【机械类毕业论文中英文对照文献翻译】基于实验方法的水压部件完整性评估
【机械类毕业论文中英文对照文献翻译】基于实验方法的水压部件完整性评估,机械类毕业论文中英文对照文献翻译,机械类,毕业论文,中英文,对照,对比,比照,文献,翻译,基于,实验,试验,方法,法子,水压,部件,完整性,评估
基于实验方法的水压部件完整性评估摘要水压系统历史悠久, 2500年前就困扰着很多工程师。最近在关注环境和健康条件的地区,由强大的油压系统所代替。转折点出现在90年代早期,随着材料和设计的进步,使用水作为液压流体成为可能。轴向柱塞马达普遍适用于提供高扭矩的液压系统。本文主要介绍了在水压动力系统中水压马达工作时活塞质量的检测和评估。在水压系统中不同的压力下,可以检测不同的活塞工作状态。在水压马达内模拟出可能的活塞裂痕。水压马达被控制可捕捉振动信号,并能将故障状态与健康状态做对比。水压马达活塞的不同裂缝尺寸在加载后可获得不同的特征值。结果显示在水压系统中不同的压力下振动信号频谱中主频峰的振幅可以有效的检测出不同的活塞裂纹状态。关键字水液压系统 轴向柱塞马达 水质液压元件 振动分析 完整性评估简介随着经营石油为基础的液压系统对环境越来越多的影响和环保组织越来越多的关注,在过去几年,最激动人心的流体动力工业发展已进入水力学,这涉及到使用自来水替代石油作流体动力进行传输。水液压涉及清洁能源使用中的发射功率,其使用与全球服务热线一样是维护我们的环境。水液压系统已用于农业,林业,食品,制药,造纸等行业1-3。轴向柱塞马达是常用的水液压系统,以提供高扭矩和高性能。影响活塞型机的主要元件是活塞,而活塞保持正常基本表现常取决于活塞在汽缸中运动的顺利和有效性。活塞中的这些裂缝会影响渗漏和气缸滑动表面的摩擦。这个裂缝将扩大,并逐步引起电动机的性能恶化,最终也可能产生一个危险的状况,如在运行条件下4突然关闭。 轴向柱塞斜板型液压马达是由一个离散的活塞组成,它使扭矩输出为正弦符号以实现离散数。这就阻止了源源不断的生产以及一个轴向活塞泵的流量输入的顺畅。一些活塞动作的流体位移正弦的一些特点得以保持。保留的这些正弦特性通常为轴向柱塞马达产生流量脉动和液体传播的振动(噪声)和结构传播的振动。在过去30年来,出现了大量的研究轴向活塞马达/泵的文献。这些文献主要集中在对变量泵斜板的控制【5-7】。在发表的文献中已经解决浮冰放电的波动问题。曼林8用一个封闭形式的表达式来描述流量脉动的特点以及流量脉动的纹波高度和脉冲频率。为了减少压力脉动和系统噪声,哈里森和Edge10创造了新的计时机制来减少液压系统的流量脉动源。荣一小岛和Massac Shined调查得出流体传播的噪音是由泵的流体特性所产生的10。他们还研究了模型和流体噪声特性检测方法。一些研究人员提出了泵的流体传播的噪声特性,泵的压力脉动,流量脉动特性的测量试验方法11-13。Edge夫妇提出了轴向柱塞泵流量脉动的理论模型14的轴向活塞马达的动态特性是非线性的,影响轴向活塞发动机性能的因素是复杂的。由于在模型的复杂性,轴向柱塞液压马达的振动源和水的传输路径的理论分析没有引起像实验调查那样的注意。然而,最近已经有一些在这方面工作报告,研究了轴向活塞泵内的由气缸到旋转斜板的振动能量传输特性15。Viand LU研究了振动和轴向活塞泵液压油状态监测问题16。调查表明,振动的主要来源是活塞/拖鞋进入预压缩过程时拖鞋和斜板的之间的碰撞,这种碰撞力可能激发了泵壳共振。巴哈尔等开发了一个数学模型来研究轴向锥形缸体的油压恒功率柱塞泵的振动特性的机制17。他们采用了傅立叶变换在轴向活塞泵的振动分析。陈等人研究了一个现代化的水液压系统的一个斜板水液压马达的动态分析18。一个由三个模块和14自由度系统组成的斜板建模机制。