基于电流信号的液压设备状态监测技术研究

　　1 前言

　　在机械设备中,液压系统是主要传动方式之一。液压系统以其快速响应、大功率、高性能及易于远程操作与控制等特点,被作为一种主要动力装置广泛应用于各种机械设备中。其规模与复杂性日益提高,元件及系统的故障与失效原因也变得更加复杂,由于操作中对液压系统的使用维护水平不高,故障时有发生。所以对液压系统状态监测与故障诊断的研究具有很大的现实意义。目前,液压系统状态监测与故障诊断的信号源主要有:油压、流量、振动、油液温度和磨损等,相对来说,这些信号的获取代价较高,而且容易受到干扰。为此,我们通过理论分析和大量试验发展了一种基于电流分析的液压动力系统运行状态识别方法,对电机及液压系统的功率实现了在线监测,提出了故障识别的可能性,该方法快捷有效适合于各种液压设备,具有较为广阔的应用前景。

　　2 系统总体构成与硬件设计

　　2.1 试验系统

　　为了研究液压动力系统中被监测参数之间的动态关系,找到更合适的故障诊断方法,我们设计了如图1所示的试验系统[1]。

　　图1中,三相异步电动机13通过弹性联轴器11带动齿轮泵9转动,加载溢流阀4调整泵的出口压力,通过调整溢流阀的工作压力使液压泵和电动机承受冲击负载,负载的大小与溢流阀工作压力成正比。该实验系统安装了电涡流和压电测振传感器,油液压力、温度、流量传感器,声级计,电流互感器等8种获取信息的传感器,该试验系统能够模拟出液压动力系统的常见故障。

　　通过对液压动力系统的动力学模型及机电液参数耦合机理分析,我们总结出电动机-液压泵转子系统各物理参量动态耦合的过程:当负载增大时,液压泵出口压力升高,通过机电耦合,使电动机定、转子电流增加。若电动机发生故障(如短路,断条等),必使其电感发生变化,再导致电流变化,也会通过扭振系统的耦合,影响油压和振动参数。如果液压泵发生故障,会使液压泵的压力、效率、流量发生变化,从而引起定子、转子电流的变化。电流信号中隐藏着反映电动机、液压泵以及机械装置运行状态的信息。还可以通过监测电动机定子电流信号来间接监测电机功率以及液压泵的功率。

　　2.2 电流信号的获取

　　在图1所示的试验系统上通过电流互感器测取电流信号。在电流互感器输出端并上一个电阻R后构成一个电流传感器,R两端的电压U是电流传感器的输出电压,模拟电压U实质是一经过调制的电压信号,经过解调、滤波后经A/D转换后送到数字信号处理系统进行信息处理。由互感器获得的信号一般比较小,还要经过放大、滤波等信号预处理。