基于容积效率的液压齿轮泵状态监测与故障诊断

　　0　前言

　　在液压泵状态监测与故障诊断中,液压泵工作时的压力、振动、温度、流量等信号以及油样成分,都是液压泵状态监测的重要信息。由于压力、振动、污染度、温度等在信号采集、处理等方面容易实现,所以近年来这方面的研究开展得多,而应用流量信号进行液压泵故障诊断的工作目前开展得很少。但是,流量是液压泵重要性能参数之一,当液压泵发生故障时流量一般都要发生变化,液压泵的流量信号,特别是流量脉动信号,包含着丰富的诊断信息。

　　由于液压泵的瞬时流量一般很难测取,因此在工程实践中使用的流量测量仪表一般均为容积式,测得的流量值为平均值。例如西北工业大学的陈炳录等人开发了一种以计算机为核心的齿轮泵流量仪的智能化设计方法,实现了容积法测量流量的全自动化、智能化和高精度化[1]。祝海林等在实验室中对于齿轮泵的典型故障如气穴、齿轮磨损和侧板磨损进行研究[2]。本文以CB2KP63齿轮泵为例研究基于容积效率的液压齿轮泵状态监测与故障诊断。

　　1　流量与齿轮泵工况的关系

　　CB2KP63齿轮泵的理论排量为63mL/r,在实验中齿轮泵的转速为1 480 r/min,实验室环境温度为25℃。实验装置如图1所示,其中齿轮泵流量测量仪用于测量齿轮泵的输出流量,溢流阀1用于系统加载,溢流阀2用于安全溢流。

　　1·1　齿轮泵气穴特性试验

　　调节齿轮泵吸油管路上的节流阀,人为地使泵产生气穴,使泵工作时的入口真空度增加,使泵经历从无气穴到严重气穴的过程,研究气穴前后齿轮泵排油口的流量脉动信号。实验发现:

　　(1)当齿轮泵不发生气穴时,泵的输出流量基本恒定。

　　(2)当齿轮泵发生气穴时,泵的输出流量明显下降。

　　(3)随着齿轮泵入口真空度的加大,泵的输出流量下降,流量脉动加剧;反之,当入口真空度减小时,泵的输出流量上升,流量脉动减弱。

　　根据齿轮泵气穴特性试验,气穴使泵的输出流量信号发生变化(如流量下降、波动加剧),泵的容积效率降低,是导致齿轮泵失效的重要原因之一,因此,利用流量信号诊断气穴是可行的。

　　1·2　齿轮泵齿面磨损试验

　　齿轮泵在运行期间,尤其在其工作寿命中、后期,由于液压油中的尘埃、铁屑或机械杂质等进人泵内,会引起齿面等的磨损。实验中在齿轮泵被动齿轮的齿面上,人为造成刮伤、拉痕,研究在齿面磨损情况下,齿轮泵的输出流量。实验发现:

　　齿轮泵的内泄漏增加,输出流量减小而且不稳定,使得泵的容积效率降低,因此,可以利用流量信号的变化诊断齿轮泵齿面磨损。