重慶大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計開題報告

1、附件B:畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1課題的目的及意義1.1 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目液壓柱塞泵狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計1.2 選題的背景隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，液壓系統(tǒng)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(yōu)點，因而發(fā)展迅速，特別是近年來，液壓與微電子、計算機技術(shù)相結(jié)合，使液壓技術(shù)的發(fā)展進入了一個新的階段，成為發(fā)展最快的技術(shù)之一。液壓系統(tǒng)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(yè)。而在液壓系統(tǒng)中，液壓柱塞泵是主要的動力源，液壓泵的故障將會直接導(dǎo)致系統(tǒng)工作的失效，為了保證系統(tǒng)能正常工作，必須對其最關(guān)鍵的元件液壓泵進行工作狀態(tài)的監(jiān)測，從而預(yù)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(tǒng)的一個重要裝置。它依靠柱塞在缸體中往復(fù)運動，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)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(yīng)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(guān)鍵的元件之一，其工作狀態(tài)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(tài)進行監(jiān)測并對發(fā)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(tǒng)的監(jiān)測與診斷也是機械故障診斷中最重要的環(huán)節(jié)之一。對液壓柱塞泵故障診斷的研究成果，為液壓

3、設(shè)備的無損維修和狀態(tài)監(jiān)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(shè)計提供依據(jù)。故障診斷技術(shù)，就是通過對設(shè)備、機器或系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測，了解其運動狀況，預(yù)知異?；蚬收系脑蛞约爱惓；蚬收蠈C器未來的影響。故障診斷技術(shù)是機械設(shè)備維修技術(shù)發(fā)展的必然階段。就應(yīng)用領(lǐng)域而言，機械故障診斷技術(shù)已在旋轉(zhuǎn)機械，往復(fù)機械，各種流程工業(yè)，機加工過程和各種基礎(chǔ)零部件的故障診斷方面獲得了應(yīng)用。本次課題的研究對機械診斷技術(shù)的學(xué)習(xí)也有很大的幫助。通過對液壓柱塞泵狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計的研究，了解液壓柱塞泵的組織結(jié)構(gòu)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(shè)計并優(yōu)化

4、液壓柱塞泵的故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)，從而提升整個液壓系統(tǒng)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(shù)進行改進，提高設(shè)備工作的安全性。1.4 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀液壓設(shè)備是現(xiàn)代機械系統(tǒng)中的基礎(chǔ)組成部分，由于其故障率較高，因此需要準(zhǔn)確、及時地診斷出其故障。液壓設(shè)備中可供監(jiān)測的物理量包括：(1)振動與噪聲(2)油液的污染度(3)聲發(fā)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(xué)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(shè)備柱塞泵的故障診斷，提出本文針對性的監(jiān)測與診斷思路。1.4.1 振動及噪聲的監(jiān)測與分析一般而言，液壓設(shè)備的振動是其能量轉(zhuǎn)換過程中機械沖擊與流體

5、脈動的結(jié)果；噪聲則是固體振動，流體振動及空氣振動的綜合表現(xiàn)。對振動及噪聲的監(jiān)測能提供有關(guān)設(shè)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(tǒng)是作為主動元件發(fā)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(dāng)液壓泵發(fā)生故障時，其產(chǎn)生的振動與噪聲必然發(fā)生較大程度的變化。為此，國內(nèi)、外相關(guān)專業(yè)的學(xué)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(tài)的尺度，并設(shè)定基本數(shù)量級(門坎值或閥值)，對設(shè)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(guān)系，來判斷泵的工作狀態(tài)。美

6、國Oklahoma州立大學(xué)經(jīng)過多年的實驗研究，以葉片泵為對象，監(jiān)測并分析了在不同原因產(chǎn)生的葉片泵故障與振動特征之間的關(guān)系。同時也指出了齒輪泵故障的形成與應(yīng)該采用的測試手段與信號的處理方法。振動作為一種監(jiān)測手段在液壓系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)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(nèi)外都在繼續(xù)研究。1.4.2 聲發(fā)射技術(shù)聲發(fā)射技術(shù)是一門新近發(fā)展起來的診斷方法，其基本原理是，材料在動態(tài)應(yīng)變下發(fā)生高能量波，這種波的頻率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(nèi)，因而大大地方便了診斷。

7、由于液壓系統(tǒng)工作時本身的流體高頻噪聲淹沒了聲發(fā)射信號，在運行狀態(tài)下聲發(fā)射診斷工作是無法進行的。在液壓系統(tǒng)中，只有當(dāng)泵停止工作時，以角能器為壓力源，聲發(fā)射診斷才有作用。這種局限性，使得聲發(fā)射技術(shù)難以在液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中獲得世紀(jì)的應(yīng)用。1.4.3 油液的鐵譜與光譜分析液壓系統(tǒng)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(chǎn)生磨損，相應(yīng)的在油液中會有磨屑出現(xiàn)。根據(jù)油液中的磨損顆料的大小，數(shù)量及成分的變化可以判斷系統(tǒng)的工作情況。1.4.4 溫度測量溫度變化是機械設(shè)備能量轉(zhuǎn)換的必然結(jié)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(zhuǎn)化為熱能。據(jù)此，可用熱平衡方程求出元件

