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【摘 要】 对于液压泵的状态进行监测，尤其是进行有效的状态监测，是提高其运行效率至关重要的。闻着那个分析其故障，探讨其状态检测方法。
【关键词】 小波包；液压泵状态监测方法；故障
引言
隨着系统复杂度和集成度的增加，对液压泵诊断的要求不断提高，采用多源信息融合和多种智能方法互补的诊断方式正逐步得到应用，而结合智能传感、MEMS、现场总线、网络和信息融合等技术。
一、液压系统的故障特征
（一）正常情况下液压系统的故障不会突然发生，因为无论是元件磨损、密封件变质、液压油污染都是渐进性的，不发展到一定程度不会造成故障。因此，对液压系统监测流量、压力、振动、温度等参数的变化，实现“状态维修”，使设备经常处于正常状态，具有十分重要的意义。
（二）液压系统是一个封闭结构，各元件的工作状况不能直接在外界观察，也不便于测量检查，再加上影响液压系统正常工作的原因错综复杂，泵、阀、缸、管路、液压油都可能导致相同的故障现象，所以寻找故障部位的工作比较困难，但同时由于液压元件及其辅助元件都已标准化、系列化、通用化，因此一旦查出故障原因，在更换时相对容易。
二、液压泵常见故障及检测方法
在液压系统中，液压泵将发动机或电机的机械能转化为油液的压力能，属于液压系统的动力元件，其功能是向系统提供特定压力和流量的液压油。根据液压泵结构形式的不同，常见的有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。下面主要分析这三种泵的常见故障、原因及检测诊断方法。
（一）齿轮泵的常见故障及原因
振动、噪声和压力波动大。主要原因有齿轮泵的流量脉动、困油、齿轮泵加工误差及空气进入系统；输出流量小。主要原因有齿轮泵间隙增大导致内泄漏加剧、油路堵塞及油液黏度太低；泵轴磨损或折断。主要原因有异物卡住导致传动扭矩过大及轴承磨损；泵体发热。主要原因有摩擦加剧、油液黏度不合适、装配误差及油液散热不良。
（二）叶片泵的常见故障及原因
动、噪声和压力波动大。主要原因有定子内表面磨损或拉毛、电机与泵安装不同轴和空气进入系统；容积效率低、压力无法提高。主要原因有定子表面与叶片配合不良、油液黏度过高或过低、内部磨损严重及密封不严导致空气进入；异常发热，油温高。主要原因有泵内部摩擦加剧、电机与泵轴不同心及油液散热故障；磨损严重和烧坏。主要原因有运动部件的磨损和断裂、装配不良及有异物进入。
（三）柱塞泵的常见故障及原因
振动、噪声和压力波动大。主要原因有空气进入系统、变量机构故障以及滑靴与球头配合松动；泵体发热和油温升高。主要原因有内泄漏加剧、泵体内部摩擦严重及油箱散热不良；斜盘和滑靴接触面磨损或烧坏。主要原因有油液不清洁，含有杂质污物、小孔堵塞造成摩擦加剧以及零件的加工误差；缸体与配流盘的磨损或烧坏。主要原因有油液含杂质污物进入贴合面、配流盘在应力作用下发生形变、加工和安装误差以及严重困油。
三、液压泵常见故障的诊断
液压泵是一种常用设备，其在运行工作中，关于故障的诊断与监测，是确保其正常运行的基础。基于其工作环境的原因，液压水泵的故障比较常见，尤其是关于液压系统的污染，是造成液压泵故障的主要因素之一。以下就常见故障展开分析，进而阐述液压泵故障诊断的方法。
液压泵的常见故障主要来源于污染、设备过热，以及设备泄露等方面。尤其是关于污染性因素，是造成故障发生的主要方面。并且，基于运行环境的恶化，液压泵的运行效率大大降低，疲劳状态加剧。
（一）液压泵的污染
关于液压泵污染性问题比较突出，尤其是其在运行时，各种污染物质进行设备之中，进而在系统内被研磨。这些污染物加剧了液压泵元件的损坏，尤其是诸多精密仪器（如泵比例变量控制阀），在额外物质的影响下，出现系统控制性问题。
液压泵系统进水。关于液压泵进水，主要是其油液在工作的状态下，混入了一定量水分。液压泵油液的进水问题主要是高强度工作下，设备内部的温度变化大，进而造成设备内部的空气凝结成水蒸气，进入到油箱之中。同时，液压泵的交换器密封性不良，冷却管在较大温差下，发生一定程度的裂缝，以至于小量水分进入油液之中。
