1、附件B:畢業設計（論文）開題報告1課題的目的及意義1.1 畢業設計（論文）題目液壓柱塞泵狀態監測與故障診斷系統設計1.2 選題的背景隨著經濟的快速發展，液壓系統的使用越來越廣泛。相對于純機械傳動和電傳動而言，液壓傳動具有許多突出的優點，因而發展迅速，特別是近年來，液壓與微電子、計算機技術相結合，使液壓技術的發展進入了一個新的階段，成為發展最快的技術之一。液壓系統已廣泛運用于機械制造、工程機械、交通運輸、石油化工等各個行業。而在液壓系統中，液壓柱塞泵是主要的動力源，液壓泵的故障將會直接導致系統工作的失效，為了保證系統能正常工作，必須對其最關鍵的元件液壓泵進行工作狀態的監測，從而預報液壓柱塞泵的故

2、障。1.3 研究的目的和意義液壓柱塞泵是液壓系統的一個重要裝置。它依靠柱塞在缸體中往復運動，使密封工作容腔的容積發生變化來實現吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結構緊湊、效率高和流量調節方便等優點,被廣泛應用于高壓、大流量和流量需要調節的場合，諸如液壓機、工程機械和船舶中。由于液壓柱塞泵的應用非常廣泛，而且在很多器械中液壓泵是其動力元件，是器械最關鍵的元件之一，其工作狀態的好壞將直接影響器械的工作性能和工作效率。因此，對液壓柱塞泵的工作狀態進行監測并對發生的故障及時的做出診斷和報告具有非常重要的意義，動力系統的監測與診斷也是機械故障診斷中最重要的環節之一。對液壓柱塞泵故障診斷的研究成果，為液壓

3、設備的無損維修和狀態監測提供了有效的工具。同時，對柱塞泵的振動特性的研究，有助于探求泵的振動機理，為泵的低噪聲化設計提供依據。故障診斷技術，就是通過對設備、機器或系統的狀態監測，了解其運動狀況，預知異常或故障的原因以及異常或故障對機器未來的影響。故障診斷技術是機械設備維修技術發展的必然階段。就應用領域而言，機械故障診斷技術已在旋轉機械，往復機械，各種流程工業，機加工過程和各種基礎零部件的故障診斷方面獲得了應用。本次課題的研究對機械診斷技術的學習也有很大的幫助。通過對液壓柱塞泵狀態監測與故障診斷系統設計的研究，了解液壓柱塞泵的組織結構和工作方式，了解液壓柱塞泵有哪些故障并知道如何解決，設計并優化

4、液壓柱塞泵的故障診斷監測系統，從而提升整個液壓系統的工作效率和器械的工作性能。此外可對故障診斷與檢測技術進行改進，提高設備工作的安全性。1.4 國內外的研究現狀液壓設備是現代機械系統中的基礎組成部分，由于其故障率較高，因此需要準確、及時地診斷出其故障。液壓設備中可供監測的物理量包括：(1)振動與噪聲(2)油液的污染度(3)聲發射(4)溫度(5)壓力和流量(6)摩擦付電阻等。針對這些物理量，各國學者做了大量的研究工作。以下對這些工作加以綜述；并對典型液壓設備柱塞泵的故障診斷，提出本文針對性的監測與診斷思路。1.4.1 振動及噪聲的監測與分析一般而言，液壓設備的振動是其能量轉換過程中機械沖擊與流體

5、脈動的結果；噪聲則是固體振動，流體振動及空氣振動的綜合表現。對振動及噪聲的監測能提供有關設備運行狀況的豐富信息，因而成為故障診斷的最基本的方法之一，液壓泵與液壓系統是作為主動元件發出振動而引起的噪聲的。而且其振動的頻率范圍很寬，一般在幾百Hz到幾十千Hz之間。當液壓泵發生故障時，其產生的振動與噪聲必然發生較大程度的變化。為此，國內、外相關專業的學者從簡易診斷及精密診斷兩方面，進行了了大量的研究工作。簡易診斷，一般以振動功率譜的能量大小作為衡量泵工作狀態的尺度，并設定基本數量級(門坎值或閥值)，對設備進行定期點檢。精密診斷，主要是通過分析振動的功率譜的諧波與故障之間的關系，來判斷泵的工作狀態。美

