一种动力换挡变速箱先导式溢流阀的故障诊断方法技术

本发明专利技术提供了一种动力换挡变速箱先导式溢流阀的故障诊断方法。该方法包括：通过AMESim软件建立动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型；利用系统仿真模型进行先导式溢流阀的故障分析；根据先导式溢流阀的故障分析结果建立先导式溢流阀的故障注入模型，利用故障注入模型对先导式溢流阀进行故障仿真模拟得到故障注入矩阵，利用故障注入模型和故障注入矩阵对BP神经网络算法进行训练优化得到故障诊断算法，通过故障诊断算法对先导式溢流阀进行实际故障诊断。本发明专利技术的方法采用BP神经网络算法利用仿真得到的故障数据进行训练优化，能够方便快速地检测出动力换挡变速箱先导式溢流阀的故障，故障诊断算法的准确性和可靠性大幅提升。

A Fault Diagnosis Method for Pilot Relief Valve of Power Shift Gearbox

【技术实现步骤摘要】
一种动力换挡变速箱先导式溢流阀的故障诊断方法
本专利技术涉及变速箱故障诊断
，尤其涉及一种动力换挡变速箱先导式溢流阀的故障诊断方法。
技术介绍
变速箱在拖拉机等农业机械中起着动力传递、动力输出的作用，其优点有换挡动力输出不中断、易于操作等。目前PST(Powershiftgearbox，动力换挡变速箱)均采用液压驱动，液压系统的油压处于正常范围是PST完成换挡和动力输出的基础，在PST的液压系统中先导式溢流阀起到稳定油压的作用，变速箱控制器通过油压传感器监测先导式溢流阀的油压输出。先导式溢流阀的正常工作对于整个PST的液压系统至关重要。在发动机、油泵等工作正常的情况下，先导式溢流阀通过在发动机转速升高导致油泵流量增加时，增大阀芯开度增加溢流使得系统压力稳定，而在发动机转速减小导致油泵流量降低时，减小阀芯开度减少溢流使得系统压力稳定。先导式溢流阀的增加或减小阀芯开度主要依靠平衡弹簧的预设张力与阻尼孔的阻尼作用来完成，但在农业机械的恶劣工作环境中，液压油中的杂质易导致孔径mm级别的阻尼孔发生堵塞故障和主、导阀芯卡死故障，高温、振动等也易导致弹簧失效故障。由于这些故障具有偶发性、难复现性，所以其故障数据较难找到，在缺乏故障数据的情况下进行故障诊断是非常困难的。因此，利用建模模拟故障，利用故障数据训练故障诊断算法，将故障诊断算法转化为可执行代码下载到控制器中，利用硬件在环仿真设备运行模型，模拟实际工况，将模拟物理故障信号输入到变速箱控制器中，提升控制器故障检测的可靠性，成为了较好的方案。在故障诊断方法的选择上，中国专利申请号：201810441856.0，专利名称：《一种液压缸故障诊断方法》，该专利技术先在AMESim软件中对液压缸进行物理建模仿真，并采用遗传算法优化故障诊断模型，并利用模型进行故障诊断。中国专利申请号：201611161353.5，专利名称《一种电液伺服阀故障诊断方法》，该专利技术先是采集伺服阀压力、流量、电流等参数，采用奇异值分解及余弦分析法对参数进行处理，并运用准备好的参数训练快速准确的神经网络模型，基于该网络模型进行故障诊断。上述现有技术中的先导式溢流阀的故障诊断方法的缺点如下：1、在同一时刻针对模型中的某一参数只能存在其正常值或故障值，正常值和故障值不能同时存在。这样造成了只能模拟阀在启动时刻就带有故障的情况，而对于阀在运行过程中的突发故障(例如：由于液压油中混有异物造成阀在运行过程中阀芯突然卡死)较难进行模拟。2、某些技术方案中的建模方式虽然可以模拟故障，但是其模型是利用标准求解器求解变步长下运行，无法适应硬件在环设备控制器对模型定步长计算的要求。3、某些技术方案提出了以阀的流量数据或阀芯位移等作故障诊断的依据，但是装配在动力换挡变速箱中的阀在工作时，变速箱控制器只能通过油压传感器输出的与油压成正比的电压或电流信号判断阀的工作状态，因此这些技术方案只适用于阀从变速箱拆下来进行检测，不适用于阀工作时的故障诊断。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种动力换挡变速箱先导式溢流阀的故障诊断方法，以克服现有技术的问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种动力换挡变速箱先导式溢流阀的故障诊断方法，包括：通过AMESim软件建立动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型；利用所述动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型进行先导式溢流阀的故障分析；根据先导式溢流阀的故障分析结果建立先导式溢流阀的故障注入模型；利用所述故障注入模型对先导式溢流阀进行故障仿真模拟得到故障注入矩阵，利用所述故障注入模型和所述故障注入矩阵对BP神经网络算法进行训练优化得到故障诊断算法，通过所述故障诊断算法对先导式溢流阀进行实际故障诊断。