重庆大学本科毕业设计开题报告

附件B：

毕业设计（论文）开题报告

1课题的目的及意义

1.1毕业设计（论文）题目

液压柱塞泵状态监测与故障诊断系统设计

1.2选题的背景

随着经济的快速发展，液压系统的使用越来越广泛。相对于纯机械传动和电传动而言，液压传动具有许多突出的优点，因而发展迅速，特别是近年来，液压与微电子、计算机技术相结合，使液压技术的发展进入了一个新的阶段，成为发展最快的技术之一。液压系统已广泛运用于机械制造、工程机械、交通运输、石油化工等各个行业。而在液压系统中，液压柱塞泵是主要的动力源，液压泵的故障将会直接导致系统工作的失效，为了保证系统能正常工作，必须对其最关键的元件液压泵进行工作状态的监测，从而预报液压柱塞泵的故障。

1.3研究的目的和意义

液压柱塞泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。由于液压柱塞泵的应用非常广泛，而且在很多器械中液压泵是其动力元件，是器械最关键的元件之一，其工作状态的好坏将直接影响器械的工作性能和工作效率。因此，对液压柱塞泵的工作状态进行监测并对发生的故障及时的做出诊断和报告具有非常重要的意义，动力系统的监测与诊断也是机械故障诊断中最重要的环节之一。

对液压柱塞泵故障诊断的研究成果，为液压设备的无损维修和状态监测提供了有效的工具。同时，对柱塞泵的振动特性的研究，有助于探求泵的振动机理，为泵的低噪声化设计提供依据。

故障诊断技术，就是通过对设备、机器或系统的状态监测，了解其运动状况，预知异常或故障的原因以及异常或故障对机器未来的影响。故障诊断技术是机械设备维修技术发展的必然阶段。就应用领域而言，机械故障诊断技术已在旋转机械，往复机械，各种流程工业，机加工过程和各种基础零部件的故障诊断方面获得了应用。本次课题的研究对机械诊断技术的学习也有很大的帮助。

通过对液压柱塞泵状态监测与故障诊断系统设计的研究，了解液压柱塞泵的组织结构和工作方式，了解液压柱塞泵有哪些故障并知道如何解决，设计并优化液压柱塞泵的故障诊断监测系统，从而提升整个液压系统的工作效率和器械的工作性能。此外可对故障诊断与检测技术进行改进，提高设备工作的安全性。

1.4国内外的研究现状

液压设备是现代机械系统中的基础组成部分，由于其故障率较高，因此需要准确、及时地诊断出其故障。

液压设备中可供监测的物理量包括：

（1）振动与噪声

（2）油液的污染度

（3）声发射

（4）温度

（5）压力和流量

（6）摩擦付电阻

等。针对这些物理量，各国学者做了大量的研究工作。以下对这些工作加以综

述；并对典型液压设备柱塞泵的故障诊断，提出本文针对性的监测与诊断思路。1.4.1振动及噪声的监测与分析

一般而言，液压设备的振动是其能量转换过程中机械冲击与流体脉动的结果；

噪声则是固体振动，流体振动及空气振动的综合表现。对振动及噪声的监测能提供有关设备运行状况的丰富信息，因而成为故障诊断的最基本的方法之一，液压泵与液压系统是作为主动元件发出振动而引起的噪声的。而且其振动的频率范围很宽，一般在几百 Hz 到几十千 Hz 之间。当液压泵发生故障时，其产生的振动与噪声必然发生较大程度的变化。为此，国内、外相关专业的学者从简易诊断及精密诊断两方面，进行了了大量的研究工作。简易诊断，一般以振动功率谱的能量大小作为衡量泵工作状态的尺度，并设定基本数量级（门坎值或阀值），对设备进行定期点检。精密诊断，主要是通过分析振动的功率谱的谐波与故障之间的关系，来判断泵的工作状态。美国 Oklahoma 州立大学经过多年的实验研究，以叶片泵为对象，监测并分析了在不同原因产生的叶片泵故障与振动特征之间的关系。同时也指出了齿轮泵故障的形成与应该采用的测试手段与信号的处理方法。

振动作为一种监测手段在液压系统中已得到广泛应用。但是，液压元件的

振动及噪声的频谱是一个宽带谱。因此，在振动信号的有效获取及信号的处理方面还有大量的工作需要做。目前，国内外都在继续研究。

1.4.2声发射技术

声发射技术是一门新近发展起来的诊断方法，其基本原理是，材料在动态应变下发生高能量波，这种波的频率很高，远远超出正常机械振动的频率范围。这样，机械的故障信号和噪声信号在不同的频率范围内，因而大大地方便了诊断。由于液压系统工作时本身的流体高频噪声淹没了声发射信号，在运行状态下声发射诊断工作是无法进行的。在液压系统中，只有当泵停止工作时，以角能器为压力源，声发射诊断才有作用。这种局限性，使得声发射技术难以在液压系统的状态监测与故障诊断中获得世纪的应用。

