基于可视化技术的液压管道振动检测装置研究

    南洪宇+王宇雁+李嘉文+孙泽贤

    

    

    

    摘 要：随着我国工业化进程的加快，很多大型液压设备得到了广泛应用。液压传动省力方便，但却易于损坏，因而液压系统故障诊断的重要性日益突出。文章主要对液压系统故障的诊断方法及不同方法的优缺点进行了归纳。基于振动可视化技术的液压系统故障诊断方法，是采用改变液压管道管壁接触力的方式对液压系统的故障进行诊断，通过可视化技术观察管壁设备的关键点在时间和频率上的变化，并以大量数据作为液压系统故障的依据。先通过简单的固定装置得到液压系统管道基本数据，再利用其他仪器使液压管道的振动信号表示出来，通过振动的可视化对液压系统的工作状态进行实时检测。

    关键词：液压系统故障诊断；振动可视化；振动检测

    利用振动进行工况分析在动设备的诊断中最为常用[1]，获得振动信号的准确性是实现精确诊断故障的前提与基础。当设备出现故障时，故障源一定会通过传播途径向各个方向传播[2-3]，而对于一般动设备系统的可视研究与应用尚还处于试探研究阶段由于液压系统的各元件及工作液都处于封闭的状态，一旦发生故障不仅排查困难而且容易带来巨大损失。因此提前发现设备故障就变得具有重要意义。为完整而准确地获得液压系统的振动信息，需要对液压管道进行全面检测，限于实际工况或现在已经有的检测手段，绝大多数基于振动信息的有效数据仅仅只是几个振动点的检测，这种情况在一定程度上对液压管道故障的诊断带来了一定的局限性，使之不能完全地表现液压系统的真实运作情况。因此，改善和增加振动数据的获取手段就显得十分重要了。有时候还必须知道液压管道的震动情况来了解机器运行状况，所以现在需要一款装置能够帮助人精准测量液压管道的震动力变化情况。本产品就是用传感器和其他仪器来精准测量液压管道震动力的装置。

    1 系统建模

    本文所建立的液压管道加持装置相对简单，但需要进行一些假设：（1）各零件均假设为刚体，在外部作用力的作用下柔性变形忽略不计，接触时会发生弹性变形。（2）装配间隙制造等误差忽略不计。（3）各零件的形心与质心重合。（4）忽略零件转动时的摩擦因数。

    1.1 参数及模型的建立

    固定装置与调节装置用UG建模，保存格式为默认，文件名以及路径设置为英文。装置的材料均为合金钢钢，材质的属性如表1所示。

    所建立的装置模型如图1所示，该装置主要由压力传感器、电动马达、楔形键、供电电池和螺母组成。首先要考虑到如何能使检测器稳定的与管道贴合并且不影响测量频率的准确性，其次是如何对振动频率进行更精准的检测。对于使测量器稳定的与管道贴合，检测器采用三角架式固定，外框用3个螺栓固定，然后里面用3个楔形键并且带螺纹，通过马达调节楔形键使测量器与管道稳定贴合，在检测器与管道之间放有压力传感器。压力传感器显示测量器与管道之间压力，然后通过马达带动楔形键进而调节管道与检测器之间压力，使测量的震动频率更准确。

    1.2 工作原理及特点

    工作过程如下：用压力传感器触碰液压管道，然后根据液压管道的大小，使电动马达带动螺母转动达到紧紧包住管道的状态，提高测量液压管道震动的精度，该装置可以实现液压管壁接触力的自动调节，在马达的转动下由于装置里面的3个键是具有一定斜度的楔形键所以可以实现管壁外力的调节。同时装置上配备的压力传感器可以显示出此时施加力的大小，并在其他一些设备的辅助下可以實现对液压管道振动数据的实时监测。该装置使用3个楔形键可以保证对管道各个方向都施加以力的作用，避免了单向受力从而引起的实验数据失真现象的发生，最大限度地保证了数据的可靠性。此外该装置由于使用小型马达产生驱动，所以该装置的供电系统比较方便、简单、灵活。可以根据现场的工况就地取材，即可以实现电池供电也可以使用充电宝等移动电源设备。

    2 液压加持装置的仿真分析

    该装置在工作时主要是受到来自管道的压力，用SolidWorks对装置进行仿真，大小为10 N时的仿真结果如图2—3所示。由图2可知von mises应力最大为0.258 N/mm2，由图3可知最大位移为6.557×10-6 mm，通过仿真并对数据进行分析后可知该装置符合设计要求。

    3 液压管道振动检测装置特点

    本文主要介绍了液压管道振动检测装置其主要特点：（1）耗能较小，减少污染。（2）使用效率高，一次测量可以测量出多组数据。（3）可以实现小型化，便于工程人员携带而且实现了部分功能的自动化，将工程人员从繁琐的拆装任务中解放出来。

    4 结语

    液压管道振动信息的准确获取是实现对液压系统故障诊断分析的基础和关键，液压系统是集机、电、液于一体的综合系统，系统具有多变性。能够引起液压系统故障的原因有很多种，这也直接造成了液压系统故障诊断难度的加大。不过液压系统也具有很多独特的特点，只要掌握这些规律，把握发展方向进行研究就会取得进步。通过检测设备和可视化设备的不断发展以及手段的不断完善，复杂的液压系统故障诊断这个难题终将得到解决。

    [参考文献]

    [1]何正嘉，訾艳阳，孟庆丰，等.机械设备非平稳信号的故障诊断原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2001.

    [2]徐敏，黄邵毅.设备故障诊断手册—机械设备状态检测和故障诊断[M].西安：西安交通大学出版社，1998.

    [3]张义民.振动系统随机传递路径响应分析[J].工程力学，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 detection