6、國Oklahoma州立大學經過多年的實驗研究，以葉片泵為對象，監測并分析了在不同原因產生的葉片泵故障與振動特征之間的關系。同時也指出了齒輪泵故障的形成與應該采用的測試手段與信號的處理方法。振動作為一種監測手段在液壓系統中已得到廣泛應用。但是，液壓元件的振動及噪聲的頻譜是一個寬帶譜。因此，在振動信號的有效獲取及信號的處理方面還有大量的工作需要做。目前，國內外都在繼續研究。1.4.2 聲發射技術聲發射技術是一門新近發展起來的診斷方法，其基本原理是，材料在動態應變下發生高能量波，這種波的頻率很高，遠遠超出正常機械振動的頻率范圍。這樣，機械的故障信號和噪聲信號在不同的頻率范圍內，因而大大地方便了診斷。

7、由于液壓系統工作時本身的流體高頻噪聲淹沒了聲發射信號，在運行狀態下聲發射診斷工作是無法進行的。在液壓系統中，只有當泵停止工作時，以角能器為壓力源，聲發射診斷才有作用。這種局限性，使得聲發射技術難以在液壓系統的狀態監測與故障診斷中獲得世紀的應用。1.4.3 油液的鐵譜與光譜分析液壓系統工作時，由于油中不可避免地會存在污染顆料，使液壓元件產生磨損，相應的在油液中會有磨屑出現。根據油液中的磨損顆料的大小，數量及成分的變化可以判斷系統的工作情況。1.4.4 溫度測量溫度變化是機械設備能量轉換的必然結果。液壓元件工作時都會不同程度地存在能量損耗，損耗的能量絕大部分轉化為熱能。據此，可用熱平衡方程求出元件

8、的效率。但以溫度作為監測量，易受環境溫度影響且受工作液壓體本身溫度的影響，因此只能作輔助測量。1.4.5 壓力與流量測量液壓系統在確定的工況下，每一部位都有一定的穩態參數。壓力與流量就是兩個反映系統工作特性最基本的物理量。只要測試的壓力，流量值與正常工況值不符，就可斷定系統有故障。這種方法對系統的故障報警有較大作用，是簡易診斷中較為實用、可靠的一種方法。1.4.6 電阻法將摩擦付看成一對電阻，把元件看成一個電網絡，用測量摩擦付電阻的方法來監測泵的磨損是故障診斷的又一種方法。該方法需了解油液的電阻率，元件的材料電阻率，應用比較復雜。通過以上對液壓設備故障診斷研究工作的概述，本文以為，首先必須選擇

9、一種既便于檢測又能充分反映設備部件工作特性的物理量作為狀態監測量。在以上的幾種監測量中，除振動監測外，其它物理量都只是以宏觀上反映了液壓元件的工作狀態，很難對元件的故障形式，部位做出判斷。而振動監測量，能包含元件中各部件運動狀態的豐富信息，因而對液壓元件的診斷尤其是精密診斷有一定的潛力。軸向柱塞泵作為一種回轉機械.應用較成熟的大型回轉機械的故障診斷技術。選取振動信號作為主監測參數.這主要是因為在諸多參數中.振動信號對故障反映較快、受環境污染噪聲干擾小.且便于拾取和分析。因此本文將基于軸向柱塞泵的振動信號對其進行狀態監測與故障診斷的研究。2課題任務、重點研究內容、實現途徑課題主要任務主要內容：綜

10、合運用機械電子專業的電工技術、傳感檢測技術、微型計算機接口技術、機械工程測試原理與技術等主干課程知識，設計針對測試儀器的硬件系統。主要內容包括：(1)設計液壓柱塞泵狀態監測與故障診斷硬件系統.(2)開發液壓柱塞泵狀態監測與故障診斷軟件.(3)仿真驗證液壓柱塞泵狀態監測與故障診斷系統功能。重點研究內容(1)液壓柱塞泵的概念、種類、用途、應用領域及軸向柱塞泵的結構。(2)軸向柱塞泵的工作原理及主要性能指標。(3)軸向柱塞泵容易產生的各種故障及各種故障產生的主要原因。(4)軸向柱塞泵正常和異常情況下振動情況和產生的振動信號的特點。(5)故障診斷技術的概念、應用、特點、及現階段的發展情況和未來的發展趨