在其他方向的模拟信号表明,在所有方向振动信号主要由液压泵和液压马达转动频率组成。大量的故障的石油和其他机械液压系统故障诊断工作为状态监测和故障诊断的水液压系统提供了有用的参考19-21。水液压马达故障诊断是提高水液压系统可靠性和性能的重要方面,本工作用实验方法探讨了诊断故障水液压马达的活塞裂缝尺寸和位置。 水液压马达振动机理这里所说的执行机构是在水液压系统中使用的五轴向柱塞液压马达。安装在12.5毫安时水液压马达上的加速度计是为了从马达上获取振动信号。丹佛斯提供了完整的水液压系统。图1显示了水液压马达1的总体结构。轴向活塞马达主要由一个有入口和出口的阀口板,一个斜板,一个外壳,一个缸体,一些由鞋,偏置弹簧,法兰端口和轴组成的活塞等。活塞装在气缸桶内壁上的孔上并和输出轴在同一轴线。隔板以一个角度定位,作为活塞表面并限定滑块行程。滑块在与斜由护环和偏置弹簧钢板接触。该端口板从排放液体中分离液体。输出轴连接到缸桶。1 定位环 2 球形外表面和衬套 3 缸体4 弹簧 5推力盘 6 港口法兰7 静压轴承 8 密封装置 9 电机轴10 阀口板 11外壳 12 活塞13 落水斜口 14 斜板 15轴承 FIG.1_Swash plate water hydraulic motor with five pistons 活塞带动缸体利用供应口压力以一恒定角速度w绕Z轴旋转四周。每个活塞定期通过阀板上的供应和回程线路端口。滑块靠在防波板的倾斜面上。活塞经过了一次进出缸体振动位移。当活塞经过供应缸口时,由于压力过大导致活塞缸体退出,活塞越过返回线路端口时流体被推出活塞腔外。活塞和缸体这些动作的重复就完成输出扭矩的基本任务。随着水进入进出液压马达,在汽缸室压力完成从高压到低压的转变,这将产生压力脉动。汽缸区域内的总供给端口的变量是作为一个活塞供应缸口通过循环变化的结果。这些变量产生轴向输出力矩的变化。它从活塞传到斜板和阀盖。但支撑斜板的力与支撑阀盖的力的方向相反。这就是液压马达本身作为振动源的结果。第n个活塞腔压力升高率的公式写为5 (1)其中: Cd为摄入孔口系数变,A0为开口面积,为电机角速度,r为活塞节距半径,A为斜板角度,P为液体的质量密度,K为泄漏系数,n为水液压马达的旋转角度,Ap为活塞面积,V0为活塞室的标称容量。 无论活塞孔对准阀板的进水口或者出水口, A0区域总保持最大恒变量。活塞在最大压力值(排气压力)和最小的压力值(进气压力)之间转移。如式1所示,考虑泄漏流量,活塞的压力(PN)下降,当泄漏流量增加,内活塞(PN)的压力下降也增加。活塞的裂纹导致泄漏时,在马达流量排放率也略有下降,结果导致降低电机的转速。由于马达和泵体产生的两压力脉动之间的相互作用,液压系统产生更复杂的脉动振动(噪声)。流体附带振动引起结构的附带振动,对电机和水泵的寿命产生负面影响。Kojima and Shined 10 and Edge等研究了产生流体传播的振动的组合线路,此线路主要由泵,马达,和连接管组成11,12。压力脉动是基本元件在一般的液压系统中获得的活塞频率特性。活塞泵和马达中的压力波动主要是由于间歇脉冲回流入气缸在底部和顶部死点附近的腔体时产生的。液压系统的流体传振动的固有频率有两个流量和压力脉动源分别由泵和马达产生。水液压马达和泵的基本频率是由如下公式决定: f=zN (2)其中:f 为液压泵和马达的基本频率,z 为活塞个数,N 为液压泵和马达的转速。 轴向活塞马达的振动响应是由加速度计产生的。图2显示了振动响应的典型波形图。人们通过这个波形图可以很容易辨别不同的活塞激发的脉动高峰。压力增加产生峰值振幅 16,这时,加速反应的能量超过15千赫,这些能量分为低中高三个频段,低频段为:0-2,000赫兹,中间频段:2,000 - 6,000赫兹,而高频段:6,000赫兹以上。