优选地，所述的通过AMESim软件建立动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型，包括：进入AMESim软件，新建模型，点击草图模式按钮sketchmodel，在草图模式下添加库内元件搭建系统草图；在子模型模式，给每个动力换挡变速箱先导式溢流阀的元件匹配子模型，点击参数模式按钮parametermodel，在参数模式下设置相关元件参数；点击settherunparameters按钮，仿真模式设置为定步长，仿真时间设置为100s,仿真步长设置为0.01s，完成正常的动力换挡变速箱先导式溢流阀仿真模型的搭建。优选地，所述的利用所述动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型进行先导式溢流阀的故障分析，包括：对所述正常的先导式溢流阀仿真模型的液压系统和机械系统进行结构分析，建立先导式溢流阀的各元件之间的逻辑关系；根据所述先导式溢流阀的各元件之间的逻辑关系，对先导式溢流阀的主阀进行失效模式和影响分析FMEA分析；根据所述先导式溢流阀的各元件之间的逻辑关系，对先导式溢流阀的先导式溢流阀进行FMEA分析；根据所述先导式溢流阀的各元件之间的逻辑关系，对先导式溢流阀的阻尼孔进行FMEA分析；综合所有FMEA分析的结果获取先导式溢流阀的故障特征和故障原因。优选地，所述的根据先导式溢流阀的故障分析结果建立先导式溢流阀的故障注入模型，所述故障注入模型包括正常参数模型和故障参数模型，包括：将所述先导式溢流阀的故障注入模型中的正常参数模型中油路的正常阻尼孔和故障阻尼孔分别设置为两个；将所述先导式溢流阀的故障注入模型中的正常参数模型中先导式溢流阀的质量块设置为两个，分别是正常质量块和故障质量块；将所述先导式溢流阀的故障注入模型中的正常参数模型中先导式溢流阀的导阀的弹簧设置为两个，分别是正常弹簧和故障弹簧，综合所述油路的正常阻尼孔和故障阻尼孔、质量块、主阀的弹簧的设置情况获得先导式溢流阀的故障注入模型。优选地，所述的利用所述故障注入模型对先导式溢流阀进行故障仿真模拟得到故障注入矩阵，包括：在AMESim软件中打开先导式溢流阀的故障注入模型，点击settherunparameters按钮，仿真模式设置为定步长，仿真时间设置为100s，仿真步长设置为0.01s；将先导式溢流阀的主阀、导阀和阻尼孔的故障发生类型通过故障注入模型进行注入，注入故障时，通过PXIe系统将故障以实际的物理信号模拟生成出来，并将故障的实际物理信号进行保存。注入故障时，根据故障注入时的顺序、模式建立故障注入矩阵。优选地，所述的利用所述故障注入模型和所述故障注入矩阵对BP神经网络算法进行训练优化得到故障诊断算法，通过所述故障诊断算法对先导式溢流阀进行实际故障诊断，包括：将故障注入模拟时的元件交互信号的所对应的物理信号作为故障数据，根据所述故障注入模型采用小波分析法确定出所述故障数据的故障特征向量，采用组合信息法建立所述故障注入矩阵；搭建一个3层的BP神经网络结构，设置BP神经网络算法的参数初始值，所述参数初始值包括：学习速率、输入节点的数量、隐含层节点的数量、输出节点的数量、训练的最大次数和训练集的组数，确定BP神经网络算法的输入层和输出层节点数；将所述故障特征向量作为BP神经网络的输入数据，随机选择75％的故障特征向量作为训练集，利用训练集对BP神经网络算法进行训练优化，得到故障诊断算法，并利用所述故障注入矩阵中的元素数据对所述故障诊断算法进行测试和诊断，得到优化后的故障诊断算法。优选地，所述的通过所述故障诊断算法对先导式溢流阀进行实际故障诊断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力换挡变速箱先导式溢流阀的故障诊断方法，其特征在于，包括：通过AMESim软件建立动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型；利用所述动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型进行先导式溢流阀的故障分析；根据先导式溢流阀的故障分析结果建立先导式溢流阀的故障注入模型；利用所述故障注入模型对先导式溢流阀进行故障仿真模拟得到故障注入矩阵，利用所述故障注入模型和所述故障注入矩阵对BP神经网络算法进行训练优化得到故障诊断算法，通过所述故障诊断算法对先导式溢流阀进行实际故障诊断。

