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二级模糊综合评判在液压换油时机决策中的应用

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  • 发布时间:2014-10-12
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液压油的物理、化学特性及其质量 的好坏 ,直接影响液压系统 的工作性能。据统计 ,液压系统 中75%以上的故障是因为液压油液变质引起 的,因此对变质的液压油及时更换具有重要的工程实际意义 。液压系统油液 的更 换通常采取以下 2种方法:按时换油,即根据规定的换油周期或现场使用经验定期换油;按质换油,根据油样化验结果决定是否换油。第-种方式虽然简单,但往往存在换油过早或过晚的弊病,不够科学合理。按质换油,既能充分利用资源,又能保证设备 的工作可靠性和寿命 。

液压油性能指标的检测数 据可能处于超 出正常值但又不至于变质的范围内,如果多个被测指标的数据处于此模糊范 围内,更加大了判断是否需要更换液压油的难度。模糊数学理论提供了表达和处理模糊逻辑概念的机制,能够处理数据中的不确定信息和不完整信息,已成为解决模糊信息量问题的重要理论方法和实现工具 。本文采用模糊理论中的二级综合评判方法对液压油的各指标进行了综合分析,准确、有效地评价了液压油的质量。

收稿日期:2012-11-26;修回日期:2012-12-13作者简介:刘锋(1965-),男,高级工程师 ,主要从事船舶装置研究。

第 4期 刘 锋 ,等 :二级模糊综合评判在液压换 油时机决策中的应用 ·71·l 液压油变质液压油变质是指在使用过程中,油液性能下降劣化,主要性能指标变化超过了使用界限,不能继续使用。污染后的液压油会导致液压元件的磨损、阻尼孔的堵塞和运 动副的卡 紧等 ,造成 系统工作不稳定 ,从而降低了液压系统的工作可靠性和寿命。

液压油的污染主要有外部原因和内部原因:外部原因是指固体杂质、水分、其他油类以及空气等进入系统 :内部原因是原 油 自带的污染物 、运 动部 件的磨损和油液物理化学性能的变化 。液压油性能劣化的主要表现及原因见表 1。

表 1 液压油变质 表现及原因Tab.1 Behaviors and reasons of spoilage hydraulic oil性能劣化表现 原因密度增加闪点下降颜色变深、浑浊黏度下降酸值增 加残炭增加油液氧化变质,生成黏稠物油液中混入闪点低的液体油液氧化,颗粒污染度增高,油液混入水分形成乳化机械剪切作用 和混入 溶剂油样 氧化油液 氧化2 二级模糊综合评判数学模型应用模糊理论来处理工程实际问题,必须合理有效利用各种信息,建立起合理的数学模型 。模糊综合评判的数学模型由因素集 、评判集 、权向量 和评判矩阵 构成的。

1)设某-实 际问题有 m个考虑 因素 ,有 /,个评判等级,因素集 U ,u:,, ,评判集 V 。, ,, ,模糊评判矩阵为R rl1 /'12/'21 /'22: : /'ml /'m2式中:r 表示第 i个因素对第 个等级 的隶属度,0曼r 1,1 i耋 m,1 n。

2)根据各因素对评判结果的影响程度确定权向量A[口1,口2,,0 ]。 (2)式中:∑0 1,且0三n 1。

3)运用加权平均型的合成运算法则,计算出评判结果 :BA。R[81 02 口 ]。

-rml r rm [b b: b ]。 (3)式中:6fmin1,∑0lrf4)根据模糊数学的最大隶属度原则 ,找出结果矩阵 曰中最大的b ,即确定了评判等级。

在复杂问题中,因素较多或因素间存在明显的层次时,需要对 因素集 进行分类 ,先对每-类因素进行评判,再对评判结果进行高层次的综合评判 ,即二级模糊综合评判。

设-级模糊综合评判各类的计算结果:N-级模糊综合评判的结果为:BA。R[口1 n2 0 ]。

3 建立液压油质量等级的评判体系(5)3.1 因素集的确定根据液压油变质 的主要症状 ,本文确定了油液主要 的 7个 指 标 作 为 质 量 评 价 的 依 据 ,即 黏 度(40C) 、闪点 (开 )u:、抗 乳化 时间 、含 水量 u 、机械杂质含量 u 颜色 u 、气味 u 等。前 5个指标可以用检测数字量准确定量描述,而后 2个指标只能依靠感官定性描述。根据此特点,将因素集分为定量和定性 2大类。

定量因素 Ul1,2, 3,u4,u5;定性因素 2 u , ;二级评判因素 U 。,u:。

3.2 评价集的确定根据液压油维护 的特点,并结合实际经验,确定了液压油质量 的 3个等级,见表 2,即 V:4 1j 1J n 。

6 6 2 2 m 如 6rL rL rL l1 . 1 2 . 曰· 72· 舰 船 科 学 技 术 第 35卷1 , 2 , 3。

表 2 液压油质量等级划分Tab.2 Hydraulic oil quality classfication质量等级好( 。)- 般 ( )差( )维护要求无需换 油无需换油,但需加大清洁保养力度需要换油3.3 权向量的确定根据各因素对油液质量的影响,建立权向量如下:定量 因素权 向量 A [0.24 0.1 0.180.28 0.2];定性因素权向量A [0.62 0.38];二级评判权向量A [0.75 0.25]。

