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小波簇包絡(luò)解調(diào)方法在卷板機(jī)液壓泵故障診斷中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2019/7/2

　　1．卷板機(jī)液壓泵故障診斷實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介
　　對(duì)液壓卷板機(jī)液壓伺服系統(tǒng)中的液壓泵進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。采用破壞性實(shí)驗(yàn)，將MCYl4-1B型斜盤式軸向柱塞泵七柱塞中的一個(gè)進(jìn)行脫靴處理。利用振動(dòng)加速度傳感器對(duì)柱塞泵端蓋的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。傳感器輸出信號(hào)經(jīng)虛擬儀器NI．DAQ卡進(jìn)行采集，并送計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。
　　

　　圖29被試泵及電動(dòng)機(jī)
　　被測(cè)試泵及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)如圖29所示，其中柱塞泵柱塞數(shù)為7，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1500r／min，故泵的轉(zhuǎn)軸頻率為1500／60=25Hz。采集正常工作狀態(tài)和單柱塞脫靴故障狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)，脫靴故障特征頻率等于轉(zhuǎn)軸頻率。在以上試驗(yàn)參數(shù)下，當(dāng)軸向柱塞泵正常工作時(shí)流體沖擊振動(dòng)基頻為2x25x7Hz=350Hz，機(jī)械振動(dòng)基頻為25Hz。
　　2．卷板機(jī)液壓泵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
　　圖30為在系統(tǒng)調(diào)定壓力10MPa，采樣頻率為20kHz，卷板機(jī)液壓泵正常狀態(tài)下0.2s的振動(dòng)加速度波形，數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為4000點(diǎn)。圖31是圖30對(duì)應(yīng)0~2000Hz范圍內(nèi)的功率譜圖。從圖31可看出，直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率譜分析存在較多的低頻干擾，不易提取其故障頻率信息。
　　

　　圖31 卷板機(jī)液壓泵正常信號(hào)的功率譜　圖32基于小波簇包絡(luò)分析的正常信號(hào)包絡(luò)功率譜
　　基于小波簇包絡(luò)分析原理，在0-2000Hz范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行小波簇濾波包絡(luò)分析，小波簇參數(shù)為：口=0.2，N=2000，fr=0Hz，Af-1 Hz，則有矗=2000Hz。圖32所示為正常信號(hào)的包絡(luò)功率譜，圖中明顯地突出了軸向柱塞泵正常工作條件下的頻率成分350Hz及其倍頻。
　　圖33為相同試驗(yàn)條件下存在故障時(shí)的振動(dòng)加速度波形，圖34為對(duì)應(yīng)的功率譜圖，圖35所示為0-1000Hz低頻段功率譜圖。根據(jù)振動(dòng)信號(hào)分析的幅值域分析方法，對(duì)比圖30以及圖33明顯可知卷板機(jī)液壓泵確實(shí)出現(xiàn)了故障。若要對(duì)故障形式進(jìn)行判斷，需進(jìn)一步分析。
　　

　　圖33卷板機(jī)液壓泵故障信號(hào)的時(shí)域波形　　圖34卷板機(jī)液壓泵故障信號(hào)的功率譜
　　根據(jù)圖34可知高頻共振峰值大約是6000Hz，因此所需要的帶通濾波器通帶范圍為7kHz?；谛〔ù匕j(luò)分析原理，選擇小波簇參數(shù)：N=2000， fL=5000Hz，Af=1Hz，因此有^=7000Hz。根據(jù)以上參數(shù)構(gòu)造了5～7kHz的平頂帶通濾波器，其頻率特性如圖36所示。
　　

　　圖35卷板機(jī)液壓泵故障信號(hào)的低頻段功率譜　　圖36小波簇帶通濾波器頻率特性
　　圖37是在5～7kHz范圍內(nèi)應(yīng)用小波簇帶通濾波器濾波解調(diào)得到的故障信號(hào)包絡(luò)功率譜，與圖32正常信號(hào)的包絡(luò)功率譜進(jìn)行對(duì)比，兩者頻率成分完全不同，由此可判斷軸向柱塞泵發(fā)生了故障。對(duì)比圖35，故障特征頻率及其諧波頻率更清晰且特征頻率為25Hz及其倍頻，因此可判斷故障形式為一脫靴故障。顯然本章基于小波簇的包絡(luò)解調(diào)方法比傳統(tǒng)的功率譜分析在故障特征頻率識(shí)別方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。
　　

　　圖37基于小波簇包絡(luò)分析的故障信號(hào)包絡(luò)功率譜

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小波簇包絡(luò)解調(diào)方法在卷板機(jī)液壓泵故障診斷中的應(yīng)用