浅析压力信号的工程机械动臂液压缸泄漏故障检测

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1、维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com基于压力信号的工程机械动臂液压缸泄漏故障检测口赵波1,2口刘杰口王亚美1．东北大学机械工程与自动化学院沈阳1100042．辽宁省交通高等专科学校沈阳110122摘要：介绍一种以液压系统压力信号为对象，针对工程机械工作装置的泄漏问题，以液压系统压力的动态过渡过程为分析对象的故障诊断方法，它相对传统方法具有可靠性高、适应性广、而且成本低廉的特点。关键词：液压系统泄漏压力信号变化故障诊断中图分类号：TH137．51文献标识码：A文章编号：1000—4998(2008)06

2、—0066—03对于液压系统中的泄漏故障，传统的诊断方法有流量是不连续的。如在工作时无杆腔进油，则比例阀左两种：一是监视并计算液压系统的流量，测量液压回路右两腔的流量方程分别为：中进油与回油的流量差；二是监视液压系统的静态压gl=Cawx^／(2／p)(P一p1)(1)力，检测液压系统各个重要测点的静态压力是否存在g：=Cawx^，(2／p)pz(2)异常下降。第一种方法，在理论上可行，但是流量传感这里认为回油压力Po=0。器的价格很高，又有一定的压力损失差。第二种方法，式中——元杆腔的流量，1"I1／s由于液压系统的静态压力对泄漏特别是少量泄漏不

3、敏q：——有杆腔的流量，m／s感，又存在噪声干扰，所以在线诊断效果比较差。对于Ca——流量系数这个难题，人们一直期望采用既可靠又实用的方法，通——比例阀窗口的面积梯度，埘过对液压系统的动态压力进行分析，开发了基于压力p——液体密度，kg／m信号的液压系统的泄漏故障检测的方法，实现液压系P——元杆腔压力，Pa统的泄漏故障在线诊断。p：——有杆腔压力，PapB_～油源压力，Pa1非对称油缸的数学模型——比例阀阀芯位移，m在液压比例伺服系统中，人们大多从阀的负载压非对称油缸的流量方程可以写成：力一流量特性、油缸负载流量方程和油缸的力方程三口l=Ci(pa

4、—p2)+Cpp1+(／)p1+(3)方面来建立数学模型。图1为某桥梁检测车工作装置的g=(1ip(pl—p：)一c。pz一(／)p：一(4)动臂比例控制非对称油缸动力机构示意图，它具有质式中G——内漏系数，／(N·s)量、阻尼和弹性3种负载。C。——外漏系数，mn／(N·s)1．1比例阀的负载压力——流量特性——无杆腔容积，m，由于非对称油缸活塞两腔有效作用面积不等，故——有杆腔容积，m。——液体的容积模数，Pa比例阀的负载流量方程的理想化表达式：gL=Kxl0一Ko1opL(5)式中一阀芯位移坐标平移量，m墨1o——流量增益，m／sKc流量一压

5、力系数，irls／(N·s)g广一等效流量，m／spL_—～等效压力，Pa1．2非对称油缸的负载流量方程gL=ct(p一p2)+(p一p2)／2+(Va一)／2(6)式中cr泄漏系数，ms／(N·s)收稿日期：2008年2月ct=Cip+Co~／22oo8／6机械制造46卷第526期芒II维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com对式(6)取增量形式得：。+(A，／)蜀一(厂／)(16)AqL=CtA(pl—p2)+A(Vlpl—V2p2)／2咒=一(4A。／)一(4Gl。／)+A(一)／2(7)+(4／)

6、Q(17)非对称油缸的负载流量方程：把式(12)代入式(17)式，可得：qL=C。+(VJ4)+A夕(8)X3=一(4A。／)一(4／)(Ct。+K~lo)咒式中C～等效泄漏系数，m5／(N·s)+(4g~to／)X·(18)。——平均活塞面积，m2仿真实例——油缸的等效容积，m=2[(1一矿)／+矿】／(1+矿)用实例数据代入所建的数学模型中，利用MAT-1．3非对称油缸的力方程LAB编制的仿真程序进行系统动态仿真。设比例阀阀由图1可列出动力机构的力学方程：芯位移坐标平移量不变，也不考虑外泄，即△=0，CM十Cq-＆y+f=F(9)=0，只考虑工

7、作缸内漏。则系统的压力P随阶跃负载FplAa—p2A2=A1(pl—rip2)=AlpL(1o)F的变化如图2所示。仿真结果，工作缸泄漏，增大了工式中卜负载质量，kg作缸阻尼，工作压力随阶跃负载变化特性趋于常值。仿c—一负载的粘性阻尼系数，Pa·s真结果与理论分析相符。整——弹性系数，N／m3实验压力信号提取卜负载力，N产一外干扰力，N在工程机械动臂进口安装溅射薄膜式压力传感器，．’A——无杆腔活塞面积，m2用ZWOD板采集(100ME)。将动臂伸出到极限位，用换A：——有杆腔活塞面积，m向模拟阶跃负载。提取系统的压力P随阶跃负载F的广工作负载位移

8、，m变化。在机械动臂进出口并联一节流阀，给一个小开口，由式(9)、(10)得到>0时的非对称油缸负载力模拟泄漏。重复上述实