并且这三个频段各频率的反应各自有不同的激励机制。低频由基本频率与谐波成分组成而成。中频是由压力脉动和流量脉动所产生的结构振动所产生的。高频是结构共振所产生的。 图2 典型振动响应波形的水液压马达图3.水液压马达测试装置和信号采集系统实验装置和程序在图3所示的水液压马达试验装置,由一个12.5毫安时尼斯湖水水液压马达,无刷伺服电机,数字扭矩仪,以及水液压系统组成。图4所示为水液压系统原理图,水液压系统允许轴向活塞马达在转速在300-3,000转/分和扭矩在0-6Nm范围。数字扭矩仪是由一个检测器和一个操作显示屏组成。该检测器将与电机轴扭矩成比例的轴旋转角度转换成相位差信号,并提供了一个旋转探测器和一个扭杆变速箱用来测量探测器的轴转速。操作显示屏是一个与信号同步的扭矩变换器,同步显示扭矩和转速的数字值。无刷伺服电机在提供0-10.2 nm范围内的电机转矩的精确度和稳定性上具有明显优势。数字伺服控制模块控制无刷伺服电机并使其产生恒定的输出转矩。任意函数发生器可以输出直流电压给数字伺服控制模块以调整伺服控制电机的输出力矩。安装在个人计算机上软件控制界面也可以控制和显示数字伺服控制系统。图4.水液压系统的示意图图5.液压马达活塞裂痕的不同程度和位置 压电加速度计(Bruel及Kjcer型4393)安装在水液压马达电机进口附近的外壳上。加速度计的输出信号同时输入到放大器和5B41过滤器,用来降低噪音及过滤混淆频段。LabVIEW的数据采集卡(在-的MIO - 16L型- 9国家仪器公司)是用来将模拟信号转换为数字信号。在这项工作中充分考虑信号类型,采样率服从奈奎斯特公式并选为采样率2,000赫兹。各实验运行时电机的转速为630转/分可拍摄2,048个数据点的时间记录。首先,输出轴力矩为2 Nm的Nessie电机可以获得五个活塞条件下的振动信号,然后输出力矩轴为5 Nm的Nessie电机获得五个活塞条件下的振动信号。此振动信号的数据点包含转矩和速度检测器检测的电机自转周期。信号特征同时可以充分说明电机在自转周期。 使用电火花机驱动的尼斯湖水怪电机的轴向柱塞模拟一个活塞裂纹,裂缝为0.1毫米宽。这项研究工作中有五个运行的条件,他们是正常条件(NC)和四个不同类型的活塞裂缝的四个故障条件。如图5所示,以便使用尼斯湖水怪电机发现活塞裂缝位置和活塞裂纹长度的不同,四种活塞裂缝介绍如下:(1) B5mm:裂纹为5毫米长,在活塞的后部位置;;(2) B2mm:裂纹为2mm长,在活塞的后部位置;(3) F5mm:裂纹为5毫米长,在活塞的前部位置;(4) F2mm:裂纹为2mm长,在活塞的前部位置。在NC条件下和四活塞裂纹各项条件下得到的是第五振动信号。该原始振动信号的总数为250。结果与讨论 在水液压系统中,振动信号的主要来源是由电机和水泵产生的两脉动之间的相互作用,低频是由0-2,000赫兹之间基本频率的谐波成分组成2,000-6,000赫兹之间中频由压力脉动和流量脉动结构振动激发确定。振动信号与活塞室漏气具有密切的关系。该振动信号的能量包括振动信号源的许多信息。振动信号的能量是用均方根(RMS)的值来测量的。就如振动信号 0中,x 1,. N - 1, RMS值的定义式为 (3) 这种能源计量的优点是振动信号的能量特性与振动源的能量释放相关的重要物理参数直接相关。上述参数是用来分析时域振动信号。在频域范围内,如主频元件能量级,在特定的频段能量的大小是很重要的参数,并与振动信号源的密切关系。振动信号的功率谱密度(PSD)是使用传统信号的处理方法,它的定义如下: 0kN-1 (4)其中: Pk为PSDXx为振动信号xn的离散傅立叶变换T为采样周期。