1.4.3油液的铁谱与光谱分析

液压系统工作时，由于油中不可避免地会存在污染颗料，使液压元件产生磨损，相应的在油液中会有磨屑出现。根据油液中的磨损颗料的大小，数量及成分的变化可以判断系统的工作情况。

1.4.4温度测量

温度变化是机械设备能量转换的必然结果。液压元件工作时都会不同程度地存在能量损耗，损耗的能量绝大部分转化为热能。据此，可用热平衡方程求出元件的效率。但以温度作为监测量，易受环境温度影响且受工作液压体本身温度的影响，因此只能作辅助测量。

1.4.5压力与流量测量

液压系统在确定的工况下，每一部位都有一定的稳态参数。压力与流量就是两个反映系统工作特性最基本的物理量。只要测试的压力，流量值与正常工况值不符，就可断定系统有故障。这种方法对系统的故障报警有较大作用，是简易诊断中较为实用、可靠的一种方法。

1.4.6电阻法

将摩擦付看成一对电阻，把元件看成一个电网络，用测量摩擦付电阻的方法来监测泵的磨损是故障诊断的又一种方法。该方法需了解油液的电阻率，元件的材料电阻率，应用比较复杂。

通过以上对液压设备故障诊断研究工作的概述，本文以为，首先必须选择一种既便于检测又能充分反映设备部件工作特性的物理量作为状态监测量。在以上的几种监测量中，除振动监测外，其它物理量都只是以宏观上反映了液压元件的工作状态，很难对元件的故障形式，部位做出判断。而振动监测量，能包含元件中各部件运动状态的丰富信息，因而对液压元件的诊断尤其是精密诊断有一定的潜力。轴向柱塞泵作为一种回转机械．应用较成熟的大型回转机械的故障诊断技术。选取振动信号作为主监测参数．这主要是因为在诸多参数中．振动信号对故障反映较快、受环境污染噪声干扰小．且便于拾取和分析。因此本文将基于轴向柱塞泵的振动信号对其进行状态监测与故障诊断的研究。

2 课题任务、重点研究内容、实现途径

2.1课题主要任务

主要内容:

综合运用机械电子专业的《电工技术》、《传感检测技术》、《微型计算机接口技术》、《机械工程测试原理与技术》等主干课程知识,设计针对测试仪器的硬件系统。主要内容包括: (1)设计液压柱塞泵状态监测与故障诊断硬件系统. (2)开发液压柱塞泵状态监测与故障诊断软件.（3）仿真验证液压柱塞泵状态监测与故障诊断系统功能。

2.2 重点研究内容

（1）液压柱塞泵的概念、种类、用途、应用领域及轴向柱塞泵的结构。

（2）轴向柱塞泵的工作原理及主要性能指标。

（3）轴向柱塞泵容易产生的各种故障及各种故障产生的主要原因。

（4）轴向柱塞泵正常和异常情况下振动情况和产生的振动信号的特点。

（5）故障诊断技术的概念、应用、特点、及现阶段的发展情况和未来的发展趋势。

（6）传感器的种类、概念、工作原理和应用及重点介绍本次课题中选取的传感器。

（7）轴向柱塞泵上传感器的布控及数据的采集和数据的分析及数据的处理。

（8）labview软件的功能、用途、使用方法及在本次课题中如何使用。

（9）根据研究情况编制状态监测与故障诊断相关程序或软件，并用相关软件labview进行仿真。（10）对本次课题研究进行总的分析总结，得出研究结果并作出研究结论。

2.3 实现途径

（1）液压柱塞泵是液压系统中的核心元件，在现代社会生产中液压轴向柱塞泵的应用最为广泛，国内外对液压轴向柱塞泵的研究比较全面，因此选取液压轴向柱塞泵作为本次课题的研究对象。（2）国内外用于轴向柱塞泵状态监测与故障诊断的方法有很多种，基于振动信号的诊断方法应用较广并且相对容易，在诸多参数中．振动信号对故障反映较快、受环境污染噪声干扰小，且便于拾取和分析。同时流量也是液压柱塞泵的一个重要特性。因此本文将基于轴向柱塞泵的振动信号和流量特性对其进行状态监测与故障诊断的研究。

（3）根据轴向柱塞泵运行状况选取振动加速度、振动速度、流量作为监测泵运行状况的主要信号，并同时对泵的整体振动情况进行监控。

（4）针对每个参量选取相应传感器。如速度传感器，加速度传感器，振动传感器等，流量传感器。（5）确定传感器的布控位置，液压柱塞泵在工作时壳体振动比较明显，因此主要布控位置在壳体