油液中进入颗粒杂质。基于液压泵特殊的运行环境，其在正常工作中，油液混入一定的金属粉末非常常见。这些颗粒杂质进入到油液之中，降低了系统的运行效率，尤其是关键的系统元件，在杂质的影响下，出现严重程度的磨损。同时，液压泵的动力系统，诸如马达，在杂质的影响下，对于液压缸工作效率的制约性较明显。
油液中进入空气。液压泵中的油液进入空气非常常见，其主要基于各元件在运行中，出现一定的松动，造成接触面在油面之外，进而使得油液中进入空气；再者局部油液流速过快时，产生气蚀现象。各元件的油液中进入空气，增加了油液的水分，对于各元件的保护起到重要的影响，加速元件的氧化腐蚀。
（二）液压泵设备过热
液压泵的运行具有高强度，油液中进入一定量的水分和空气，造成油液在设备热量的散失下，增加了系统的热量。并且，油液的质量降低，设备的运行状态不良，尤其是疲劳运作的工作状态，造成设备各元件的运行热量增加。同时，液压设备处于超负荷运行状态，并且疏于维护和保养，以至于各元件之间的摩擦因素增加。这样，液压泵系统的温度过高，进而伴随液压油的变质和诸多元件出现故障。
（三）液压泵密封性不良
尤其是系统出现泄漏元件中的液体基于腔道从高压向低压渗透，在裂缝或空洞之下，出现一定程度的泄漏。同时，液压系统出现泄漏问题很大程度上源于保养和维护不够，在设计方面存在缺陷。
四、液压泵的状态监测
关于液压泵的状态监测主要基于流量和温度等方面的监测展开，尤其是关于温度的动态监测，对于液压泵的正常运行起到重要的作用，温度过高，对于诸多设备的负影响严重。 （一）关于系统电流值的监测
液压泵在运行的过程中，各类设备的正常运转，需要基于稳定的电流值。如果设备间出现漏电问题，严重影响到液压缸的正常工作。因此，需要对于各液壓系统的压力进行记录，监测其压力是否异常，一旦其压力出现过低，很可能是电流值不稳定所造成。同时，各液压系统的工作压力相互独立，基于电流值的监测，可以很好地对各系统进行有效的状态监测。
（二）关于系统温度变化的监测
温度是影响液压系统正常运行的主要因素，基于温度过高问题，严重影响着各元件的正常作业。在监测的过程中，对于泵壳的温度进行实时监测，进而针对监测的数据，对于主要的发热源进行分析。同时，各元件运行中，出现的摩擦产生的热量，对于监测的数据造成一定的影响，进而可以基于专业的红外线仪器，精准的感应温度的变化。一旦液压系统出现过高温度，仪器都可以进行有效的监测报警，并且对于主要的产热源进行定位，进而进行故障诊断。而且，监测的温度数值，要进行专业的分析，进而对液压泵的运行状况有一个清晰的认识。
（三）关于元件的状态监测
在元件的监测中，基于各数值的测量，诸如设备转速、污染程度等进行全面的监测。尤其是关于污染程度的监测，对于液压泵的正常运行起到重要的作用。在关于污染度的监测中，需要建立完善的检测系统，对于各污染源进行精准的监测，进而对诊断提供良好的环境。同时，监测各元件的力矩，以达到其性能的监测，诸如通过各元件的振动，来监测元件的运行状态。并且，污染源中的金属颗粒，对于元件造成严重的磨损，因此要强化油液的监测，避免油液出现严重的污染，造成系统性问题出现。
（四）基于小波包残差分析的在线状态监测与故障诊断系统
（1）小波包的选取。应用小波包分析法进行液压泵状态监测和故障诊断的前提是在观测信号所包含的状态信号中，存在能反映液压泵健康状态，并与液压泵的结构参数相对应的特征频率。而在诊断时的关键是利用小波包的时频局部化能力提取对故障敏感度强、故障特征一致性好、可靠的特征频率。基于残差阈值判据及小波包的分解特征，本文利用树形搜索法，通过计算观测信号在各分解层的残差，选择对故障最敏感且观测一致性好的小波包作为液压泵状态监测和故障诊断的特征小波包。
（2）基于小波包残差分析的液压泵在线状态监测与故障诊断系统的组成如图1所示。
在状态监测时，特征小波包所反映的故障泵的残差应与正常泵的残差有显著的区别。在故障诊断与定位时，一种故障可能在不同的特征小波包的残差中都有所反映，而不同的故障应有不同的敏感特征小波。此时可以通过一个小波包或几个小波包的组合来判别故障的类型及产生故障的原因。
