轴向柱塞泵流固耦合机理与故障信号特征提取方法研究
发布时间：2021-10-15 13:02
轴向柱塞泵是液压系统中最核心的基础元件之一,是液压系统的心脏。轴向柱塞泵能否正常安全的运行关系到整个液压系统甚至整个机械设备的正常运行。因此,分析轴向柱塞泵的流固耦合机理对其特征信号提取方法的研究至关重要。轴向柱塞泵的故障不仅影响到其本身的工作,甚至影响到液压系统的稳定性和准确性,且轴向柱塞泵的故障主要来源于柱塞泵在各个工况条件下的振动。提取轴向柱塞泵工作时产生的振动特征信号为柱塞泵早期故障诊断打下了基础。本文以轴向柱塞泵为研究对象,针对柱塞泵中故障振动信号非线性、非平稳的特征,对轴向柱塞泵柱塞进行流场分析,做出柱塞流场分布图,运用最小支持向量机、小波阈值振动分解等进行轴向柱塞泵故障特征提取,为故障模式的识别打下基础。（1）本文主要对轴向柱塞泵柱塞部位进行流场分析,当轴向柱塞泵在高速、高压下运转时,柱塞泵内部产生流固耦合现象。尤其是柱塞部位,柱塞在柱塞泵中承受高压油液的冲击,因此会出现严重的流固耦合现象。本文以轴向柱塞泵柱塞为研究对象,以流体动力学为理论基础,综合考虑以流体和固体互为边界的轴向柱塞泵柱塞的流场,利用Fluent软件建立柱塞工作过程中动态流场分布图。（2）特征信号提取:研...
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液压系统的现代化应用Fig.1.1Modernapplicationofhydraulicsystem
山东理工大学硕士学位论文第二章轴向柱塞泵流固耦合机理8第二章轴向柱塞泵流固耦合机理流固耦合是一种自然界中存在特殊现象，表面的意思就是指流体与固体之间的相互作用产生的一种现象。流固耦合存在的范围十分广泛，其种类也特别多。人类将流固耦合广泛应用在排水工程、农业工程、航天工程、汽车工程、能源工程等各个部门中，使其能量相互转化。轴向柱塞泵在工作过程中的各项运动信息由轴向柱塞泵的内部振动信息直接反映。工作过程中的轴向柱塞泵结构的振动和噪声能体现出轴向柱塞泵大多数的物理特性和工作状态。轴向柱塞泵是一种流固耦合机械。泵在高压大流量下工作时，尤其是在工作柱塞中，必须存在流体-固体相互作用现象。因此轴向柱塞泵的振动特性不仅是由泵本身的机械操作引起的，而且还应该有流固耦合的原因[52-54]。因此，建立了实验台结构，研究轴向柱塞泵的振动特性，特别是由流固耦合振动特性引起的。2.1轴向柱塞泵流体振动研究将轴向柱塞泵内部振动按照机械振动的起源来进行分类，大致可以分为两种振动：机械振动和流体振动。机械振动和流体振动有着不同的振动机理，本章主要对轴向柱塞泵柱塞的流体振动进行分析，了解轴向柱塞泵的流固耦合机理。轴向柱塞泵的振动分类如图2.1。图2.1轴向柱塞泵振动分类Fig.2.1Vibrationclassificationofaxialpistonpump
山东理工大学硕士学位论文第二章轴向柱塞泵流固耦合机理92.1.1轴向柱塞泵机械原理对轴向柱塞泵的工作原理进行研究，找出其运转形式，通过其运转过程找到相应的研究位置和关键故障产生的机理。当电动机带动轴旋转时，缸体被轴带动旋转，由于旋转斜盘倾斜表面的作用，柱塞会在缸体中做往复运动。轴向柱塞泵工作时，斜盘相对于配油盘是静止的，同理，配油盘相对于斜盘也是静止的。原动机部分是传动轴的运动时的动力来源，传动轴运动时带动缸体开始运行，缸体与柱塞一同旋转，柱塞头一直与斜盘保持着接触，斜盘与滚筒接触且有一定的角度，斜向盘不转，柱塞在缸体内部的来回运动，从而形成对应的压力，来配合配油盘进行压油和吸油，完成液压油的输入和输出环节，图2.2为轴向柱塞泵原理图。