通過特征信號分析維修液壓泵故障的方法

在液壓泵維修故障診斷領(lǐng)域中, 關(guān)于非線性、非平穩(wěn)性特征的振動(dòng)信號特征提取是對工程機(jī)械設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確診斷的關(guān)鍵。分形理論作為非線性動(dòng)力學(xué)的一種理論方法, 為解決復(fù)雜非線性系統(tǒng)的故障診斷特征提取問題提供了有效的解決方案。

在液壓泵維修故障診斷中, 采用USB-6211數(shù)據(jù)采集卡連接一個(gè)振動(dòng)傳感器, 對軸向柱塞泵前端蓋振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測。設(shè)置泵出口壓力為13 MPa、采樣頻率50 kHz, 首先對泵正常工作時(shí)的泵進(jìn)行采集, 然后將含有磨損的滑靴、松靴的柱塞、磨損的中心彈簧與泵的正常元件替換, 采集液壓泵的滑靴磨損、松靴和中心彈簧失效故障信號。液壓泵的滑靴磨損、松靴和中心彈簧失效故障振動(dòng)信號的時(shí)域波形如圖3所示。

從圖4中看出液壓泵的吸引子集中于一團(tuán), 且各狀態(tài)下吸引子整體呈現(xiàn)形狀存在一定的差別。正常狀態(tài)條件下吸引子的變化呈現(xiàn)較為規(guī)則的球形; 滑靴磨損故障條件下吸引子存在沿球體某一軸線兩側(cè)向外延伸的趨勢; 松靴故障條件下延伸的方向略有增多; 中心彈簧失效故障條件下吸引子呈現(xiàn)較為規(guī)則的橢球型。這說明在故障狀態(tài)下, 三維相空間吸引子將發(fā)生較大變化, 對液壓泵振動(dòng)信號發(fā)生的異常改變具有較強(qiáng)的敏感性。

計(jì)算測試液壓泵的關(guān)聯(lián)維數(shù)。其計(jì)算和診斷結(jié)果如表2所示。由表2可見, 測試液壓泵中第1個(gè)待檢測信號D1在m=18時(shí)的關(guān)聯(lián)維數(shù)近似為2.91, 與中心彈簧失效故障對應(yīng)的特征關(guān)聯(lián)維數(shù)2.93相近, 所以判斷該狀態(tài)為中心彈簧失效故障; 第2個(gè)待檢測信號D2在m=36時(shí)的關(guān)聯(lián)維數(shù)近似為4.24, 與正常狀態(tài)對應(yīng)的特征關(guān)聯(lián)維數(shù)4.25相近, 所以判斷該狀態(tài)為正常狀態(tài); 

第3個(gè)待檢測信號D3在m=36時(shí)的關(guān)聯(lián)維數(shù)近似為3.90, 與松靴故障對應(yīng)的特征關(guān)聯(lián)維數(shù)3.92相近, 所以判斷該狀態(tài)為松靴故障; 第4個(gè)待檢測信號D4在m=14時(shí)的關(guān)聯(lián)維數(shù)近似為1.75, 與滑靴磨損故障對應(yīng)的特征關(guān)聯(lián)維數(shù)1.76相近, 所以判斷該狀態(tài)為滑靴磨損故障。診斷結(jié)果與實(shí)際相符, 由此證明, 利用該方法進(jìn)行液壓泵狀態(tài)的檢測是有效的。

通過以上的理論和實(shí)驗(yàn)分析,得出以下結(jié)論:

(1) 特征關(guān)聯(lián)維數(shù)作為特征參數(shù)指標(biāo)能有效診斷液壓泵的故障。通過確定唯一數(shù)值的特征關(guān)聯(lián)維數(shù)作為診斷故障的標(biāo)準(zhǔn), 簡化了診斷過程;

(2) 通過對三維相空間相點(diǎn)的分布規(guī)律分析發(fā)現(xiàn), 液壓泵故障狀態(tài)下吸引子發(fā)生較大程度的變化, 特征關(guān)聯(lián)維數(shù)對故障具有較強(qiáng)的敏感性。