8、的效率。但以溫度作為監(jiān)測量，易受環(huán)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(tǒng)在確定的工況下，每一部位都有一定的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。壓力與流量就是兩個反映系統(tǒng)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(tǒng)有故障。這種方法對系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)，用測量摩擦付電阻的方法來監(jiān)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(yīng)用比較復(fù)雜。通過以上對液壓設(shè)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(shè)備部件工作特性的物理量作為狀態(tài)監(jiān)測量。在以上的幾種監(jiān)測量中，除振動監(jiān)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(tài)，很難對元件的故障形式，部位做出判斷。而振動監(jiān)測量，能包含元件中各部件運動狀態(tài)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(zhuǎn)機械.應(yīng)用較成熟的大型回轉(zhuǎn)機械的故障診斷技術(shù)。選取振動信號作為主監(jiān)測參數(shù).這主要是因為在諸多參數(shù)中.振動信號對故障反映較快、受環(huán)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(tài)監(jiān)測與故障診斷的研究。2課題任務(wù)、重點研究內(nèi)容、實現(xiàn)途徑課題主要任務(wù)主要內(nèi)容：綜

10、合運用機械電子專業(yè)的電工技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、微型計算機接口技術(shù)、機械工程測試原理與技術(shù)等主干課程知識，設(shè)計針對測試儀器的硬件系統(tǒng)。主要內(nèi)容包括：(1)設(shè)計液壓柱塞泵狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷硬件系統(tǒng).(2)開發(fā)液壓柱塞泵狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷軟件.(3)仿真驗證液壓柱塞泵狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)功能。重點研究內(nèi)容(1)液壓柱塞泵的概念、種類、用途、應(yīng)用領(lǐng)域及軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)。(2)軸向柱塞泵的工作原理及主要性能指標(biāo)。(3)軸向柱塞泵容易產(chǎn)生的各種故障及各種故障產(chǎn)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(chǎn)生的振動信號的特點。(5)故障診斷技術(shù)的概念、應(yīng)用、特點、及現(xiàn)階段的發(fā)展情況和未來的發(fā)展趨

11、勢。(6)傳感器的種類、概念、工作原理和應(yīng)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(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的分析及數(shù)據(jù)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(jù)研究情況編制狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷相關(guān)程序或軟件，并用相關(guān)軟件labview進行仿真。(10)對本次課題研究進行總的分析總結(jié)，得出研究結(jié)果并作出研究結(jié)論。2.3實現(xiàn)途徑(1)液壓柱塞泵是液壓系統(tǒng)中的核心元件，在現(xiàn)代社會生產(chǎn)中液壓軸向柱塞泵的應(yīng)用最為廣泛，國內(nèi)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(nèi)外用于軸向柱塞泵狀態(tài)監(jiān)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(yīng)用較廣并且相對容易，在諸多參數(shù)中.振動信號對故障反映較快、受環(huán)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(tài)監(jiān)測與故障診斷的研究。(3)根據(jù)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(jiān)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(jiān)控。(4)針對每個參量選取相應(yīng)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(tài)進行監(jiān)測，通過傳感器和

13、數(shù)據(jù)采集器等采集并記錄泵運行時的各種參量的數(shù)據(jù)。(7)對數(shù)據(jù)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(guān)儀器有FFT分析儀)圖1(8)對以上數(shù)據(jù)和有些結(jié)果用labview軟件進行分析處理，編制軸向柱塞泵的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的相關(guān)軟件，并用labview軟件對其進行仿真驗證。圖2經(jīng)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(guān)參量數(shù)值分析處理后的數(shù)據(jù)存入計算機并作為軸向柱塞泵正常工作時工作狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)對某一臺正在運行的液壓軸向柱塞泵進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷時，可以運用以上有關(guān)步驟采集軸向柱塞泵運行時的振動信號和各個參量的數(shù)據(jù)，將信號和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息進行對比，對比后如果輸入的數(shù)據(jù)信息處在正常工作的數(shù)據(jù)信息范圍內(nèi)或與之差異不大，則表明正在監(jiān)測和診斷的液壓柱塞泵工作正常；反之，如果輸入的數(shù)據(jù)信息與計算機中儲存的正常工作時的數(shù)據(jù)信息差異較大，則表明所監(jiān)測和診斷的液壓軸向柱塞泵運行不正常，出現(xiàn)了故障，則應(yīng)當(dāng)對其進行維修和處理。3進度計劃廳P起止周次工作內(nèi)容14周至6周明確設(shè)計任務(wù)，譯文，撰寫開題報告27周至8周總體方案設(shè)計和數(shù)據(jù)米集方案設(shè)計39周至10周主要元器件的選用、學(xué)習(xí)相關(guān)軟件的使用410周至11周采集數(shù)據(jù)并進行分析處理512周至14周編寫主程序并設(shè)計軟件615周至16周進行仿真實驗并完成畢業(yè)設(shè)計

15、論文717周答辯學(xué)生簽名:4、指導(dǎo)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(shù).2002.重慶大學(xué)出版社.2馬毓姝.雙排式軸向柱塞泵的設(shè)計及動力特性研究D.蘭州理工大學(xué)20113許書生.軸向柱塞泵摩擦副特性測試的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與實驗研究D.浙江大學(xué)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(xué)20125王克龍.雙聯(lián)軸向柱塞泵流量特性的研究D.哈爾濱工業(yè)大學(xué)20116紀(jì)明.滾動軸承故障診斷算法及軟件D.蘭州理工大學(xué)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(xué)20128熊小平.A11VO軸向柱塞泵配流特性的研究D.西南交通大學(xué)2010HuangNE,ShenZ,LongSR,etal.TheempiricalmodedecompositionandtheHilbertspectrumfornonlinearandnon-stationarytimeseriesanalysis.ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonA.1998Vibration-basedfaultdiagnosisofpumpusingfuzzytechniqueJiangpingWang,HongtaoHu,aSchoolofMechanical