连；信号处理模块20分别和采样模块19、卡涩卡紧判决模块22、负反馈模块21相连；卡涩卡紧判决模块22分别和信号处理模块20、超声波发生器控制模块23相连；超声波发生器控制模块23和四个超声波发生器相连。

在本实施例中，具体来说，智能控制器的功率放大模块输出的模拟量信号通过7芯或12芯插头和电液比例阀的模拟量输入口相连。智能控制器的超声波发生器控制模块通过继电器控制超声波发生器启停。

本实施方式中，颤振信号发生模块16产生频率为95Hz，幅值为85%额定电流，波形为正态分布曲线的颤振信号；颤振信号发生模块生成的颤振信号的波形、频率和幅值的不同对于该检测方法的有效性和灵敏度至关重要，本发明人在研究中发现，颤振信号频率在95Hz，幅值为85%额定电流，波形为正态分布曲线时，颤振信号变化是单调的，且灵敏度高，对故障的检测效果最好。系统控制信号模块14的用于控制电液比例阀阀芯位移的信号和来自负反馈模块21的反馈信号相减后，作为输入提供给PID控制模块17；PID控制模块17的输出信号和来自颤振信号发生模块16的颤振信号相加后，经功率放大模块18放大后去驱动比例电磁铁24；采样模块19实时采集和阀芯4连接的比例电磁铁24上的颤振信号波形，并将波形提供给信号处理模块20；信号处理模块20将控制信号和颤振波形分离，将控制信号作为输入提供给负反馈模块21，同时将控制信号的平均值信息和颤振信号作为输入提供给卡涩卡紧判决模块22；卡涩卡紧判决模块22根据输入颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和控制信号的平均值信息，通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决，并将该信息输出到超声波发生器控制模块23，由超声波发生器控制模块23控制超声波发生器和超声换能器工作。采用上述特征的智能控制器，在卡涩卡紧故障的检测、判定和指令执行修复上具有较高准确性、灵敏性和可靠性，比如利用特定的颤振信号发生模块和信号处理模块，可保证卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度。实现上述功能的各个模块，其具体的电路、元器件等结构，由于属于现有技术，此处就不再赘述。

卡涩故障发生时，卡涩卡紧判决模块给出卡涩判决时，超声波发生器控制模块23发出控制信号，启动超声波发生器6和超声波发生器8并同时启动定时装置；超声波发生器6和8在定时时间内持续发出的高频振荡信号，分别通过换能器7和9转换成高频机械振荡而传播到液压油中，超声波在液压油中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50-500μm的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压,破坏大颗污染颗粒和污粒饼，并使他们分散成小颗粒融于液压油中，并随油液循环被带离滑阀机构。由于卡涩故障通常由污染卡紧造成，两对超声波发生器和换能器产生的空化效应足够清除污染颗粒，排除机械卡涩故障。当然上述两对超声波发生器和超声换能器对阀芯产生均匀的悬浮力，从而可排除液压卡涩故障，其具体方式可参见实施例2中的分析。上述设计使得可根据故障严重程度给出超声波发生器和超声换能器的启动时间和启动个数，节约能源，减少了超声空蚀对液压阀的损伤，提高了液压阀的可靠度和寿命。

当所定时的工作时间过后，采样模块19连续采集和阀芯4连接的普通比例电磁铁24上的颤振信号波形，并将波形提供给信号处理模块20，经卡涩卡紧判决模块22给出故障排除效果信息。若卡涩故障排除，则指令回归正常工况；若卡涩故障减轻，则指令再次启动超声波发生器6和超声波发生器8并同时启动定时装置；若卡涩故障未减轻，则认为此卡涩故障成因为卡紧故障，指令启动卡紧故障解决模式。从而进一步节能降耗和提高工作效率。

在本实施例中，选择将超声换能器安装在阀体侧面靠近出油口侧，由于污染颗粒一般在阀体内低压一侧淤积，所以其修复机械卡涩、卡紧故障的效果更佳。

实施例2：卡紧故障检测和自修复

参照图2、图3和图5，一种智能液压阀，包括电液比例阀30，电液比例阀30包括阀体35、阀芯34、放置阀芯的阀腔33和比例电磁铁24。还包括超声波发生器2、超声换能器3和可检测电液比例阀卡涩卡紧故障并控制超声波发生器工作的智能控制器1。智能控制器1分别和超声波发生器2及电液比例阀30电连接。

超声波发生器6的输出端与超声换能器7的两电极电连接，超声换能器7固定连接在电液比例阀阀体35的上侧面；超声波发生器8的输出端和超声换能器9的两电极相连，超声换能器9固定连接在电液比例阀30阀体35的下侧面；超声波发生器10的输出端和超声换能器11的两电极相连，超声换能器11固定连接在电液比例阀30阀体35的左侧面；超声波发生器12的输出端和超声换能器13的两电极相连，超声换能器13固定连接在电液比例阀30阀体35的右侧面；这四个超声换能器两两相对设置，四个超声换能器的轴心线和电液比例阀30阀腔33的中轴线垂直相交，四轴心线处于同一平面。采用以上方案，利用超声波的空压效应粉碎大颗污染颗粒和污粒饼，从而有效排除机械卡涩、卡紧故障；利用超声波辐射压降低阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数并使阀芯悬浮于阀腔中轴线附近，从而有效排除液压卡涩、卡紧故障；采用超声处理卡涩、卡紧故障，使用方便、效果好从而大大提高设备的使用寿命并节能降耗；结构简单、成本低廉而使用效果好。

