时间序列双谱在调速阀故障诊断中的应用

　　0 引言

　　目前,时间序列故障诊断中主要采用均值、方差、自相关函数和功率谱密度等基于二阶统计量的平稳随机信号分析方法,这些分析方法虽然物理概念清晰、容易测量和计算,但是基本上属于线性信号处理方法,对振动产生的非线性、非高斯特征信号来说,具有明显的局限性和不足.而双谱保留了信号的相位信息,可以定量地描述信号中与故障密切联系的非线性相位耦合.双谱同时还有很强的消噪能力,理论上可以抑制高斯噪声.

　　本文的调速阀故障诊断实验,是在调速阀阀内设置5种故障,通过电涡流传感器检测阀体的振动信号,采用LabVIEW虚拟仪器进行振动信号测试,并利用双谱对故障信号进行分析,根据正常情况和不同故障下振动信号双谱幅值图的区别,提取调速阀的故障信息.

　　1 调速阀工作原理

　　调速阀是由差压式减压阀和节流阀串联而成的组合阀,如图1所示.调速阀进口压力由溢流阀调整,基本恒定,出口压力由活塞上的负载F决定.减压阀阀心上端的油腔b通过孔道a和节流阀后的油腔相通,压力为p₂,而其肩部腔c和下端油腔d,通过孔道f和e与节流阀前的油腔相通,压力为p_m.活塞上负载F增大时, p₂也增大,于是作用在减压阀阀心上端的液压力增大,阀心下移,减压阀的开口加大,压强减小,因而使p_m也增大,结果使节流阀前后的压差p_m-p₂保持不变.反之亦然.这样就使通过调速阀的流量恒定不变,活塞运动的速度稳定,不受负载变化的影响^[1].

　　当节流阀后油腔的弹簧损坏或其内的圆柱体铁芯被拔出均会使调速阀产生故障,使得整个液压系统无法正常运行.这些故障情况均会在阀体工作时产生的振动信号中表现出来.

　　2 实验振动测试系统

　　虚拟测试仪器可以完成对机械振动信号的测量、数据分析及处理,完全借助于计算机软件实现对振动信号的采集、显示、存取、分析处理等诸多功能^[2-3].

　　本文的测试系统由传感器测量系统和数据采集、显示、处理及分析系统两部分组成.

　　整个实验测试系统的组成如图2所示,传感器将测到的振动信号转换成电信号,然后传给调理电路对信号调理,再经数据采集卡进行A/D转换,将模拟信号转换为数字信号,最后再传给计算机上的振动测试分析软件(LabVIEW)进行分析.

　　本次振动信号测试实验程序的前面板、后面板如图3所示.

　　3 时间序列双谱分析

　　用时间序列进行故障诊断的主要思路是将时间序列看成是动态系统的输出,而系统的输入是非高斯白噪声.