基于可視化技術(shù)的液壓管道振動檢測裝置研究

南洪宇+王宇雁+李嘉文+孫澤賢

摘 要：隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，很多大型液壓設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用。液壓傳動省力方便，但卻易于損壞，因而液壓系統(tǒng)故障診斷的重要性日益突出。文章主要對液壓系統(tǒng)故障的診斷方法及不同方法的優(yōu)缺點進(jìn)行了歸納。基于振動可視化技術(shù)的液壓系統(tǒng)故障診斷方法，是采用改變液壓管道管壁接觸力的方式對液壓系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷，通過可視化技術(shù)觀察管壁設(shè)備的關(guān)鍵點在時間和頻率上的變化，并以大量數(shù)據(jù)作為液壓系統(tǒng)故障的依據(jù)。先通過簡單的固定裝置得到液壓系統(tǒng)管道基本數(shù)據(jù)，再利用其他儀器使液壓管道的振動信號表示出來，通過振動的可視化對液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實時檢測。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)故障診斷；振動可視化；振動檢測

利用振動進(jìn)行工況分析在動設(shè)備的診斷中最為常用[1]，獲得振動信號的準(zhǔn)確性是實現(xiàn)精確診斷故障的前提與基礎(chǔ)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，故障源一定會通過傳播途徑向各個方向傳播[2-3]，而對于一般動設(shè)備系統(tǒng)的可視研究與應(yīng)用尚還處于試探研究階段由于液壓系統(tǒng)的各元件及工作液都處于封閉的狀態(tài)，一旦發(fā)生故障不僅排查困難而且容易帶來巨大損失。因此提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障就變得具有重要意義。為完整而準(zhǔn)確地獲得液壓系統(tǒng)的振動信息，需要對液壓管道進(jìn)行全面檢測，限于實際工況或現(xiàn)在已經(jīng)有的檢測手段，絕大多數(shù)基于振動信息的有效數(shù)據(jù)僅僅只是幾個振動點的檢測，這種情況在一定程度上對液壓管道故障的診斷帶來了一定的局限性，使之不能完全地表現(xiàn)液壓系統(tǒng)的真實運作情況。因此，改善和增加振動數(shù)據(jù)的獲取手段就顯得十分重要了。有時候還必須知道液壓管道的震動情況來了解機(jī)器運行狀況，所以現(xiàn)在需要一款裝置能夠幫助人精準(zhǔn)測量液壓管道的震動力變化情況。本產(chǎn)品就是用傳感器和其他儀器來精準(zhǔn)測量液壓管道震動力的裝置。

1 系統(tǒng)建模

本文所建立的液壓管道加持裝置相對簡單，但需要進(jìn)行一些假設(shè)：（1）各零件均假設(shè)為剛體，在外部作用力的作用下柔性變形忽略不計，接觸時會發(fā)生彈性變形。（2）裝配間隙制造等誤差忽略不計。（3）各零件的形心與質(zhì)心重合。（4）忽略零件轉(zhuǎn)動時的摩擦因數(shù)。

1.1 參數(shù)及模型的建立

固定裝置與調(diào)節(jié)裝置用UG建模，保存格式為默認(rèn)，文件名以及路徑設(shè)置為英文。裝置的材料均為合金鋼鋼，材質(zhì)的屬性如表1所示。

所建立的裝置模型如圖1所示，該裝置主要由壓力傳感器、電動馬達(dá)、楔形鍵、供電電池和螺母組成。首先要考慮到如何能使檢測器穩(wěn)定的與管道貼合并且不影響測量頻率的準(zhǔn)確性，其次是如何對振動頻率進(jìn)行更精準(zhǔn)的檢測。對于使測量器穩(wěn)定的與管道貼合，檢測器采用三角架式固定，外框用3個螺栓固定，然后里面用3個楔形鍵并且?guī)菁y，通過馬達(dá)調(diào)節(jié)楔形鍵使測量器與管道穩(wěn)定貼合，在檢測器與管道之間放有壓力傳感器。壓力傳感器顯示測量器與管道之間壓力，然后通過馬達(dá)帶動楔形鍵進(jìn)而調(diào)節(jié)管道與檢測器之間壓力，使測量的震動頻率更準(zhǔn)確。

