关键词:
泵控马达系统
压力拍振
变分模态分解
特征提取
工程应用
摘要:
随着现代工业技术的不断提高,高速、高压、节能以及可靠已经成为液压系统的发展趋势,是变转速泵控马达系统设计与研究的目标。在液压系统的实际工作中,由于液压泵自身结构特性,自液压泵出口开始输出的压力与流量就并非绝对稳定,而是以一定的振荡输出。油液流经液压马达时,由于柱塞马达的工作特性和结构参数,也同样会产生压力脉动。在一定的压力与转速条件下,如果设计参数不合适,泵的脉动频率与马达的脉动频率相接近时,系统会发生强烈的压力拍振现象。液压系统发生压力拍振现象时,一方面可以增强油液压力的破坏性以及动态信息传递的非平稳性,另一方面在被调制的压力信号中又蕴含了丰富的液压系统运行状态信息。因此开展对于液压系统压力拍振机理及其信号特征的精确提取研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文针对变转速泵控马达液压系统,在对系统中压力拍振产生机理进行理论分析的基础上,利用变分模态分解(VMD)方法对拍振压力信号进行了特征的准确提取,为研究变转速、变负载工况下拍振的作用规律及应用方法研究提供了技术支持。本文完成的主要研究工作如下:(1)建立泵控马达液压系统压力拍振的数学模型,通过理论分析其产生的条件:柱塞泵的压力与柱塞马达的脉动频率接近。合成新的压力最大值为泵与马达压力脉动幅值之和,频率为泵与马达压力脉动频率之差。(2)基于AMEsim软件搭建泵控马达闭式液压系统的仿真模型,并通过机电液一体化试验平台验证所建模型的有效性与准确性。(3)结果表明:随着转速的升高,液压系统压力拍振幅值增大,周期减小;随着系统压力的增大,液压系统压力拍振周期不变,幅值增大。液压系统压力拍振的剧烈程度与管路长度、管路直径负相关,与液压油温度、液压油含气量正相关。(4)压力拍振信号可视为泵与马达压力脉动信号的增益信号,蕴含了丰富的液压系统运行状态信息,但由于液压系统压力拍振信号是时变非平稳信号,传统时频分析方法有一定局限性。因此,本文基于变分模态分解的泵控马达液压系统压力拍振信号特征提取方法,准确从复杂压力信号中分离出拍振分量,为后续的实验研究提供方法支持。(5)基于所搭建的泵控马达闭式液压系统仿真模型与机电液一体化试验平台,对系统压力拍振的工程应用进行研究,结果表明:液压系统压力拍振的频率能够简化泵控马达液压系统阻尼比的计算;压力拍振对于柱塞磨损等液压系统常见故障的故障特征有明显的放大作用,能够为液压系统故障诊断手段的丰富提供参考。蓄能器对于液压系统压力拍振有着明显的减弱作用,但不能完全抑制压力拍振的产生。