基于压力积分的液压系统泄漏故障诊断方法解读Word文档格式.docx
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基于压力积分的液压系统泄漏故障诊断方法解读Word文档格式.docx
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泄漏故障诊断对于液压系统的正常工作具有重要的实际意义。
泄漏故障的诊断方法大致有两大类:
¹
监视并计算液压系统的流量;
º
监视液压系统的工作压力。
前者精度高,但是液压系统所使用的流量传感器价格很高,又引入一定的压力损失,安装不太方便,所以这种方法的工程性不是非常好。
后者相对来说比较简单,但是传统的幅值判别法精度太低。
笔者提出利用新型的压力波形采集仪测量液压系统的压力波形,通过计算压力积分定量诊断是否产生泄漏,只要满足很简单的条件就会有比较好的精度。
2 基于压力积分的泄漏故障诊断方法原
理
这种方法利用液压系统的设计参数,预先得到被测压力容腔的累积流量,也就是它的容积,再利用波形采集仪测量压力波形,最后根据流量、压力及液导(泄漏因子[1]
之间的关系,定量计算出液压系统被测部位的液导,诊断出泄漏故障[2]。
图1为液压系统泄漏故障的模拟实验台架
[3,4]
。
主油路由泵P1和溢流阀R1组成恒压源,
以电磁换向阀W2、单向节流阀T1/C5和T2/C6、
动作油缸L1构成一个出油口节流调速的往复式执行回路;
由负载缸L2、溢流阀R3、R4及单向阀C3、C4模拟一个常力负载,刚性地与动作油缸连接。
图1中点划线为泄漏故障模拟,节流阀T5模拟
动作油缸小腔的外泄漏,T4模拟动作油缸的内泄漏。
在动作油缸L1的出油口A、B各装一只压力快速接头。
M1为高精度齿轮马达流量计,F1、F2为动态流量计,
它们用于标定。
图1 泄漏故障模拟实验台架原理图
2.1 外泄漏故障的诊断方法
以动作油缸L1小腔外泄漏故障为例。
如果活塞杆从油缸L1的A端行走到B端,那么从小腔B流出的液压油的累积流量将是一个固定值
QAcc=AsmallL
(1
式中,QAcc为动作油缸L1小腔出油的累积流量;
Asmall为动
作油缸L1小腔的环形截面积;
L为活塞杆的行程。
根据文献[1],压力、瞬时流量及液导之间有
QTrans=KT2AT2
Bo+KT5AT5Bo
=GT2
$
pBo+GT5$pBo
(2QAcc=QTrans∫
dt
(3
式中,QTrans为瞬时流量;
KT2、KT5为控制节流阀T2和泄漏模拟节流阀T5的流量系数;
AT2、AT5为控制节流阀T2阀口和泄漏油口T5面积;
$pBo为小腔B的压力与回油压力之差;
GT2、GT5为T2和T5的等效液导。
由式(2和式(3可推出容腔出油口的液导
基于压力积分的液压系统泄漏故障诊断方法——方志宏 傅周东 张克南等
为
Gout=QAcc/
∫B0
dt(4
Gout=GT2+GT5
式中,Gout为容腔出油口总液导。
泄漏油口的液导为
GT5=QAcc/
∫$p
B0
dt-GT2(5
因此只要在活塞杆伸出并从A端走到B端时,测量动作油缸小腔的压力波形,代入式(5计算出泄漏液导GT5,即可判断出是否有泄漏发生。
2.2 内泄漏故障的诊断方法
以动作油缸L1大小腔之间的内泄漏故障为例。
如果活塞杆从动作油缸L1的A端行走到B端,那么从小腔流出并含内泄漏影响的液压油总量为
QAcc=AsmallL+QinLeakAcc
(6
式中,QinLeakAcc为内泄漏累积流量。
内泄漏累积流量与内泄漏瞬时流量的关系为
QinLeakAcc=
∫
QinLeakTrans
dt(7
式中,QinLeakTrans为内泄漏瞬时流量。
根据文献[1],内泄漏的压力、流量、液导(泄漏因子满足如下关系:
QinLeakTrans=GT4
AB
(8
式中,$pAB为动作油缸L1大腔A和小腔B之间的压力
差。
综合式(7和式(8,可推导出内泄漏累积流量与动作油缸的压力差,满足
QinLeakAcc=GT4
∫AB
dt(9
综合式(3和式(9得
GT2
B0
dt=AsmallL+GT4
dt(10
即动作油缸L1内泄漏液导可由下式直接计算
GT4=
$pB0
dt-Asmall
L
∫$pAB
(11
因此,只要测量动作油缸的A腔和B腔的压
力波形,代入式(11,就可计算油缸内泄漏液导。