在本实施例中，选择将超声换能器安装于电源比例阀阀体侧面对应阀芯的区域。由于径向不平衡压力的产生主要在阀芯与阀腔相接触的区域，所以其修复液压卡涩、卡紧故障的效果更佳。

在本实施例中，除另有表述外，超声波发生器、超声换能器的其他内容和智能控制器的相关内容同实施例1，此处不再赘述。

卡紧故障发生时，卡涩卡紧判决模块给出卡涩判决，超声波发生器控制模块23发出控制信号，同时启动四个超声波发生器并同时启动定时装置。该超声波发生器进而通过各自的超声换能器解决机械卡紧的原理和方式，同实施例1，此处不再赘述。

在定时时间内四个超声波发生器持续发出的超声波驱动信号，分别通过各自的换能器在阀体内表面产生振动，从而对阀芯形成均匀的悬浮力。由于卡紧故障一般由卡紧引起阀芯偏心造成，阀芯被压向某一侧壁面，该侧和阀芯之间的间隙变小，而对面一侧和阀芯之间的间隙变大。此时，在间隙变小的一侧，由于超声波辐射压的作用增强，对阀芯的作用力将变大，而对面一侧超声波辐射压对阀芯的作用力将变小，在同一轴线上就会产生两倍的作用力将阀芯朝间隙变大的一侧推，直到两侧间隙近似相等为止。四个侧面对称均匀布置四个超声换能器可以保证阀芯基本在阀腔中轴线上，阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数显著降低，从而达到解决液压卡紧的目的。

当所定时的工作时间过后，采样模块19连续采集和阀芯4连接的普通比例电磁铁24上的颤振信号波形，并将波形提供给信号处理模块20，经卡涩卡紧判决模块22给出故障排除效果信息。若卡紧故障排除，则指令回归正常工况；若卡紧故障减轻，则指令再次启动卡紧故障解决模式。

在上述两实施例中, 卡涩卡紧判决模块22根据采样的颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和控制信号的平均值信息，通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决并将该信息输出到超声波发生器控制模块23如下：

由于电液比例阀在正常工况、卡涩工况和卡紧工况时，其颤振信号频率、峰峰值、波形畸变和平均值等电信号的值并不是一个固定的值，而是在某个区间波动，很难用直接比较的方法确定其故障情况，为此，在卡涩卡紧判决模块22采用了一种区间直觉模糊数的综合排序新方案作为卡涩卡紧判决的综合依据。

首先，采用了用得分函数Δ, 精确函数H以及偏差函数P来进行综合评判的，设A＝{A ₁ ，A ₂ ，…，A _m }为方案集，G＝(Δ，H，D)^T为属性向量，

为G中各属性权重向量，

∈ [0,1]，

，则评价矩阵为：

；方案集A中的三种方案为电液比例阀的三种工况，分别是正常工况、卡涩工况和卡紧工况，属性集G中的四种属性为颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和平均值，这四种信号由信号处理模块20提供；卡涩卡紧判决模块中22的12位串行A/D转换器TLV2453将4路信号转换成数字量信号并传给数据处理芯片TMS320VC5402；指标的权重向量为ω＝(0.1，0.5，0.2，0.2)^T ，颤振信号的峰峰值属性的权重最大，这四个权重由软件固化在卡涩卡紧判决模块22中的FLASHROM中，供数据处理芯片TMS320VC5402调用，同时还可以通过RS485通讯接口通过网络远程修改；将属性权重向量ω和评价矩阵J相乘得到综合评判向量：

，根据B元素的大小进行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；

其次，基于此排序法的区间直觉模糊决策具体步骤如下：第一步，利用加权算术评价算子(1)集成决策矩阵中第i行的所有元素，从而得到相应于方案Ai的综合区间直觉模糊值；第二步，分别利用得分函数、精确函数和偏差函数计算得分函数值

(Ai), 精确函数值H(Ai)和偏差函数值P(Ai)(i=1,2,…,m)，构建评价矩阵J；第三步，选择属性权重向量

，计算综合评判向量B，根据B元素的大小进行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；

第三，经数据处理芯片TMS320VC5402处理后，给出电液比例阀工况的综合评判信息，该信息提供给超声波发生器控制模块23后，根据不同的工况，去控制超声波发生器和超声换能器是否工作或是否全部工作。

上述过程进一步提高卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度，进而提高在卡涩卡紧故障检测、判定和指令执行修复上的准确性、灵敏性和可靠性。

采用上述技术方案，首先，在卡涩卡紧故障的检测和判定上具有非常高的灵敏性、准确性和可靠性，比如利用特定的颤振信号和信号处理，可保证卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度；其次，对何时启动超声处理装置采用智能控制判定，实现间歇工作方式，正常工况下超声波发生器及超声换能器处于停止状态，只有卡涩卡紧故障被检测到时才启动，从而大大提高设备的使用寿命并节能降耗；第三，方法简单、成本低廉而使用效果好。

