摘 要: 为进一步提升农业机械设备液压元件的故障识别与诊断水平，通过理解多功能收获机的液压元件故障机理，将故障机理的理论模型与 BP 核心算法相融合，从硬件平台和软件运行控制两大方面进行故障诊断系统设计。测试试验表明: 设置正确的故障编码并给出较为涵盖齐全的故障系统知识库，通过液压元件的故障现象，可得知该元件的故障名称及故障处理方案，在完善多功能收获机液压元件故障诊断手段的同时，可为农机设备维修人员迅速准确找出故障位置提供便利。该设计可作为故障专家开发系统的有效组成部分，具有一定的推广价值。
关键词: 农业机械; 液压元件; 故障识别; 故障机理; BP 核心算法; 知识库
0 引言
农业机械设备的高效平稳运行离不开各部件的协调配合。随着计算机诊断技术的发展，自动诊断技术不断被应用于各种农业机械设备的检测与优化。其中，多功能自动收获机具备行走、作业、回转、返程等功能于一体的液压系统且各液压元件组成较多，通过各元件的交互运行可实现液压自动化。为更进一步提升该设备的液压元件故障诊断时效性与准确性，需对发生异常的元件进行及时处理分析，笔者在研究故障机理及液压元件运行原理的基础上，针对该液压元件故障诊断系统进行设计。图 1 为多功能收获机的液压系统单个动作调节原理简图。由图 1 可知: 在液压源的动力下通过控制阀、比例阀等组成液压装置; 在给定工作压力条件的 STC 控制器下组成控制装置，两者共同作用构成多功能收获机的液压系统。
1 液压元件故障机理农业机械的液压元件故障机理
建立在液压结构组成的前提条件下，合理的结构构成与液压元件安装可以保证设备的整体良好运行。进行液压元件故障分析时，首先确保识别的正确性，通过正确的传感装置进行故障信息采集，经信号处理与故障特征提取后，进行模式识别与故障分类，从而进行针对性分析与处理。多功能收获机的液压元件的系统故障诊断主要包含控制元件、动力元件和执行元件 3 大类，故障简要分析流程如图 2 所示。本文根据各液压元件的功能与结构，在总结故障经验与理论后进行故障讨论预测。
2 故障诊断系统搭建
2.1 故障诊断机理及算法
故障诊断系统搭建后，首先进行液压系统的故障因素分析，经梳理，形成如表 1 所示的液压故障诊断主要因素关系，将表 1 中 1 ～ 7 项因素组成因素集 X，同时针对液压系统的元件可能发生故障的位置形成对应项目集 Y，主要包含供油子系统、控制子系统、压力调节子系统、执行子系统、反馈子系统等，组合成为故障判定矩阵关系，便于故障的精准定位识别。
为建立较为符合实际需求的故障诊断算法与理论模型，对故障现象、故障原因及故障处理进行内部 ID 分配与字段结构设计，如表 2 所示。其中，单一故障源可直接进行诊断处理，深层次且复杂的故障源需要进行逐级诊断，确定诊断位置。
结合 BP 核心算法，在给定输入向量和输出目标的条件下进行各子层的参数输出，通过计算实际与目标差值，计算局部梯度，修正输出层、隐含层的权值进行样本核实与训练。
相关期刊推荐：《农业机械学报》(月刊)创刊于1957年，是由中国科协主管、中国农业机械学会和中国农业机械化科学研究院主办的综合性学术期刊,。主要刊登农业机械与农业工程、拖拉机、农用动力和能源、农产品及食品加工技术、农业机械化以及有关边缘的基础理论、设计制造、材料工艺、测试仪器与手段的研究成果及发展动向。
2.2 硬件平台建立
针对上述液压系统故障诊断机理及算法，进行故障诊断系统的硬件平台搭建，具体的多功能收获机液压元件故障诊断的硬件设计参数如表 3 所示。对压力、温度、位移传感器参数进行合理承选定，在 PentiumⅡ/ 233Hz 的处理下进行系统设计。
综合考虑各故障原因，针对液压缸不移动，具体故障形成多功能收获机液压缸故障推理的过程简图，如图 3 所示。液压缸不移动可能存在两大原因: 阀芯不能返回中心位置或者阀芯本体不动作。确定原因后从弹簧、新旧比例换向阀的后序执行元件进行深入分析，将各种潜在因素进行分析可知: 液压系统的油液污染、电磁铁反应不灵敏、液压卡紧力不符合要求及间隙过小等都会导致阀芯不动作。
液压元件故障的识别与诊断在多种具有内在关系和影响的规则下进行，依据各项规则，形成如图 4 所示的多功能收获机液压系统元件故障规则判定流程图; 然后，将事先录入系统的故障规则与出现的新故障进行匹配度比较，完成故障诊断的事实性推理。
通过定义各液压元件发生故障的确定性因子，针对故障 ID、故障对象、故障属性及故障的权值等核心参数根据故障诊断机理与 BP 核心算法相结合，考虑不确定性因子的必然存在性，进行后台软件程序编制。
3 故障诊断试验
3.1 条件设置
进行故障诊断模拟试验，将试验故障划分为 A、 B、C3 个等级，分别代表轻微、中等、严重故障，展开试验，以液压系统的压力和流量为故障判定基准，选取以下指标进行采样
同时，列举出用于多功能收获机液压元件故障识别的编码代号，主要列举阀芯卡死、油路堵塞和磁铁失效等故障状态，便于后期数据统计与分析，如表 4 所示。
3.2 过程分析
根据图 5 所示的多功能收获机液压元件故障系统监测原理，将故障检测传感器接收到的信息进行 A /D 数模转换，通过自动控制装置形成故障报警与数据显示，通过特定地网络接口传送到 PHP 液压故障识别系统，进一步故障推理、数据库与知识库策略及后台管理到达人机交互见面，实现可视化的用户管理液压元件故障诊断系统。
经整合处理，得到如图 6 所示的故障诊断系统界面。在此界面，可根据液压系统的不同元件故障进行模拟识别与故障后续处理。其中，指令界面与故障结果显示界面互相对应，具有人性化的操作界面和功能识别提示，且经过后台数据库处理，便于该故障诊断系统的操作和维护，整体美观简洁，达到一定的设计效果，可为及时预知多功能收获机的液压元件故障提供参考。
4 结论
1) 从农业机械设备液压系统的运行机理出发，结合液压元件的工作组件相互协调性，得出多功能收获机液压元件故障诊断的理论模型和核心算法，对故障诊断进行系统设计。
2) 精准的后台控制程序编制与经验常用的液压元件故障分类与编码是进行模拟设计的关键一步，因而具备进行了故障诊断系统模拟试验。
3) 试验表明: 周密的液压元件故障诊断监测原理有效控制下，实现了多功能收获机液压元件的故障诊断系统设计，通过输入指定液压元件，得到故障原因与解决处理方案，在提高农机设备的故障检测水平方面具有一定参考价值。