2.3 故障诊断的步骤
(1在液压系统完好的时候,利用流体压力波形采集仪测量并记录动作油缸L1的大小腔压力波形;
(2利用式(5,令GT5=0,计算出在正常情况下液压系统出油口的液导,即控制节流阀T2液导GT2;
(3在液压系统可能出故障的时候,采集动作油缸L1的大小腔压力波形数据;
(4利用式(5,以及已经计算出来的节流阀T2液导GT2,计算出外泄漏液导GT5;
(5利用式(11,以及已经计算出来的节流阀T2液导GT2,计算出内泄漏液导GT4。
如果GT4≥0,则发生内泄漏。
另外,当内泄漏与外泄漏同时发生时,它们会
互相干扰,但是通常其中一个因素会大于另外一个因素,从而先发现并解决主要因素,再发现并解决次要因素。
假如它们刚好完全相同,也可以利用液压系统的非线性特性,当负载或系统压力发生改变时,其中一个因素会变大,而另外一个会变小,这样也可以分别将内外泄漏诊断出来。
3 便携式压力波形采集仪原理简介
便携式流体压力波形采集仪系统是一种面向大型复杂液压、气动设备动态压力检测、数据管理与故障诊断的装置。
它包括压力波形采集仪和计算机管理软件两部分。
压力波形采集仪在测试过程中的应用原理见图2。
该采集仪采用压阻式压力传感器,传感器安装在连接器上。
一根软管将液压设备上的快速压力接头与连接器上的快速压力接头连通,于是压力传感器就可以感受并测量液压系统的压力。
利用该系统进行故障诊断,比传统的在线状态监视系统成本更低,更实用[5]
图2采集仪应用原理图
传感器
连接器
压力接头压力波形采集仪
主计算机
压力接头液压设备
4 实验过程及结果
图3为一个动作缸小腔压力变化过程。
此时换向阀W2从中位打开,活塞杆从动作油缸左位伸出。
时间为1.0s时活塞杆启动,到1.8s时活塞杆运动到底时停止。
当小腔压力为系统压力p=7.8MPa时,通过调节故障模拟节流阀T5,设定一组泄漏量$Q分别为0、1L/min、2L/min、3.6L/min、4.8L/min、8L/min、12L/min的故障状态。
通过测试得到一组动作油缸小腔的压力过渡过程,它们与图3相似。
经式(5的计算,得到对应的动作油缸小腔的出油口总液导(其中包含有泄漏油口液导和单向节流阀T2液导,见图4。
实际测试计算
11卷第11期2000月
图3 活塞杆伸出过程的小腔压力变化过程
的结果几乎是一条直线,这与理想状况是一致
的。
图4 压力积分方法泄漏计算结果
图5为外泄漏量$Q=0,而液压系统工作状态不同时的计算结果。
样本号1~7为系统压力p
=7.8MPa时的结果,样本号8和9为系统压力p=6.2MPa
时的结果。
图5 没有泄漏时的测试与计算结果
由图4可见,不同的液压系统工作状态对最后的计算结果几乎没有影响。
图5中8号和9号2个样本与其它样本的结果有一个很小的差异,这种差异的原因在于液压系统的回油压力在不同的工作状态下有少量的改变,而本实验从简出发,没
有考虑这种变化,但结果依然令人满意。
实际上在推导式(5和式(11的过程中只涉及到压力差$p,而与其它因素无关。
不论活塞杆伸出的过程中负载、液压泵及其它环节如何变化,计算结果理论上均不会发生改变。
对比式(5和式(11可知,动作油缸L1的内泄漏故障诊断精度与外泄漏故障诊断精度是非常类似的,故实验从略。
5 结论与展望
本方法在技术进步的基础上,利用新型的流体压力波形采集仪,采用压力积分的方法取代传统的压力幅值方法,可以比较高精度地诊断液压系统的泄漏故障,而且费用非常低,特别适合于大型钢铁厂、船舶、飞机等拥有复杂、拆卸困难的液压设备的泄漏故障诊断。
这种基于容腔的压力积分求解泄漏程度的方法,只要预先知道相应压力容腔的进/出油的累积流量即可获得较高的精度,这个累积流量可以通过液压系统本身的参数来确定,如油缸的尺寸、油马达的额定流量,因此它具有一定的通用性。
该方法对液压系统的工作状态没有任何限制,允许液压系统的供油压力和负载力等参数任意变化。
由于给出的实验从简,将回油压力假定为常数,所以在实际应用时,如果将回油压力也考虑在内对其进行测量和计算,那么故障诊断的精度还会有大幅度的提高。
参考文献:
[1] 盛敬超.液压流体力学.北京:
机械工业出版社,
1980:
179~199
[2] 何福元.液压设备的泄漏及其预防.机床与液压,
1983(2:
47~55
[3] 傅周东.液压系统泄漏故障诊断技术研究:
〔博士学
位论文〕.杭州:
