幅值域无量纲指标对液压泵故障敏感性的实验研究

　　0 引言

　　轴向柱塞泵的故障形式多种多样，其中松靴故障、滑靴磨损故障、斜盘磨损故障以及中心弹簧失效故障是最常见的 4 种故障形式。由于液压泵结构封闭，各种故障特征信息难于直接获取，给液压泵的故障诊断带来了极大的困难。泵壳体的振动信号包含丰富的故障信息，对其进行多个域的综合分析，通过特征参数的变化趋势可以识别各故障是否发生[1]。当前研究最多的是从频域和时频域特征参数来分析故障是否发生[2-5]。而事实证明，单从这两个角度获取的故障信息存在明显的不完备性，进行故障诊断时难以得到满意的确诊率。因此，如何从其它信号域获取敏感的故障特征向量来增加故障信息的完备性，成为当前液压泵故障诊断研究中迫切需要解决的问题[6]。

　　幅值域无量纲指标是故障分析的重要特征参数，它们受机器工作条件的影响不大，而对故障具有足够的敏感性，能反映机械设备的总体运转状态是否正常，在机械设备故障诊断系统中可用于故障监测和趋势预报。所以对这方面特征参数的分析对液压泵故障诊断的研究具有非常重要的意义[7]。

　　为此，本文从幅值域的角度利用 5 个无量纲特征参数指标对液压泵的 4 种故障形式进行了故障敏感性的实验研究。分析出了各个指标对每种故障的敏感程度。结果证明，从幅值域的角度提取无量纲特征参数指标作为特征向量对提高故障特征信息的完备性具有重要的意义。

　　1 液压泵故障机理分析

　　轴向柱塞泵正常工作时的振动通常是由两部分产生的：一部份是机械振动，另一部分是流体振动。机械振动主要是由轴承旋转带动缸体产生的。流体振动一方面是泵在吸、排油转换过程中缸体柱塞腔内的液压油进行周期性冲击形成的；另一方面是轴向柱塞泵在吸油过程中，由于吸油阻力过大引起气穴以及吸空现象产生的。其中，液压油周期性冲击引起的振动是轴向柱塞泵振动的主要原因。其振动基频为 = /60 ( 是电机转速，是柱塞数)，这个频率及其倍频谐波频率是轴向柱塞泵状态监测和故障诊断中重点监测对象[8]。

　　1.1 松靴故障

　　滑靴球窝与柱塞球头之间的松靴是轴向柱塞泵的常见故障之一。运行过程中的液压泵产生滑靴松动，轻则振动、噪声增加，降低寿命；重则滑靴脱节或使活塞颈部折断，发生严重事故[9]。

　　轴向柱塞泵发生松靴故障时，在吸油区由于回程盘的作用使柱塞球头与滑靴套之间的间隙增大。当柱塞腔由吸油窗口经过渡区接通排油窗口开始的瞬时，柱塞腔内的油液压力会突然上升。其结果是：一方面引起液压冲击，另一方面会使柱塞球头对滑靴产生强烈冲击并与回程盘发生碰撞使回程盘发生强烈的共振。这一冲击也将通过斜盘传递到泵壳体上，引起壳体振动，壳体以共振的形式传递振动的高频能量。因为这种振动不是轴向柱塞泵本身固有的，所以称它为附加冲击振动。单个柱塞附加冲击振动的基频