图2.2柱塞泵原理图Fig.2.2Schematicdiagramofplungerpump1—传动轴，2—配油盘，3—油缸，4—柱塞，5—斜盘，6—滑靴，7—压盘轴向柱塞泵是一种高速旋转的机械设备。它最大的特点是一种流固二相耦合的机械装置。柱塞泵在高速高压运行时，设备内部必然会发生流固耦合现象。特别是在柱塞泵的柱塞部分，由于受到高压油的作用，更容易出现流固耦合现象，从而会引起除泵本身特性以外的一些振动特性。综上所述，引起柱塞泵振动有三种可能的原因：机械振动、流体振动和流固耦合振动。因此，有必要对柱塞流固耦合现象引起的振动特性进行研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双卸荷槽式柱塞泵配流盘流场优化研究[J]. 宋宇宁,徐晓辰. 机床与液压. 2020(03)
[2]航空柱塞泵流动特性数值计算方法研究[J]. 张辉,刘红,张雷,李巍. 计算机仿真. 2019(10)
[3]改进阈值去噪方法在电梯钢丝绳断丝检测中的应用[J]. 傅其凤,李松,路贵兰. 机床与液压. 2019(15)
[4]基于虚拟仪器的数据处理系统设计与实现[J]. 向韵麟. 现代电子技术. 2019(02)
[5]基于CFD的深海柱塞泵配流副流场特性分析[J]. 王凯丽,曹学鹏,曹皓清,付耀,卫昌辰. 液压与气动. 2018(12)
[6]LMD支持向量机电机轴承故障诊断研究[J]. 尹召杰,许同乐,郑店坤. 哈尔滨理工大学学报. 2018(05)
[7]基于Shannon熵的自适应小波包阈值函数去噪算法研究[J]. 周建,向北平,倪磊,艾攀华. 振动与冲击. 2018(16)
[8]轴向柱塞泵配流分析用湍流模型探析[J]. 张晋,龚学知,胡建军,权凌霄,哈良,孔祥东. 机械工程学报. 2018(18)
[9]基于自适应小波阈值的心电信号降噪方法[J]. 王磊,孙玮,陈奕博,李鹏,赵凌霄. 计算机工程与应用. 2018(15)
[10]改进小波包阈值算法在振动信号去噪中的应用[J]. 吕楠楠,苏淑靖,翟成瑞. 探测与控制学报. 2018(01)
博士论文
[1]斜盘式轴向柱塞泵流体振动溯源研究[D]. 张晋.燕山大学 2015
硕士论文
[1]轴向柱塞泵配流副流场仿真及三角减振槽参数特性分析[D]. 甘海.哈尔滨工业大学 2014
[2]最小二乘支持向量机的研究和应用[D]. 程然.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3438031
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液压系统的现代化应用Fig.1.1Modernapplicationofhydraulicsystem
山东理工大学硕士学位论文第二章轴向柱塞泵流固耦合机理8第二章轴向柱塞泵流固耦合机理流固耦合是一种自然界中存在特殊现象，表面的意思就是指流体与固体之间的相互作用产生的一种现象。流固耦合存在的范围十分广泛，其种类也特别多。人类将流固耦合广泛应用在排水工程、农业工程、航天工程、汽车工程、能源工程等各个部门中，使其能量相互转化。轴向柱塞泵在工作过程中的各项运动信息由轴向柱塞泵的内部振动信息直接反映。工作过程中的轴向柱塞泵结构的振动和噪声能体现出轴向柱塞泵大多数的物理特性和工作状态。轴向柱塞泵是一种流固耦合机械。泵在高压大流量下工作时，尤其是在工作柱塞中，必须存在流体-固体相互作用现象。因此轴向柱塞泵的振动特性不仅是由泵本身的机械操作引起的，而且还应该有流固耦合的原因[52-54]。因此，建立了实验台结构，研究轴向柱塞泵的振动特性，特别是由流固耦合振动特性引起的。2.1轴向柱塞泵流体振动研究将轴向柱塞泵内部振动按照机械振动的起源来进行分类，大致可以分为两种振动：机械振动和流体振动。机械振动和流体振动有着不同的振动机理，本章主要对轴向柱塞泵柱塞的流体振动进行分析，了解轴向柱塞泵的流固耦合机理。轴向柱塞泵的振动分类如图2.1。图2.1轴向柱塞泵振动分类Fig.2.1Vibrationclassificationofaxialpistonpump