浙江大学,1996.
[4] 方志宏.基于神经网络的液压系统故障诊断方法研
究:
〔博士学位论文〕.杭州:
浙江大学,1997.[5] 方志宏,陈章位,傅周东等.便携式流体压力波形采
集仪设计.自动化仪表,1997,18(10:
11~14
(编辑 马尧发
作者简介:
方志宏,男,1968年生。
宝山钢铁股份有限公司(上海市
201900技术中心工程师、博士。
研究方向为自动化仪表、测试技术、故障诊断等。
发表论文近20篇。
傅周东,男,1959年生。
浙江大学(杭州市 310027流体传动及控制国家重点实验室副教授。
张克南,男,1963年生。
宝山钢铁股份有限公司设备检测公司高级工程师。
陈章位,男,1965年生。
浙江大学流体传动及控制国家重点实验室副教授。
tions,whicharethesourseofparametorsofprocessdraw-ing.TheapplicationshowsthatthemethodisconrenientforuseandtheintegrationofCAD/CAPPisimplement-ed.
Keywords:
graphicelement processdrawing CAPP recursivedesign
AFaultsDiagnosisModelforRotatingMachineryBasedonModularFuzzyNeuralNetwork CHENYaowu(ZhejiangUniversity,Hangzhou,China WANGLeyu CHENGYaodongp1255-1259Abstract:
Withtheviewofthefaultcharacteristicsofrotatingmachinery,suchashierarchy,correlationandfuzziness,thispaperputsforwardanovelfaultdiagnosismodelforrotatingmachinerybasedonmodularfuzzyneu-ralnetworks.Atwo-levelintegrationstrategyisappliedinthismodel.ThefirstleveliscomposedofafuzzyBPneuralnetworksthatdetermineswhichfuzzyneuralnet-worksblockatthesecondlevelisactivatedaccordingtotheoutputmemberfunctionvalues.ThesecondleveliscomposedofsixfuzzyBPneuralnetworksblocks,eachoftheblocksisfurtherappliedtodiagnosesomesimilarfaults.Theinferenceprincipleofthemodelisthattheoutputnodewithlargermemberfunctionvalueisfirstac-tivated.Withtheinputfaultfeaturedata,themodelyieldsdiagnosisconclusionthatgivesthepossiblefaultswiththeircorrespondingmemberfunctionvalueandin-ferenceroute.Accordingtothisdiagnosisconclusionandotherinformation,theengineercangetfurtherdiagnosisconclusion.Theexperimentalresultsshowthatthismodelimprovestheabilitytodiagnosemulti-fault(sev-eralfaultsoccurconcurrentlyandgivesmoreinformationinthediagnosisconclusion.Thestructureofthemodel,thedefinitionofthememberfunction,theinferencepro-cessofthemodelandexperimentalresultsarediscussedindetail.