3.4 隶属 函数的确定模糊数学的基本思想就是隶属度的确定。元素属于模糊集隶属度是客观存在的,应用模糊数学方法的关键在于建立符合实际的隶属函数。其数学定义为:设A是论域 上的-个模糊子集,对任意 ∈U,指定-个实数fa( )E[0,1],则 ( )就是 为A的隶属度,映射 ( )叫做 的隶属函数 。

确定隶属 函数的依据是液压油 5个定量指标分属 3个质量等级的临界值,见表 3。

表 3 定量指标的质量等级临界值Tab.3 Quality rating threshold of quantitative indicatorsl/ U2/C /min U4/% /m m 2 . s-l mg·mL-1 45~55 至 l8O 50 耋 0.02 耋 0.05O.O22 - O.O7~2 38-42 165~175 55-60 0. 027 0.085耋 35 l60 至 65 耋 0.O3 0.1设 ( )表示第 i个因素归于第 个质量等级的隶属函数,根据表 3的数据,计算得出各隶属函数如下 :1)黏度指标 u 的隶属函数。( )1,1了1(- 45),0,1了1( -38),1,1- 1(- 42),0,45 ≤ ≤ 55:42 < < 45:其他。

2)闪点指标 /, 的隶属函数厂2l( )( )l,1了1(- 180),0,1 1(- 165),1,1- 1(- 175),0,1,1-了1(- 160),0。

3)抗乳化时间指标 /3, 的隶属 函数l,1-了1(- 50),0,1了1( - 55),1,1- 1(- 60),0,1,l 1(- 65),0。

4)含水量指标 的隶属 函数( ):厂42( )≤ 50:50 < < 55:其他 。

1 ,0.02% < <0.022% ;1, 0.022% ≤ ≤ 0.027% ;1- ,0.027% < <0.03% ;0. 其他。

、5 3 -/ -3-1 l 0 第4期 刘 锋,等:二级模糊综合评判在液压换油时机决策中的应用 ·73·f1, ≥ 0.03% ;厶㈩1 ,0.027%< <0.嘞;L0, 其他。

5)机械杂质含量指标 u 的隶属函数 、f1, ≤ 0.05;l 1t( ) - ( -0·05),0·05< <0·07;L0, 其他 。

A ( ):1 ( o.07),1,1- ( 0.085),0,0.05 < <0.07:0.07≤ ≤ 0.085:0.085 < <0.1:其他。

f1, ≥ 0.1;o-1), 0 .085 01;,( )135 38 42 45 55图 1 。的隶属函数Fig.1 Membership function of l,( )l160 165 175 180图2 u 的隶属函数Fig.2 Membership function of2,( )l50 55 60 65图3 U。的隶属函数Fig.3 Membership function of,( )10.02% 0.022% 0.027% 0.03%图 4 U 的隶属函数Fig.4 Membership function of d0.05 0.07 0.085 0.1图5 U 的隶属函数Fig.5 Membership function of U53.5 隶属度的确定被测油样的上述 5个指标 的检测值分别是 ,黏度 44.2 lnin /s,闪点 198C,抗乳化时间 63.2 min,含水量 0.029%,机械杂质含量 0.097 mg/mL~这些测量值代人 3.4节中的隶属 函数求得各隶属度为 :l1:0.73, l20.27, l30;2l1, 20, 23 0;31:0, 320.36,r330.64;410, 420.33, 430.67;51:0, 520.2,r53:0.8。

另外,定性指标颜色 、气味,的隶属度通过现场观察得 出:610.35, 620.65, 630。

710, 720.55, 730.45 o4 二级模糊综合评判实现根据 3.5节中计算的隶属度确定-级模糊综合评判相应的评判矩阵 。,R 。

定量指标的评判矩阵为R10.731O00O.2700.36O.33O.2定性指标的评判矩阵为000.640.670.8(6)· 74· 舰 船 科 学 技 术 第 35卷R2 0 0.55 0.45 J。 (7)运用模糊综合评判的运算法则有定量指标计算B1A1。R1[0.25 0.26 0.49]; (8)定性指标计算B2A2。R2[0.21 0.61 0.18]。 (9)由式(8)和式(9)可得,第二级模糊综合评判矩阵为r 0.25 0.26 0.491 1. 61 0.18 J。 (m) 第二级模糊综合评判的运算结果为B A。R [0.24 0.34 0.42]。 (11)按照模糊理论的最大隶属度原则,判断出该液压油样归于质量等级 ,即油液质量差,需要更换。该评判结论与多位专家现场观察分析后给出的 立即换油”的建议-致 ,为换油决策者提供了理论支持。

5 结 语1)本文采用二级模糊综合评判方法,对液压油指标数据中的模糊信息量进行了量化表达,有效结合 了影响油液质量 的定量和定性 2个方 面的 7个指标,实现了对液压油质量的综合分析和评价,为换油时机的准确把握提供了科学决断依据。

2)按照相关 标准 ,建 立油液质 量各指标 的隶属函数,并根据检测数据计算出油样归属于 3个质量等级的隶属度,最终组成评判矩阵。该方法的应用 ,避免了以往隶属度来源于专家主观评分 的随意性,保证了评判矩阵中r 数据的真实可靠性,有利于准确、真实地评价油液质量。

3)二级模糊综 合评 判在油液质量 等级评价 中的应用,避免了周期换油-刀切的盲 目性,对于提高液压系统的工作可靠性、延长使用寿命具有重大意义,同时既能节湿支 ,又可以节约资源。因此 ,该方法具有较大的应用推广价值。

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