基于小波分析的工程机械液压缸故障特征提取研究

摘要

液压系统在工程机械领域中起到核心的作用，一旦发生故障，造成的经济损失将十分巨大。液压缸是液压系统的执行元件，在液压设备中占有重要的地位，其故障将直接影响设备的正常工作和寿命。泄漏是液压缸的一种常见故障，严重的泄漏不仅会使环境受到污染，还会导致液压缸工作腔的压力降低，使液压缸无法正常工作。本文通过分析液压缸进油口的压力信号和活塞杆位移信号，来提取液压缸泄漏故障的故障特征，以此为依据进行液压缸的状态检测和故障诊断。
　　 本论文研究的对象是完整液压系统中典型元件液压缸的泄漏故障。以参数测量法为前提，小波变换为理论基础，将小波分析方法对非平稳信号的优势运用到液压缸泄漏的故障特征提取上。液压缸的泄漏包括外泄漏和内泄漏两种情况。外泄故障容易发觉，所以本文主要针对液压缸内泄故障进行研究。
　　 论文的主要工作和成果包括：
　　 (1)系统地阐述了液压系统泄漏的故障机理及成因，通过泄漏故障的数学模型说明缸内压力上升或下降速率会受到泄漏的影响，为以后章节中的数据处理打下了理论基础。
　　 (2)全面地分析了基于信号处理的故障诊断方法的进展情况，着重介绍了小波变换理论，提出了适合液压系统的小波分析故障诊断方法。重点讨论了小波变换的时频分析以及多分辨率分析能力，这是本文的研究基础。
　　 (3)利用小波包分解对压力信号和位移信号进行分析，提取了压力信号压力上升速度(PY1)、压力信号(62.5-125Hz)小波包能量值(PY2)、压力信号小波包能量熵(PY3)、压力信号小波包能量方差(PY4)、位移信号活塞杆伸缩速度(S1)五个故障特征向量。
　　 (4)分析了各个故障向量对泄漏量的敏感程度，将所得数据归一化处理，分析各泄漏量情况下特征值分布的方差，得到各故障特征量的敏感度排序：PY4>PY1>PY2>S1>PY3，该排序结果将指导理论分析成果的实际工程应用：
　　 (5)利用Visual Basic和Matlab混合编程的思想，构建“工程机械液压缸故障诊断系统”(Construction Machinery Hydraulic Cylinder's Fault DiagnosisSystem，CMHCFDS)，实现工程机械液压缸内泄漏故障的可视化诊断。