fuzzytheory neuralnetworks ro-tatingmachinery faultdiagnosis
FiniteElementMethodforGeometricModellingoftheElementsGroupCurvedSurfacesinMulti-PointsForm-ing CAIZhongyi(NanjingUniversityofAeronauticsandAstranautics,Nanjing,China LIMingzhe CHENJianjunp1260-1262
Abstract:
Generatingtheformingsurfaceofelementsgroupisoneofveryimportantproblemsinmulti-pointsforming.Basedonthedescriptionofobjectivecontinuoussurfaceby18d.o.f.triangularelements,theauthorpro-posedamethodtosetupformedsurfacebymeansofcal-culatingcontactingpointstodeterminetherundistanceof
eachelement.Numericalcalculationtoregularcurvedsur-faceshowsthattheresultsobtainedbypresentedmethodisveryprecise.
3Dcurvedsurface geometricmod-elling finiteelementmethod contactpoint multi-pointsforming
TheMethodofLeakageFaultDiagnosisforHydraulicsystemBasedonPressureIntegralAlgorithm FANGZhihong(ShanghaiBaoSteelCo.Shanghai,ChinaFUZhoudong ZhangKenan ChenZhangwei p1263-1265Abstract:
Thispaperpresentsamethodofleakagefaultdiagnosisforhydraulicsystembasedonpressurein-tegralalgorithm.Bymeansofsamplingthepressurewavesbyportablepressurewavesampler,thismethodcomputesthepressureintegralofthetestedvolumeofhy-draulicsystemtodiagnosetheleakage.Thispapernotonlygivestheprincirlesofthismethod,butalsoshowstheproceduresandtheresultsofbenchexperiments.
hydraulicsystem faultdiagnosis leakage
MultisensorDataFusionforRobotPartsRecognition CHELufeng(StateKeyLaboratoryofTransducerTech-nology,ShanghaiInstituteofMetallurgy,ChineseAcade-myofSciences,Shanghai,China ZHOUXiaojun XUZhinong CHENGYaodongp1266-1268
Inordertorealizeintelligentrobot'
sau-tonomousrecognitionforparts,parametersoffuzzyfu-sionareoptimizedbygeneticalgorithms,andmultisensordataarefuzzilyfusedindicisionlevel.Simulationtestre-sultsshowthatthismethodmayreducetheuncertaintyofindividualsensordataandenhancesystems,capacitiesofdiscernmenttotargets.
fuzzysets geneticalgorithms datafusion partsrecognition
TheApplicationofB-SplineCurveSurfaceIndie-Cavi-tyDescriptionand3-DMeshGeneration KOUShuqing(JilinUniversity,Changchun,China YANGShenhua JINWenmingp1268-1271
Theimportantproceduresincomplicated3-Dformingsimulationaredie-cavitydescriptionandautomaticmeshingofforging.Inthepaper,thecubicB-splineisadoptedtodescribedie-cavityandforgingge-ometricsurface.Thetechniqueof3-DmeshingandpiecewisemeshingisproposedanddevelopedbasedonB-splinesurfacedescriptionofcomplicatedforging.Zonedivisionofcomputationalregion,coarse-refinedtrans-formationbymeansofeconomictypemeshandzonecon-CHINAMECHANICALENGINEERI
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