11、勢。(6)傳感器的種類、概念、工作原理和應用及重點介紹本次課題中選取的傳感器。(7)軸向柱塞泵上傳感器的布控及數據的采集和數據的分析及數據的處理。(8)labview軟件的功能、用途、使用方法及在本次課題中如何使用。(9)根據研究情況編制狀態監測與故障診斷相關程序或軟件，并用相關軟件labview進行仿真。(10)對本次課題研究進行總的分析總結，得出研究結果并作出研究結論。2.3實現途徑(1)液壓柱塞泵是液壓系統中的核心元件，在現代社會生產中液壓軸向柱塞泵的應用最為廣泛，國內外對液壓軸向柱塞泵的研究比較全面，因此選取液壓軸向柱塞泵作為本次課題的研究對象。(2)國內外用于軸向柱塞泵狀態監測與故障

12、診斷的方法有很多種，基于振動信號的診斷方法應用較廣并且相對容易，在諸多參數中.振動信號對故障反映較快、受環境污染噪聲干擾小，且便于拾取和分析。同時流量也是液壓柱塞泵的一個重要特性。因此本文將基于軸向柱塞泵的振動信號和流量特性對其進行狀態監測與故障診斷的研究。(3)根據軸向柱塞泵運行狀況選取振動加速度、振動速度、流量作為監測泵運行狀況的主要信號，并同時對泵的整體振動情況進行監控。(4)針對每個參量選取相應傳感器。如速度傳感器，加速度傳感器，振動傳感器等，流量傳感器。(5)確定傳感器的布控位置，液壓柱塞泵在工作時殼體振動比較明顯，因此主要布控位置在殼體上。(6)對泵的運行狀態進行監測，通過傳感器和

13、數據采集器等采集并記錄泵運行時的各種參量的數據。(7)對數據進行分析處理：(有離散傅里葉變換DFT方法極其快速算法FFT方法，相關儀器有FFT分析儀)圖1(8)對以上數據和有些結果用labview軟件進行分析處理，編制軸向柱塞泵的狀態監測和故障診斷的相關軟件，并用labview軟件對其進行仿真驗證。圖2經過多次試驗后，可將液壓軸向柱塞泵正常運行情況下的振動信號和有關參量數值分析處理后的數據存入計算機并作為軸向柱塞泵正常工作時工作狀態的標準。當對某一臺正在運行的液壓軸向柱塞泵進行狀態監測和故障診斷時，可以運用以上有關步驟采集軸向柱塞泵運行時的振動信號和各個參量的數據，將信號和數據分析處理后輸入計

14、算機，計算機可將其與正常工作情況下的數據信息進行對比，對比后如果輸入的數據信息處在正常工作的數據信息范圍內或與之差異不大，則表明正在監測和診斷的液壓柱塞泵工作正常；反之，如果輸入的數據信息與計算機中儲存的正常工作時的數據信息差異較大，則表明所監測和診斷的液壓軸向柱塞泵運行不正常，出現了故障，則應當對其進行維修和處理。3進度計劃廳P起止周次工作內容14周至6周明確設計任務，譯文，撰寫開題報告27周至8周總體方案設計和數據米集方案設計39周至10周主要元器件的選用、學習相關軟件的使用410周至11周采集數據并進行分析處理512周至14周編寫主程序并設計軟件615周至16周進行仿真實驗并完成畢業設計

15、論文717周答辯學生簽名:4、指導教師意見：教師簽名：參考文獻:1秦樹人.機械工程測試原理與技術.2002.重慶大學出版社.2馬毓姝.雙排式軸向柱塞泵的設計及動力特性研究D.蘭州理工大學20113許書生.軸向柱塞泵摩擦副特性測試的結構優化設計與實驗研究D.浙江大學20114金梅.平衡式均流量軸向柱塞泵的理論研究D.安徽理工大學20125王克龍.雙聯軸向柱塞泵流量特性的研究D.哈爾濱工業大學20116紀明.滾動軸承故障診斷算法及軟件D.蘭州理工大學20087秦彥凱.電液比例變排量軸向柱塞泵控制特性研究D.太原理工大學20128熊小平.A11VO軸向柱塞泵配流特性的研究D.西南交通大學2010HuangNE,ShenZ,LongSR,etal.TheempiricalmodedecompositionandtheHilbertspectrumfornonlinearandnon-stationarytimeseriesanalysis.ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonA.1998Vibration-basedfaultdiagnosisofpumpusingfuzzytechniqueJiangpingWang,HongtaoHu,aSchoolofMechanical