1.2 工作原理及特點

工作過程如下：用壓力傳感器觸碰液壓管道，然后根據(jù)液壓管道的大小，使電動馬達(dá)帶動螺母轉(zhuǎn)動達(dá)到緊緊包住管道的狀態(tài)，提高測量液壓管道震動的精度，該裝置可以實現(xiàn)液壓管壁接觸力的自動調(diào)節(jié)，在馬達(dá)的轉(zhuǎn)動下由于裝置里面的3個鍵是具有一定斜度的楔形鍵所以可以實現(xiàn)管壁外力的調(diào)節(jié)。同時裝置上配備的壓力傳感器可以顯示出此時施加力的大小，并在其他一些設(shè)備的輔助下可以實現(xiàn)對液壓管道振動數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。該裝置使用3個楔形鍵可以保證對管道各個方向都施加以力的作用，避免了單向受力從而引起的實驗數(shù)據(jù)失真現(xiàn)象的發(fā)生，最大限度地保證了數(shù)據(jù)的可靠性。此外該裝置由于使用小型馬達(dá)產(chǎn)生驅(qū)動，所以該裝置的供電系統(tǒng)比較方便、簡單、靈活?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場的工況就地取材，即可以實現(xiàn)電池供電也可以使用充電寶等移動電源設(shè)備。

2 液壓加持裝置的仿真分析

該裝置在工作時主要是受到來自管道的壓力，用SolidWorks對裝置進(jìn)行仿真，大小為10 N時的仿真結(jié)果如圖2—3所示。由圖2可知von mises應(yīng)力最大為0.258 N/mm2，由圖3可知最大位移為6.557×10-6 mm，通過仿真并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可知該裝置符合設(shè)計要求。

3 液壓管道振動檢測裝置特點

本文主要介紹了液壓管道振動檢測裝置其主要特點：（1）耗能較小，減少污染。（2）使用效率高，一次測量可以測量出多組數(shù)據(jù)。（3）可以實現(xiàn)小型化，便于工程人員攜帶而且實現(xiàn)了部分功能的自動化，將工程人員從繁瑣的拆裝任務(wù)中解放出來。

4 結(jié)語

液壓管道振動信息的準(zhǔn)確獲取是實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)故障診斷分析的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，液壓系統(tǒng)是集機(jī)、電、液于一體的綜合系統(tǒng)，系統(tǒng)具有多變性。能夠引起液壓系統(tǒng)故障的原因有很多種，這也直接造成了液壓系統(tǒng)故障診斷難度的加大。不過液壓系統(tǒng)也具有很多獨特的特點，只要掌握這些規(guī)律，把握發(fā)展方向進(jìn)行研究就會取得進(jìn)步。通過檢測設(shè)備和可視化設(shè)備的不斷發(fā)展以及手段的不斷完善，復(fù)雜的液壓系統(tǒng)故障診斷這個難題終將得到解決。

[參考文獻(xiàn)]

[1]何正嘉，訾艷陽，孟慶豐，等.機(jī)械設(shè)備非平穩(wěn)信號的故障診斷原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]徐敏，黃邵毅.設(shè)備故障診斷手冊—機(jī)械設(shè)備狀態(tài)檢測和故障診斷[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1998.

[3]張義民.振動系統(tǒng)隨機(jī)傳遞路徑響應(yīng)分析[J].工程力學(xué)，2008（1）：133-136.

Abstract：With the acceleration of industrialization progress in China， many large hydraulic devices have been widely used. The hydraulic transmission is labor-saving and convenient， but it is easily damaged. Therefore， the importance of hydraulic system fault diagnosis becomes increasingly prominent. This article mainly summarizes the diagnosis methods of hydraulic system faults and the advantages and disadvantages of different methods. Hydraulic system fault diagnosis method based on vibration visualization technology is used to diagnose the hydraulic system fault by changing the contact force of the hydraulic pipe wall and observe the time and frequency change of the key points of the pipe wall equipment by the visualization technology with a large number of data as a hydraulic system failure basis. The basic data of the hydraulic system pipeline is obtained through a simple fixing device first， then the vibration signal of the hydraulic pipeline is expressed by other instruments， and the working status of the hydraulic system is detected in real time through the visualization of the vibration.

Key words：hydraulic system fault diagnosis； vibration visualization； vibration detectionendprint