模拟故障下纯水液压执行机构的故障诊断

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1、JournalofMaterialsProcessingTechnology138(2003)123–130FaultdiagnosisofwaterhydraulicactuatorsundersomesimulatedfaultsAlfredC.H.Tan*,PatrickS.K.Chua,G.H.LimSchoolofMechanicalandProductionEngineering,NanyangTechnologicalUniversity,Singapore639798,Singapore模拟故障下纯水液压执行机构的故障诊断AlfredC.H.Tan,PatrickS.K.

2、Chua,G.H.Lim新加坡南阳理工大学机械与生产工程学院摘要：纯水液压在大约2500年前就已经俘获了工程师们的想象，最近它又复活一个强大的替代，尤其是在对环境和健康有极大关注的地方。此前，这门学科遭受了一些挫折，其配套的技术还在发展之中。但是伴随着更好的加工公差和能提供更好的材料，这种技术现在已成为现实。本文着重于工作在自来水液压动力系统条件下液压执行机构的故障诊断，对水液压缸和水压轴向柱塞马达两种常见的执行机构进行了探讨。可能现实生活中的故障就相似于执行机构的内部组件。汽缸在磨损的活塞或者活塞杆密封条件下运行，而马达有磨损的绞盘和滑靴。捕捉这些执行机构在故障状态下运行的独特的振动信

3、号，并与它们在“健康”条件下做比较。两种机构都是逐步加载以便观察它们振动信号的趋势。结果表明，在一般情况下，当负载逐渐增加到执行机构上时，流量和平均运行周期有一个振动信号的变化。如果内部发生了故障，对应的另一个在上面绘制的光谱参数也将发生变化。有了这些知识，LabVIEW软件可以设置警告级别，故障即将发生时将会触发警报。2003爱思唯尔科学.BV.保留所有权利。关键字：纯水液压传动;故障诊断;水液压缸;水液压轴向柱塞马达;状态监控。1.介绍使用纯净水作为动力传输介质在液压系统中的应用是一个增长的趋势。其优点包括长期的成本效益、环保、容易获得和没有可燃性。日益增加的消费者健康意识和对食品加

4、工和制药行业使用油压设备的关注，导致这些行业从油压到转换到现代化的水压产品生产线。有了这样的远见，本文强调了现代纯水液压执行机构的状态监测和故障诊断性能。每年都有新的应用被实现和新的水液压远见被发明，为了这个日益增长的市场。状态监测是监测和分析机器健康的有效手段。在液压系统，当故障即将发生时，机器会显示效率低下的迹象。这可表现为内部泄露或压力下降，改变振动，噪音信号和污染流体粒子计数的增加。振动分析、流量分析和平均运行时间在这里被用来确定正在发生的故障类型。两个机构，水液压缸和水压轴向柱塞马达使用了这项研究。气缸被拆除，为了识别最有可能发生的故障类型和其发生位置。这些故障可分为活塞表面刮

5、伤、活塞直径减小、活塞杆磨损和活塞密封失效。同样，电机故障也有轴向柱塞直径减小、电机轴的绞盘村套表面磨损和滑靴磨损。本文分别介绍后面的两个执行机构。对于两个机构，由自重产生的阻力或装载框架上的液压发电机耦合将采用模拟外部负载进行介绍。2.实验装置液压实验装置原理图如图一所示，包含由水液压泵提供的自来水作为介质运行的两个执行机构。进行了测试，以确定在一些模拟故障下执行机构响应加载的效果。气缸将被加载到300公斤，电机连接到具有调节油门的油压系统，作为水轮电机进行加载。通过这样设置得到的电机扭矩响应，被用来测量水液压马达的加载。获得加载的执行机构的信号时非常重要的，通常，当加载的执行机构运行

6、时，故障将会更容易的显现出来，并比不加载的时候表现突出。在线监测能识别这种错误行为，采取必要的措施。LabVIEW是一种图形语言，可以用来进行数据采集和分析。警报装置可以在电脑上屏幕上显示警告信息和提示应采取的行动。预设置信水平执行机构的故障统计分析被用来计算其可重复性。但是这一点没有出现在本文。有两个主要的通过数据分析得到的测量参数。一个加速计安装在执行机构的合适位置上用来测量引起的故障的不同类型。这些包带点必须尽可能接近产生的故障一边实现可靠的结果。从进口和出口处的流体管路的流量皮卡也是一个很好测量内部故障的故障诊断装置，可以反映不同的流动模式，这个是前面几节的内容。通过固定线路采集

7、到的数据，经过信号放大、过滤噪声、采样数据、平均数值（适用时）、窗口化、快速傅里叶变换（FFT）最终显示信号谱。1.结果讨论3.1水液压缸最常见的故障发生在水液压缸的“软肋”密封上。气缸采用密封组合有效防止加压进口和出口排放的任何泄露。此外，聚四氟乙烯和一些橡胶密封件用于活塞杆，以防止任何泄露进入环境或者灰尘在活塞杆伸长/缩回的时候进入系统内部。据观察，某些故障可能表现出更好的通流分析、平均运行时间或振动分析记录。诱发故障得到的结果