基于AR双谱的溢流阀故障诊断

　　溢流阀故障直接影响液压系统的工作性能,引起液压元件、辅件及管路的损坏。高阶累积量应用于故障诊断在工业系统中已逐渐得到了广泛的应用。目前已有许多文章研究信号处理中的高阶谱问题[1~4],本文根据溢流阀振动位移的变化特点,用3阶累计量对平稳振动信号建立AR模型(Autoregres-sivemodel),建立AR双谱,提取双谱的特征[5],进而得出一种有效的溢流阀故障诊断方法。

　　1 实验原理和测试装置

　　1.1 测试对象

　　先导式溢流阀由先导阀和主阀两部分组成如图1所示。

　　当阻尼孔被阻塞,系统的调整压力变小;当阻尼孔完全阻塞,液压系统无法建立工作压力;当弹簧损,系统压力不稳定,发生振荡等。先导式溢流阀的故障,会在阀体工作时产生的振动信号中表现出来。

　　1.2 实验测试装置

　　在溢流阀故障检测过程中,我们分两个步骤提取阀体振动的位移信号。首先测量正常工作状态下的溢流阀体的振动信号,然后测量故障状态下。在实验过程中,共设置了3种故障:

　　(1)将溢流阀的主阀芯弹簧两端各剪去半圈,弹簧两端向外翘起,受力时会向一侧弯曲。

　　(2)溢流阀主阀芯的阻尼孔穿上一根细导线,导线横截面积略小于阻尼孔横截面积的一半。

　　(3)溢流阀中先导阀的弹簧两端向外翘起;在每种测量中,将油路压力从1MPa~6MPa分6个压力等级。采样频率为250 Hz,读取频率为125 Hz,采样过程时间约2 min。

　　测控系统的硬件有计算机、PS-3030D直流电源、ST-1-03型非接触式电涡流位移传感器、数据采集卡PCI-6014以及接线端子8LP。应用软件Lab-view710版本,编写系统检测程序。通过单通数据连续采集信号,再对采样信号进行滤波,滤波后的信号进行单边Fourier变换,求取信号频谱。全部测试和分析由计算机自动完成。整个实验测试系统的程序如图2所示。

　　1.3 数据预处理

　　分别取几组在正常状态和故障状态下采集的数据进行分析,由于信号的变化趋势会影响故障诊断的全面性和准确性[6],首先对所取数据进行预处理,由图3,图4可知,位移电压信号是一种平稳时间序列。

　　2 高阶矩与高阶累积量

　　设f(x)是随机变量x的概率密度函数,其第一特征函数Φ(s)定义为[7]

　　其第二特征函数Ψ(s)定义为

　　Ψ(s) =lnΦ(s) 　　(2)

　　随机变量x的k阶矩mk为第一特征函数Φ(s)的k次导数在原点的值

　　随机变量的k阶累积量ck为第二特征函数Ψ(s)的k次导数在原点的值