基于油压信号的液压泵状态分析
邹军华 周进 芮挺 朱会杰
(1.解放军理工大学野战工程学院，江苏南京210007; 2.江苏经贸职业技术学院，江苏南京210007)

摘要:液压系统中油压波动受到多种因素的影响，很难直观判断。液压泵还受到系统中阀、油管等的综合影响，在分析液压泵状态时不能忽略这些因素。文章通过搭建简易的液压回路，通过多个压力测点，分析了液压泵不同状态下的信息，并与振动信号进行对比，验证了油压信号能够更好地反映液压系统动态信息。

关键词:液压泵;溢流阀;压力信号

液压泵是液压系统的“心脏”:它将柴油机、电机等原动机的机械能转化为液压能，并通过液压油传送到系统各处，为系统运行提供动力。传统的液压泵状态监测与故障诊断的方法多是基于液压泵壳体的振动信号，但壳体振动信号比油压信号含有更多噪声。液压系统工作过程中，油液压力波动是泵、溢流阀、执行装置、管道等共同作用的结果。任何一个部分出现问题，都会对油液压力产生影响，并体现在油液压力波动曲线上。尽管己经有不少学者建立了液压泵出油口压力仿真模型，但由于仿真模型难以全而考虑实际情况，常常与实际的压力脉动差异很大，因此有必要通过实测压力信号对液压泵与溢流阀状态进行分析。本文以PPQS01型PT喷油器试验台中的齿轮泵为研究对象，搭建了简易的液压回路系统。在泵出口与与泵壳上采集了油压信号与振动信号，对比了油压信号与振动信号，并对液压泵状态进行了分析。

1  试验设置

1.1 液压回路的搭建

PPQS01型PT喷油器试验台液压系统的简化油路图如图1所示，该系统由液压油、管路、油箱、液压泵、溢流阀、换向阀和液压缸等组成。电机启动时，液压泵开始工作，若此时换向阀处于中位，液压泵泵出油液将通过溢流阀直接回油箱。需要说明的是:从图1中看，似乎B处与E处油压差别不大，但实际液压系统中这两处油压差别显著，具体情况将在下一节中详细论述。

1.2 实验设置

液压泵出口压力最能直接反应液压泵的状态信息，因此将第一个传感器布置在B处用于分析液压泵的直接状态信息。液压回路中其他元件会对液压泵压力脉动产生何种影响难以估计，为了简易起见，试验时将换向阀关闭，整个液压系统仅靠溢流阀回油到油箱，同时在E处布置一个压力传感器，用于分析溢流阀对油压波动的影响。此外，分别在泵壳上布置振动传感器，用于与压力信号对比。试验时液压系统换向阀处于中位、差动式溢流阀调定压力为1.05Mp a，这样液压油无法进入液压缸，只能从溢流阀回流至油箱。液压泵型号为CB-B10，转速为1450r加in。通过多次实验，将采样频率设置为10kHz时能够较好地反映液压泵与阀的状态信息，因此这里将采样频率设置为10kHz。

   1液压泵2溢流阀3换向阀4液压缸
   图1压力传感器安装位置

2 实测油压信号分析

要从油压信号中获取液压泵、溢流阀的状态信息，仅仅对液压系统某工作状态下的油压信号进行分析是不全而的，需要对不同工作状态下的特定部位的油压信号进行采集、分析处理。采集到信号后，需要根据信号的自身特点，采取适当的方法，才能从实际压力信号中有效提取出齿轮泵实际工作状态信息。

2.1 实测油压信号、振动信号

为了全而分析泵的状态信息，分别从压力信号的时域与频域与振动信号进行对比，如图2所示。

(a)泵平稳工作时B处油压信号及其下幅值谱

(b)泵平稳工作时E处油压信号及其下幅值谱

(c)泵平稳工作时泵壳体振动信号及其下幅值谱

图2实测信号时域图及其FFT幅值谱

2.2 实测信号对比分析

在仿真模型中，一般忽略管路(受控腔)对油压的影响，那么图1中B点与E点压力应该相等。但从图2 (a)与(b)的对比中可以看出，这两个测压口的压力虽然平均值相差不大，但压力波动幅度与频率有显著差别。泵平稳工作时，靠近泵出口的B点压力上下波动幅度达0.6MPa，而E点压力上下波动幅度只有0.2MPa; B点压力频率以啮合频率364Hz及其二倍频、三倍频为主，转动频率24.4Hz及其倍频处虽有峰值，但幅度太小，而E点压力啮合频率364Hz及其二倍频、转动频率24.4及其倍频处都有显著峰值。

以上对比说明:从齿轮泵出口到溢流阀进口的油液管路具有抑制压力波动幅度的作用;要获得齿轮泵的状态信息，最好在靠近齿轮泵出口处进行油压信号采集。另外由图2 (a)可以看出，实测油压信号中，啮合频率虽然是主要成分，但实测信号中啮合频率受到了转动频率的显著调制，这可能是由于齿轮加工精度、安装精度、齿轮出现磨损等原因造成的。具体原因需要更多的实验来确定，由于各种条件的限制，本文不展开论述。
    图2(c)是泵壳体振动信号，与图2 (a)等油压信号相比，其频率成分比较复杂，除啮合频率的二倍频处的显著峰值外，其余峰值所具有的物理意义不太显著、难以识别。这从这个方而说明，与泵壳体振动信号相比，从泵出口压力信号中提取出泵状态特征信息更为容易。

3 结语

通过对齿轮泵不同的位置采集油压信号与振动信号，经对比分}ff}三要可以得到以下结论:(1)一些液压元件的油压信号比振动信号的频谱的物理意义更为显著，更易识别。与振动信号相比，从油压信号中更易提取出相应液压元件的状态信息。(2)液压系统中同一管路两端压力的实际值与变化规律并不一定相同，液压系统中的容腔具有一定的抑制油压波动的作用。