轴向柱塞泵松靴故障监测与诊断的实验研究

　　1 前言

　　液压泵是液压系统的关键元件,它是液压系统的动力源,它的故障将导致整个液压系统的瘫痪,所以液压系统的故障诊断主要集中在液压泵上。在大型机械设备中,液压系统的动力源主要为轴向柱塞泵。这种泵常见的故障有:松靴故障、配流盘磨损故障及轴承故障等等,其中松靴故障是主要失效形式。

　　由于轴向柱塞泵所起的作用比较重要,因此需要对轴向柱塞泵进行松靴故障的监测及诊断。

　　2 振动信号的组成及机理分析

　　正常的轴向柱塞泵的振动是由机械振动与流体振动2部分组成:(1)机械振动主要由柱塞缸体部分旋转带动大轴承产生的;(2)流体振动主要是由缸体的柱塞腔在吸、排油转换过程中周期性液压冲击形成的振动;其次是轴向柱塞泵吸油时,由于吸油阻力过大引起气穴以及吸空等现象产生的。其中,液压冲击引起的振动是轴向柱塞泵振动的主要原因。液压冲击引起振动的基频f=nzP60(n:泵的转速z:柱塞个数),这个频率及其谐波频率是轴向柱塞泵状态监测和故障诊断中重点监测对象。

　　轴向柱塞泵发生松靴故障时,在吸油区由于回程盘的作用使柱塞球头与滑靴套之间的间隙增大。当柱塞腔由吸油窗口经过渡区接通排油窗口开始的瞬时,柱塞腔内的油液压力会突然上升。其结果是:一方面引起液压冲击,另一方面会使柱塞球头对滑靴产生强烈冲击。这一冲击也将通过斜盘传递到泵壳体上,引起壳体振动。因为这种振动不是轴向柱塞泵本身固有的,所以称它为附加冲击振动。单个柱塞附加冲击振动的基频fc=nP60,该附加的冲击振动将会为提供轴向柱塞泵是否存在松靴故障以及松靴程度的重要信息。

　　3 振动信号监测位置的确定

　　轴向柱塞泵液压的振动主要通过3条途径传导出去:(1)柱塞y滑靴y斜盘y变量头;(2)缸体y大轴承y泵壳体;(3)缸体y配流盘y泵壳体。这3条途径中第(1)条是反映柱塞吸、排油腔的液压冲击产生的振动及滑靴的工作状态;第(2)条与第(3)条途径主要反映整个旋转部件轴承、缸体组件等的工作状态。松靴故障引起的附加冲击振动主要是通过第(1)条途径传导到泵壳体上的。

　　由于松靴故障引起的附加冲击振动通过第(1)条途径,最后传导到轴向柱塞泵的变量头上,因此选取轴向柱塞泵的变量头作为振动信号的监测位置。下面以25SCY14)1B型轴向柱塞泵单个柱塞松靴故障为例,对变量头的振动信号进行监测与分析。

　　4 轴向柱塞泵松靴故障的实验研究

　　4.1 实验装置

　　实验及测试装置见图1。

　　被试液压泵:25SCY14)1B型轴向柱塞泵。使用仪器及传感器:2362型压电式加速度传感器,UL7型有源滤波器,YT4072型动态信号分析仪。