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小波簇包絡解調方法在卷板機液壓泵故障診斷中的應用

發布時間：2019/7/2

　　1．卷板機液壓泵故障診斷實驗簡介
　　對液壓卷板機液壓伺服系統中的液壓泵進行狀態監測與故障診斷。采用破壞性實驗，將MCYl4-1B型斜盤式軸向柱塞泵七柱塞中的一個進行脫靴處理。利用振動加速度傳感器對柱塞泵端蓋的振動進行監測。傳感器輸出信號經虛擬儀器NI．DAQ卡進行采集，并送計算機進行分析處理。
　　

　　圖29被試泵及電動機
　　被測試泵及驅動電動機如圖29所示，其中柱塞泵柱塞數為7，驅動電動機轉速1500r／min，故泵的轉軸頻率為1500／60=25Hz。采集正常工作狀態和單柱塞脫靴故障狀態的振動信號，脫靴故障特征頻率等于轉軸頻率。在以上試驗參數下，當軸向柱塞泵正常工作時流體沖擊振動基頻為2x25x7Hz=350Hz，機械振動基頻為25Hz。
　　2．卷板機液壓泵實驗數據分析
　　圖30為在系統調定壓力10MPa，采樣頻率為20kHz，卷板機液壓泵正常狀態下0.2s的振動加速度波形，數據點數為4000點。圖31是圖30對應0~2000Hz范圍內的功率譜圖。從圖31可看出，直接對信號進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 卷板機液壓泵正常信號的功率譜　圖32基于小波簇包絡分析的正常信號包絡功率譜
　　基于小波簇包絡分析原理，在0-2000Hz范圍內對其進行小波簇濾波包絡分析，小波簇參數為：口=0.2，N=2000，fr=0Hz，Af-1 Hz，則有矗=2000Hz。圖32所示為正常信號的包絡功率譜，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為相同試驗條件下存在故障時的振動加速度波形，圖34為對應的功率譜圖，圖35所示為0-1000Hz低頻段功率譜圖。根據振動信號分析的幅值域分析方法，對比圖30以及圖33明顯可知卷板機液壓泵確實出現了故障。若要對故障形式進行判斷，需進一步分析。
　　

　　圖33卷板機液壓泵故障信號的時域波形　　圖34卷板機液壓泵故障信號的功率譜
　　根據圖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。基于小波簇包絡分析原理，選擇小波簇參數：N=2000， fL=5000Hz，Af=1Hz，因此有^=7000Hz。根據以上參數構造了5～7kHz的平頂帶通濾波器，其頻率特性如圖36所示。
　　

　　圖35卷板機液壓泵故障信號的低頻段功率譜　　圖36小波簇帶通濾波器頻率特性
　　圖37是在5～7kHz范圍內應用小波簇帶通濾波器濾波解調得到的故障信號包絡功率譜，與圖32正常信號的包絡功率譜進行對比，兩者頻率成分完全不同，由此可判斷軸向柱塞泵發生了故障。對比圖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解調方法比傳統的功率譜分析在故障特征頻率識別方面具有明顯優勢。
　　

　　圖37基于小波簇包絡分析的故障信號包絡功率譜

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