基于EEMD的锥阀空化状态与振动信号特征关系研究

发布时间：2020-05-16 01:06

【摘要】：锥阀作为液压传动与控制中一种重要的基础性元件,具有密封性好,过流能力强,响应快,抗污染能力强,构造简单等特点,被广泛应用于液压系统中。但锥阀中的空化问题严重影响和制约了其应用效能,因此对锥阀的空化状态监测具有重要的工程实际意义。振动是伴随空化与空蚀的重要物理现象,利用振动信号对空化状态进行识别具有广阔的前景。本文在锥阀模型空化试验基础上,利用集成经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法对振动信号进行分析,提取振动信号空化特征参数,研究了不同工作参数对振动信号空化特征参数的影响。为了研究空化诱导锥阀振动信号的特征参数,建立振动信号与空化图像采集系统,同步采集了不同空化状态时的锥阀振动信号与空化图像,首先运用小波包去噪算法对振动信号进行去噪处理,然后利用EEMD方法结合空化图像,分离出振动信号中的空化分量,最后基于时域波形和希尔伯特边际谱分析,提取了振动信号IMF2分量均方根值、边际谱峰值、边际谱中心频率以及边际谱带宽作为空化特征参数。锥阀工作压力的改变会导致空化状态发生变化,分析了振动信号空化特征参数在不同入口压力,出口压力下的变化规律,对比了不同入口压力和出口压力下振动信号特征参数与空化面积的变化趋势。结果表明:随着入口压力的增大或出口压力的减小锥阀的空化程度不断增强,振动信号的各特征参数均发生了较为明显的变化,IMF2分量均方根值和边际谱峰值主要取决于单位时间内单空泡空化事件的数量,随空化程度的增强不断增大;IMF2边际谱中心频率和边际谱带宽由于受到多种因素的影响,在空化发展的不同阶段,变化规律不同,总体上,随空化程度增强都呈现出先增大后减小再增大的趋势。阀口开度是影响节流阀空化状态的重要参数,分析了阀口开度的改变对空化特征参数的影响。结果表明:随着阀口开度的增大,锥阀空化程度先增强后减弱,IMF2分量均方根值以及边际谱峰值和节流阀的空化程度变化趋势相同,随开度增大呈现出先增大后减小的趋势,IMF2边际谱中心频率和边际谱带宽呈现出先增大后减小再增大的变化规律。本文对锥阀空化状态与振动信号特征参数之间的关系进行了研究,为开展锥阀的实时空化监测奠定基础。
【图文】：

系统框图,系统框图,加速度传感器,压电加速度传感器

3.1.2 振动信号采集系统为了实现锥阀振动信号采集，建立了由加速度传感器、信号调理器、数据采集卡和上位机组成的振动信号采集系统，采集系统框图如图3-3所示。其中，振动传感器采用 PCB 公司的 ICP 压电加速度传感器，灵敏度为 100mV/g，输出幅值为±5V，实验过程中，加速度传感器通过底部的磁座固定在实验阀阀体的顶部和侧面，如图 3-4 所示。

布置图,加速度传感器,布置图,信号调理器

3-3 振动信号采集系统框图图 3-4 加速度传感器布置图 3-3 Block diagram of vibrationsignal acquisition systemFigure 3-4 Arrangement diagram ofacceleration sensors调理器型号为朗斯测试 LC0201，因为内装 IC（ICP）压电加速度传流源供电，系统中的信号调理器的主要功能是对加速度传感器提4mA 恒流供电，还可以通过 CR 隔直电路隔掉加速度传感器输出信偏压，将输出信号变成通常意义上的以地为参考点的交流信号。系采集卡选用北京阿尔泰科技的同步采集卡 USB2884，，可以实现 6 通采集，采样频率最高为 250ks/s，ADC 分辨率为 16 位，输出量程±5V 可选。信号调理器与数据采集卡实物图如图 3-5 所示。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH137.5

【参考文献】