基于性能退化数据的轴向柱塞泵状态识别和失效预测研究

发布时间：2020-06-30 12:33

【摘要】：由于轴向柱塞泵具有结构紧凑、功率密度大、输出压力高以及寿命长等优点,现已被广泛应用于航空航天、特种车辆、工程机械、船舶机械和农用机械等关乎国家安全和人民生活的各个领域。轴向柱塞泵作为整个液压系统的“心脏”,其性能的好坏不仅影响液压系统的可靠性,甚至对整个系统的安全运行产生决定性的影响,因此对柱塞泵性能退化状态的识别和失效预测研究具有重要的意义。通过对现有实验方案的分析,并与实验目的相结合,确立了柱塞泵性能退化实验方案,利用基于LabVIEW程序实验采集系统采集柱塞泵配流盘6种不同状态下的振动信号和流量信号,为后续的状态识别和失效预测提供原始数据。针对柱塞泵振动信号通常具有非线性强和信噪比低的特点,本文将变分模态分解和多尺度排列熵两种方法相结合,首先对柱塞泵振动信号进行变分模态分解消噪,得到包含退化特征信息的模态分量;然后利用时间序列的非线性处理方法排列熵,计算6种不同状态下模态分量的多尺度排列熵,确定各个状态下相应的排列熵特征向量;最后利用特征向量建立高斯过程分类训练集,实现了柱塞泵退化状态识别。通过对配流盘的磨损过程和磨损机理进行分析,建立柱塞泵泄漏流量和配流盘磨损量关系的数学模型。利用高斯过程回归处理实验数据,对其退化轨迹进行拟合并与最小二乘法拟合轨迹进行比较,确定其优越性。最后利用拟合曲线实现对柱塞泵因配流盘磨损造成的失效预测。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH137.51
【图文】：

柱塞泵,滑靴

型材料来提高柱塞泵的功率密度；并对柱塞泵摩擦副的配合断面的材料以及润滑油膜进行大量实验工作以实现其工作时振动的减小从而降低噪声。摩擦副性能的提高是当前提高柱塞泵工作性能的一种高效的方法，因此国内外学者对柱塞泵配流盘做了大量的研究工作，其中由柱塞和缸体孔、滑靴和斜盘、配流盘和缸体配流端面做成的摩擦副是研究工作的重点，其性能的好坏直接影响柱塞泵运行时的容积效率、最大工作压力和噪声等性能参数。大量实践表明，在柱塞泵工作时摩擦副的退化失效是造成柱塞泵不能正常工作的主要原因之一[9,10]。以轴向柱塞泵中最关键的摩擦副，即缸体和配流盘配流端面组成的配流副为例，其主要的故障形式由气蚀、磨损、配流盘断裂等。在柱塞泵工作时，配流盘与缸体配流端面之间紧密接触，缸体在传动轴的带动下高速旋转而配流盘则固定不动，所以两者之间又会产生相对运动，且两者之间存在极高的交变作用力，工作环境相当恶劣，所以配流副是柱塞泵泄漏的主要部位也是柱塞泵工作时产生噪声的主要因素，必须保证两者之间较高的油膜特性以保持柱塞泵的工作性能。图 1-1 为柱塞泵滑靴出现磨损脱落的现象，图1-2 为柱塞泵配流盘出现犁沟状划槽的磨损现象。

关系曲线,柱塞泵,配流盘,划槽

图1-2 为柱塞泵配流盘出现犁沟状划槽的磨损现象。图 1-1 柱塞泵滑靴出现磨损脱落图 1-2 柱塞泵配流盘犁沟状划槽本文将柱塞泵配流盘磨损作为研究载体，设计并搭建轴向柱塞泵性能退化实验台，采集配流盘不同磨损程度下柱塞泵的振动信号和流量信号。通过对柱塞泵振动信号的分析处理提取其特征向量，利用模式识别方法实现对柱塞泵不同状态的识别过程；通过对其流量信号的分析处理，利用线性回归方法拟合柱塞泵泄漏流量和配流盘磨损关系曲线，实现柱塞泵的失效预测。

【参考文献】