PSD代表信号能量的分布频率。 正如在前面已经讨论过,活塞条件与活塞腔的压力脉动和流量脉动有密切的关系。活塞腔压力变化使水液压马达振动信号产生不同的特点。为了研究在0赫兹和6000赫兹范围内的振动信号的频率特性,功率谱密度应用于分析水液压马达的振动信号。图6显示了活塞扭矩为2牛米时,五个活塞条件下的振动信号的功率谱密度。图6(a)给出了活塞裂纹在活塞后部5毫米长时,振动信号的功率谱密度。这三个主频分别为800赫兹,3000赫兹,5100赫兹。基频是800赫兹的频率的谐波,它由水液压马达和泵产生并在方程1中定义。活塞室的压力脉动和流量脉动产生的频率为3000赫兹和5000赫兹,这个频率用来评估水液压马达活塞的完整性。图6(b)给出了当活塞裂纹在活塞后部长为2mm时,振动信号的功率谱密度.。图6(c)和6(d)给出了活塞裂缝在前部时振动信号的功率谱密度。图6(e)显示了活塞正常条件下的振动信号的功率谱密度。图6(b)-6(e)中的三个主导频率分别为800赫兹,1600赫兹和3500赫兹。水液压马达和泵的基本信号的谐波频率为800和1600赫兹。活塞腔压力振动产生的频率为3500赫兹。在的。图6(b)-6(e)中的主频与图6(a)中的主频一样是800赫兹。图6(b)-6(e)中的其他主导频率为1600和3500赫兹,与图 6(a)中的其他两个主频为3000和5100赫兹是不同。图6.活塞扭矩为2Nm时,五种不同条件下的振动信号的功率谱密度在本次调查中,我们试图找到振动信号和活塞条件之间的能源关系。均方根应用于振动信号的频率分析。正如实验装置显示,一个活塞条件下的50个振动信号。得到振动信号的功率谱密度的平均均方根需要两个步骤:第一,分析振动信号的功率谱密度;第二,用均方根来计算振动信号的功率谱密度。我们分别计算五个条件下的所有活塞均方根平均值。图7显示了与在图6所示的振动信号功率谱密度的有效值。五个条件下的活塞的有效振幅分别为0.00047,0.00011,0.00016,0.00012和0.00014。在五个活塞条件中B5mm活塞的RMS放大率是最高的。与在其他四个活塞条件下的均方根振幅不同。正如在水液压马达振动机理解释的,当裂纹在后部且长度较长时,活塞室漏泄较大,产生的振动也较大。如图7所示为B5mm条件下相应振动信号的幅值大小。图7.活塞扭矩为2Nm时,不同条件下的功率谱密度的有效值图8. 活塞扭矩为2Nm时,三个主频的峰值的幅值 我们研究在不同条件下的活塞在特定频率的能量。图8显示了当活塞扭矩为2牛米时,五个活塞条件下的三下,主频为 F1的振幅0.0052,0.0018,0.0018,0.0013和0.0014。B5mm下的F1的振幅与其他四个条件的F1的幅度不同。B2mm和F5mm下的 F1的幅个主频峰振幅。F1表示五活塞条件下的频率800赫兹。在B5mm,B2mm,F5mm,F2mm和NC条件度是相同的,并且F2mm及正常条件NC 下的F1的幅度几乎相同。f2表示B5mm条件下活塞的频率3000赫兹,它与其他四条件下的活塞频率为1600赫兹不同。在B5mm,B2mm,F5mm,F2mm和NC下主频是 F2的振幅分别为0.0036,0.0004,0.0007,0.0001和0.0006。虽然在B2mm和F5mm下的F1的幅度相同,但B2mm和F5mm下的F2的幅度是不同。当在B2mm和F5mm的F1幅度相同时, F2mm和NC下的F2幅度是不同的。这样可以用F1和F2振幅来区分不同的活塞条件。F3表示B5mm条件下活塞频率5100赫兹和其他四条件下活塞频率3500赫兹。在B2mm,F5mm,F2mm和NC下的 主频为F3的幅度分别是0.0004,0.0008,0.0003和0.0003。