状态信号采集单元用于实时采集液压泵的运行状态信息。在线故障诊断时，所采集的状态信号除了能表现出液压泵状态信息外，还应使状态信号的数量尽可能少，以便进行快速诊断。本文仅利用液压泵的出口压力信号作为液压泵的状态信号。因为出口压力信号含有液压泵的多种运行状态信息，如滑靴、斜盘、轴承等零件的损伤故障都会引起出口压力的波动。此外，压力信号是液压系统中最常见且便于采集，又不会对系统性能产生影响的信号。对于采集单元的基本要求是其采样频率应至少大于液压泵最高特征频率的两倍以上，保证所采集到的信号不失真，能反映液压泵的运行状态。
小波包分析和小波能量残差分析单元是液压泵状态监测和故障诊断的核心，其分析方法如前文所述。为快速实现状态监测，运行时仅利用所选择的特征小波包进行分析。对于液压泵的状态监测只利用一个小波包的小波能量残差进行健康状态判别，而利用2～3个小波包进行故障的诊断与定位。故障诊断与故障识别单元都具有识别液压泵状态是否正常的功能，两个单元都对所选择的小波包进行小波能量残差的计算。通常，在状态监测循环中，只进行状态监测与故障诊断分析，而在需要确定故障的类型时进行故障识别分析。
结语
液压泵故障的复杂性、隐蔽性和多样性特点增加了检测诊断的难度。对于各项故障的诊断中，基于现代电子技术的发展，诸如传感技术、建模方式，都大大提高了诊断的有效性。
参考文献：
[1]董秋武，汪宝生.基于小波神经网络的液压泵故障类型识别[J].机床与液压，2014，11：177-180.
[2]许葆华，韩东，杜明.基于小波-平滑能量算子解调的液压泵故障分析[J].液压与气动，2014，08：32-35.
[3]朱丕亮.基于小波包能量谱的滚动轴承故障诊断[D].中国科学技术大学，2014.
[4]廖良金.基于免疫危险理论的液压泵故障诊断方法研究[D].燕山大学，2012.
[5]肖顺根，宋萌萌.基于小波包能量神经网络的滚动轴承故障诊断方法[J].机械强度，2014，03：340-346.
【关键词】 小波包；液压泵状态监测方法；故障
引言
隨着系统复杂度和集成度的增加，对液压泵诊断的要求不断提高，采用多源信息融合和多种智能方法互补的诊断方式正逐步得到应用，而结合智能传感、MEMS、现场总线、网络和信息融合等技术。
一、液压系统的故障特征
（一）正常情况下液压系统的故障不会突然发生，因为无论是元件磨损、密封件变质、液压油污染都是渐进性的，不发展到一定程度不会造成故障。因此，对液压系统监测流量、压力、振动、温度等参数的变化，实现“状态维修”，使设备经常处于正常状态，具有十分重要的意义。
（二）液压系统是一个封闭结构，各元件的工作状况不能直接在外界观察，也不便于测量检查，再加上影响液压系统正常工作的原因错综复杂，泵、阀、缸、管路、液压油都可能导致相同的故障现象，所以寻找故障部位的工作比较困难，但同时由于液压元件及其辅助元件都已标准化、系列化、通用化，因此一旦查出故障原因，在更换时相对容易。
二、液压泵常见故障及检测方法
在液压系统中，液压泵将发动机或电机的机械能转化为油液的压力能，属于液压系统的动力元件，其功能是向系统提供特定压力和流量的液压油。根据液压泵结构形式的不同，常见的有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。下面主要分析这三种泵的常见故障、原因及检测诊断方法。
（一）齿轮泵的常见故障及原因
振动、噪声和压力波动大。主要原因有齿轮泵的流量脉动、困油、齿轮泵加工误差及空气进入系统；输出流量小。主要原因有齿轮泵间隙增大导致内泄漏加剧、油路堵塞及油液黏度太低；泵轴磨损或折断。主要原因有异物卡住导致传动扭矩过大及轴承磨损；泵体发热。主要原因有摩擦加剧、油液黏度不合适、装配误差及油液散热不良。
（二）叶片泵的常见故障及原因
动、噪声和压力波动大。主要原因有定子内表面磨损或拉毛、电机与泵安装不同轴和空气进入系统；容积效率低、压力无法提高。主要原因有定子表面与叶片配合不良、油液黏度过高或过低、内部磨损严重及密封不严导致空气进入；异常发热，油温高。主要原因有泵内部摩擦加剧、电机与泵轴不同心及油液散热故障；磨损严重和烧坏。主要原因有运动部件的磨损和断裂、装配不良及有异物进入。
