基于压力信号分析与特征提取的齿轮泵故障诊断

　　0　引言

　　液压齿轮泵作为液压系统的动力源,它具有体积小、重量轻、工作可靠及对液压油的污染不太敏感等优点,广泛应用于各种液压机械上。齿轮泵的运行是否正常对整 个液压系统来说非常关键,设计不当,制造不良和维护、操作不善都可能引起齿轮泵故障。目前,国内外对于齿轮泵故障诊断研究的文献较少,多数情况下主要依靠 维修工程师的经验判断及拆机查看。在对齿轮泵应用信号处理手段进行诊断的方法中,使用较多的是泵壳振动信号,而对于应用其它信号的研究则较少。压力信号是 液压泵重要的性能参数之一,特别是动态压力更是蕴含了丰富的状态信息,而且压力信号测取也相对较容易,目前利用动态压力信号进行故障诊断的研究在柱塞泵方 面已有文献报道[1,2],而齿轮泵方面的研究还不多见。因此本文以工程机械上较为常用的高压齿轮泵CB2KP63作为研究对象,在实验的基础上,以小波 理论为工具,研究了基于压力信号分析与特征提取的齿轮泵故障诊断方法。

　　1　小波分析基本理论[3]

　　小波变换的基本思想是用小波函数系来表示信号,小波函数系是由一基本小波函数的平移和伸缩构成的。设ψ(t)为一个基本小波,则f(t)函数的小波变换为

　　式中: a为尺度参数, b为平移参数。由于工程实际中使用最为广泛的是离散二进小波变换,即取

　　对于正交小波,可以直接采用建立在多分辨率分析基础上的Mallat算法实现快速离散小波变换,其分解公式和重构公式:

　　式中: C_j,k和D_j,k分别为逼近系数和细节系数, h和g为滤波器脉冲响应。

　　小波分解可以对信号全貌及其局部特性进行双重分析,将信号分解到不同的频率通道中去,因此它就可以在一定的频率范围内将信号的冲击成分和平稳成分进行区分。

　　2　齿轮泵压力脉动机理

　　齿轮泵的出口压力脉动主要源于输出流量的脉动。齿轮泵每一瞬间排出油液的体积称为瞬时流量,用Qμ表示。由文献[4]知,齿轮泵的瞬时流量是随时间变化的,并经推导知

　　Qμ=Bω(r²-R²-L²) 　　(6)

　　式中: B为齿宽,ω为齿轮旋转角速度, r为齿顶圆半径, R为节圆半径, L为啮合点到啮合节点的距离。随着齿轮的转动, L是变量(按抛物线规律变化),所以瞬时流量是随时间变化的。流量的脉动频率用fQ表示,则由上面的分析知

　　f_Q=frZ=f_m=f_P(7)

　　式中: fr为齿轮泵转动频率, Z为齿轮泵齿数, fm为啮合频率, fP为压力脉动频率。