以上所述仅为本发明的具体实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (10)

1.一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：包括检测步骤、判定步骤和执行步骤，通过电连接进行；

其中检测步骤是指：生成特定频率、幅值和波形的颤振信号，并将上述颤振信号叠加在PID控制信号上输出驱动电液比例阀；实时采集电液比例阀中与阀芯连接的比例电磁铁上的颤振信号波形，并将波形中的控制信号和颤振波形分离；将分离后得到的控制信号反馈到信号输入端和设定的用于控制电液比例阀阀芯位移的信号相减后进行PID控制并生成PID控制信号；将分离后得到的控制信号的平均值信息以及颤振信号输出以进行故障判断；

其中判定步骤是指，根据检测步骤输出的控制信号的平均值信息和颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变，通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决；

其中执行步骤是指，根据判定步骤给出的卡涩、卡紧隶属度判决，控制超声波发生器和超声换能器是否工作或是否全部工作。

2.如权利要求1所述的一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：所述执行步骤中的超声波发生器和超声换能器成对设置，超声波发生器的输出端与超声换能器的两电极电连接，超声换能器共4个，相对于电液比例阀阀腔的中轴线对称固定安装于电液比例阀阀体的上下左右四个侧面，超声换能器的轴心线和电液比例阀阀腔的中轴线垂直相交且四轴心线处于同一平面；智能控制器分别和超声波发生器及电液比例阀电连接。

3.如权利要求2所述的一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：所述超声换能器安装于电源比例阀阀体侧面的出油口侧。

4.如权利要求2所述的一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：所述超声换能器安装于电源比例阀阀体侧面对应阀芯的区域。

5.如权利要求1所述的一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：所述判定步骤中通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决，是指：首先，采用得分函数Δ, 精确函数H以及偏差函数P来进行综合评判，设A＝{A ₁ ，A ₂ ，…，A _m }为方案集，G＝(Δ，H，D)^T为属性向量，                                                

为G中各属性权重向量，

∈ [0,1]，

，则评价矩阵为：；方案集A中的三种方案为电液比例阀的三种工况，分别是正常工况、卡涩工况和卡紧工况，属性集G中的四种属性为颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和平均值，这四种信号由信号处理模块20提供；卡涩卡紧判决模块中22的12位串行A/D转换器TLV2453将4路信号转换成数字量信号并传给数据处理芯片TMS320VC5402；指标的权重向量为ω＝(0.1，0.5，0.2，0.2)^T ，颤振信号的峰峰值属性的权重最大，这四个权重由软件固化在卡涩卡紧判决模块22中的FLASHROM中，供数据处理芯片TMS320VC5402调用，同时还可以通过RS485通讯接口通过网络远程修改；将属性权重向量ω和评价矩阵J相乘得到综合评判向量：

，根据B元素的大小进行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；其次，基于此排序法的区间直觉模糊决策具体步骤如下：第一步，利用加权算术评价算子(1)集成决策矩阵中第i行的所有元素，从而得到相应于方案Ai的综合区间直觉模糊值；第二步，分别利用得分函数、精确函数和偏差函数计算得分函数值

(Ai), 精确函数值H(Ai)和偏差函数值P(Ai)(i=1,2,…,m)，构建评价矩阵J；第三步，选择属性权重向量

，计算综合评判向量B，根据B元素的大小进行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；第三，经数据处理芯片TMS320VC5402处理后，给出电液比例阀工况的综合评判信息。

6.如权利要求5所述的一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：所述检测步骤中生成的颤振信号，为频率为95Hz，幅值为85%额定电流，波形为正态分布曲线的颤振信号。

7.如权利要求6所述的一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：所述执行步骤中根据判断步骤给出的卡涩、卡紧隶属度判决控制超声波发生器和超声换能器是否工作或是否全部工作的具体内容如下：当给出卡涩判决时，则启动卡涩故障解决模式，即控制阀体上下侧面的两对超声波发生器和超声换能器同时工作；当给出卡紧判决时，则启动卡紧故障解决模式，即控制阀体四侧面的四对超声波发生器和超声换能器同时工作。

8.如权利要求7所述的一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：还包括循环控制步骤，对超声波发生器和/或超声换能器限定一定的工作时间，当所定时的工作时间过后，重复检测步骤中除生成特定频率、幅值和波形的颤振信号这一小步以外的其他步骤，以及判定步骤，给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令。

9.如权利要求8所述的一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：所述给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令是指：当给出卡涩或卡紧故障排除判断，则指令回归正常工况；当给出卡涩故障减轻判断，则指令再次启动卡涩故障解决模式；当给出卡紧故障减轻判断，则指令再次启动卡紧故障解决模式。

10.如权利要求9所述的一种液压阀卡涩卡紧故障的检测修复方法，其特征在于：所述给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令还包括：当启动两次以上卡涩故障解决模式仍给出卡涩故障减轻判断，则认为此卡涩故障成因为卡紧故障，指令启动卡紧故障解决模式。

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