B2mm,F5mm下的第三个主频的幅度与其他两个条件下第三个主频的振幅是不同。 在这里,我们研究了水液压马达转速一直改变的过程中,不同压力下功率谱密度和三个主频的的特点。图9. 活塞扭矩为5Nm时,五种不同条件下的振动信号的功率谱密度图10. 活塞扭矩为5Nm时,不同条件下的功率谱密度的有效值 图9显示当活塞扭矩为5nm时,五活塞条件下振动信号的功率谱密度。图9(a)显示活塞裂纹在后部且5mm长时,振动信号的功率谱密度。其中的三个主频为800,3000,5100赫兹,与图6(a)所示的情况一样。在活塞腔中由于脉动压力和流量脉动产生的频率为基频谐振频率800赫兹和频率3000和5100赫兹。图9(b)显示了活塞裂纹在后部并且2毫米长时的振动信号的功率谱密度。图9(c)和图9(d)显示了活塞裂缝的前部时振动信号的功率谱密度。图9(e)所示的是活塞健康时振动信号的功率谱密度。在图9(b)-9(e)中的三个主导频率分别是800赫兹,1600赫兹和3500赫兹。图9(a)的主频与图9(b)-9(e)的主频一样是800赫兹。图9(b)-9(e)的其他主导频率为1600和3500赫兹,与图9(a)的其他两个主频为3000和5100赫兹不同。图9与图6相比,三大主导频率相同,不同的是振幅,图9中的振幅比图6中的要高些。这是由于活塞扭矩从2牛米到5牛米增大时,活塞腔内的压力脉动和流量脉动增强,产生强烈了振动信号。 图10如图9所示显示了振动信号功率谱密度的有效值。五个活塞条件下的振幅有效值为0.0012,0.00018,0.00025,0.00024和0.00023。在B5mm活塞条件幅度有效值是在五个活塞条件中最高的, B5mm下振幅有效值比B2mm下的高,B5mm下裂纹比B2mm下的长,B5mm下泄漏比B2mm下的大, B5mm下振动信号的幅值比B2mm下的高, F5mm下振幅是F5mm,F2mm和NC条件之间最大的,NC下幅度最小。 这样活塞的五个条件下的振幅不同,由此来检测活塞条件。图11. 活塞扭矩为5Nm时,三个主频的峰值的幅值 我们还分析了在不同活塞条件下活塞在特定频率时的能量。图11显示了当活塞扭矩增加为5牛米时,五活塞条件下三主频峰的振幅。F1表示五个活塞条件下频率800赫兹。B5mm,B2mm,F5mm,F2mm和NC下主频为F1振幅分别为0.007,0.0017,0.0042,0.0045和0.0037,由于它们各不相同,就用此来分类活塞的几种不同的情况。B5mm下的F2和F3的频率为3000 5100赫兹,其他四活塞条件下的F2和F3的频率是1600和3500赫兹。B2mm, F5mm, F2mm, and NC下的主频为F2的幅值分别为0.001, 0.0021, 0.0011, and 0.0026。B2mm, F5mm, F2mm, and NC下的主频为F3的幅值分别为0.0009, 0.0013, 0.0008, and 0.0007。五个活塞条件下的三个主频幅值是不同的。与图8相比,三个主频频率一样,但主频的幅值要高。结论: 本文的重点是以自来水液压动力系统为工作原理的水液压马达活塞质量的检测和评估。模拟活塞裂缝不同大小和地点的水液压马达。功率谱密度应用于分析在不同活塞条件和不同压力水液压系统的水液压马达的振动信号。该参数均方根用于计算振动信号的功率谱密度。不同条件下活塞的均方根是不同的。该振动信号频谱显示五个活塞条件下的三个主导频率的振动信号。结果显示在不同的活塞裂纹条件下的振动信号频谱主频峰的振幅有变化。水液压系统的不同压力下,三个主导频率相同。这一趋势和三个主频振幅特征是相同的。活塞扭矩从2增大至5纳米时这三个主导频率的也幅度增加。
收藏