【技术特征摘要】
1.一种动力换挡变速箱先导式溢流阀的故障诊断方法，其特征在于，包括：通过AMESim软件建立动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型；利用所述动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型进行先导式溢流阀的故障分析；根据先导式溢流阀的故障分析结果建立先导式溢流阀的故障注入模型；利用所述故障注入模型对先导式溢流阀进行故障仿真模拟得到故障注入矩阵，利用所述故障注入模型和所述故障注入矩阵对BP神经网络算法进行训练优化得到故障诊断算法，通过所述故障诊断算法对先导式溢流阀进行实际故障诊断。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通过AMESim软件建立动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型，包括：进入AMESim软件，新建模型，点击草图模式按钮sketchmodel，在草图模式下添加库内元件搭建系统草图；在子模型模式，给每个动力换挡变速箱先导式溢流阀的元件匹配子模型，点击参数模式按钮parametermodel，在参数模式下设置相关元件参数；点击settherunparameters按钮，仿真模式设置为定步长，仿真时间设置为100s,仿真步长设置为0.01s，完成正常的动力换挡变速箱先导式溢流阀仿真模型的搭建。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的利用所述动力换挡变速箱先导式溢流阀的系统仿真模型进行先导式溢流阀的故障分析，包括：对所述正常的先导式溢流阀仿真模型的液压系统和机械系统进行结构分析，建立先导式溢流阀的各元件之间的逻辑关系；根据所述先导式溢流阀的各元件之间的逻辑关系，对先导式溢流阀的主阀进行失效模式和影响分析FMEA分析；根据所述先导式溢流阀的各元件之间的逻辑关系，对先导式溢流阀的先导式溢流阀进行FMEA分析；根据所述先导式溢流阀的各元件之间的逻辑关系，对先导式溢流阀的阻尼孔进行FMEA分析；综合所有FMEA分析的结果获取先导式溢流阀的故障特征和故障原因。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的根据先导式溢流阀的故障分析结果建立先导式溢流阀的故障注入模型，所述故障注入模型包括正常参数模型和故障参数模型，包括：将所述先导式溢流阀的故障注入模型中的正常参数模型中油路的正常阻尼孔和故障阻尼孔分别设置为两个；将所述先导式溢流阀的故障注入模型中的正常参数模...

【专利技术属性】
技术研发人员：田颖，张欣，王承强，马云飞，姚强强，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11