山东理工大学硕士学位论文第二章轴向柱塞泵流固耦合机理92.1.1轴向柱塞泵机械原理对轴向柱塞泵的工作原理进行研究，找出其运转形式，通过其运转过程找到相应的研究位置和关键故障产生的机理。当电动机带动轴旋转时，缸体被轴带动旋转，由于旋转斜盘倾斜表面的作用，柱塞会在缸体中做往复运动。轴向柱塞泵工作时，斜盘相对于配油盘是静止的，同理，配油盘相对于斜盘也是静止的。原动机部分是传动轴的运动时的动力来源，传动轴运动时带动缸体开始运行，缸体与柱塞一同旋转，柱塞头一直与斜盘保持着接触，斜盘与滚筒接触且有一定的角度，斜向盘不转，柱塞在缸体内部的来回运动，从而形成对应的压力，来配合配油盘进行压油和吸油，完成液压油的输入和输出环节，图2.2为轴向柱塞泵原理图。图2.2柱塞泵原理图Fig.2.2Schematicdiagramofplungerpump1—传动轴，2—配油盘，3—油缸，4—柱塞，5—斜盘，6—滑靴，7—压盘轴向柱塞泵是一种高速旋转的机械设备。它最大的特点是一种流固二相耦合的机械装置。柱塞泵在高速高压运行时，设备内部必然会发生流固耦合现象。特别是在柱塞泵的柱塞部分，由于受到高压油的作用，更容易出现流固耦合现象，从而会引起除泵本身特性以外的一些振动特性。综上所述，引起柱塞泵振动有三种可能的原因：机械振动、流体振动和流固耦合振动。因此，有必要对柱塞流固耦合现象引起的振动特性进行研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双卸荷槽式柱塞泵配流盘流场优化研究[J]. 宋宇宁,徐晓辰. 机床与液压. 2020(03)
[2]航空柱塞泵流动特性数值计算方法研究[J]. 张辉,刘红,张雷,李巍. 计算机仿真. 2019(10)
[3]改进阈值去噪方法在电梯钢丝绳断丝检测中的应用[J]. 傅其凤,李松,路贵兰. 机床与液压. 2019(15)
[4]基于虚拟仪器的数据处理系统设计与实现[J]. 向韵麟. 现代电子技术. 2019(02)
[5]基于CFD的深海柱塞泵配流副流场特性分析[J]. 王凯丽,曹学鹏,曹皓清,付耀,卫昌辰. 液压与气动. 2018(12)
[6]LMD支持向量机电机轴承故障诊断研究[J]. 尹召杰,许同乐,郑店坤. 哈尔滨理工大学学报. 2018(05)
[7]基于Shannon熵的自适应小波包阈值函数去噪算法研究[J]. 周建,向北平,倪磊,艾攀华. 振动与冲击. 2018(16)
[8]轴向柱塞泵配流分析用湍流模型探析[J]. 张晋,龚学知,胡建军,权凌霄,哈良,孔祥东. 机械工程学报. 2018(18)
[9]基于自适应小波阈值的心电信号降噪方法[J]. 王磊,孙玮,陈奕博,李鹏,赵凌霄. 计算机工程与应用. 2018(15)
[10]改进小波包阈值算法在振动信号去噪中的应用[J]. 吕楠楠,苏淑靖,翟成瑞. 探测与控制学报. 2018(01)
博士论文
[1]斜盘式轴向柱塞泵流体振动溯源研究[D]. 张晋.燕山大学 2015
硕士论文
[1]轴向柱塞泵配流副流场仿真及三角减振槽参数特性分析[D]. 甘海.哈尔滨工业大学 2014
[2]最小二乘支持向量机的研究和应用[D]. 程然.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3438031
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