（三）柱塞泵的常见故障及原因
振动、噪声和压力波动大。主要原因有空气进入系统、变量机构故障以及滑靴与球头配合松动；泵体发热和油温升高。主要原因有内泄漏加剧、泵体内部摩擦严重及油箱散热不良；斜盘和滑靴接触面磨损或烧坏。主要原因有油液不清洁，含有杂质污物、小孔堵塞造成摩擦加剧以及零件的加工误差；缸体与配流盘的磨损或烧坏。主要原因有油液含杂质污物进入贴合面、配流盘在应力作用下发生形变、加工和安装误差以及严重困油。
三、液压泵常见故障的诊断
液压泵是一种常用设备，其在运行工作中，关于故障的诊断与监测，是确保其正常运行的基础。基于其工作环境的原因，液压水泵的故障比较常见，尤其是关于液压系统的污染，是造成液压泵故障的主要因素之一。以下就常见故障展开分析，进而阐述液压泵故障诊断的方法。
液压泵的常见故障主要来源于污染、设备过热，以及设备泄露等方面。尤其是关于污染性因素，是造成故障发生的主要方面。并且，基于运行环境的恶化，液压泵的运行效率大大降低，疲劳状态加剧。
（一）液压泵的污染
关于液压泵污染性问题比较突出，尤其是其在运行时，各种污染物质进行设备之中，进而在系统内被研磨。这些污染物加剧了液压泵元件的损坏，尤其是诸多精密仪器（如泵比例变量控制阀），在额外物质的影响下，出现系统控制性问题。
液压泵系统进水。关于液压泵进水，主要是其油液在工作的状态下，混入了一定量水分。液压泵油液的进水问题主要是高强度工作下，设备内部的温度变化大，进而造成设备内部的空气凝结成水蒸气，进入到油箱之中。同时，液压泵的交换器密封性不良，冷却管在较大温差下，发生一定程度的裂缝，以至于小量水分进入油液之中。
油液中进入颗粒杂质。基于液压泵特殊的运行环境，其在正常工作中，油液混入一定的金属粉末非常常见。这些颗粒杂质进入到油液之中，降低了系统的运行效率，尤其是关键的系统元件，在杂质的影响下，出现严重程度的磨损。同时，液压泵的动力系统，诸如马达，在杂质的影响下，对于液压缸工作效率的制约性较明显。
油液中进入空气。液压泵中的油液进入空气非常常见，其主要基于各元件在运行中，出现一定的松动，造成接触面在油面之外，进而使得油液中进入空气；再者局部油液流速过快时，产生气蚀现象。各元件的油液中进入空气，增加了油液的水分，对于各元件的保护起到重要的影响，加速元件的氧化腐蚀。
（二）液压泵设备过热
液压泵的运行具有高强度，油液中进入一定量的水分和空气，造成油液在设备热量的散失下，增加了系统的热量。并且，油液的质量降低，设备的运行状态不良，尤其是疲劳运作的工作状态，造成设备各元件的运行热量增加。同时，液压设备处于超负荷运行状态，并且疏于维护和保养，以至于各元件之间的摩擦因素增加。这样，液压泵系统的温度过高，进而伴随液压油的变质和诸多元件出现故障。
（三）液压泵密封性不良
尤其是系统出现泄漏元件中的液体基于腔道从高压向低压渗透，在裂缝或空洞之下，出现一定程度的泄漏。同时，液压系统出现泄漏问题很大程度上源于保养和维护不够，在设计方面存在缺陷。
四、液压泵的状态监测
关于液压泵的状态监测主要基于流量和温度等方面的监测展开，尤其是关于温度的动态监测，对于液压泵的正常运行起到重要的作用，温度过高，对于诸多设备的负影响严重。 （一）关于系统电流值的监测
液压泵在运行的过程中，各类设备的正常运转，需要基于稳定的电流值。如果设备间出现漏电问题，严重影响到液压缸的正常工作。因此，需要对于各液壓系统的压力进行记录，监测其压力是否异常，一旦其压力出现过低，很可能是电流值不稳定所造成。同时，各液压系统的工作压力相互独立，基于电流值的监测，可以很好地对各系统进行有效的状态监测。
（二）关于系统温度变化的监测
温度是影响液压系统正常运行的主要因素，基于温度过高问题，严重影响着各元件的正常作业。在监测的过程中，对于泵壳的温度进行实时监测，进而针对监测的数据，对于主要的发热源进行分析。同时，各元件运行中，出现的摩擦产生的热量，对于监测的数据造成一定的影响，进而可以基于专业的红外线仪器，精准的感应温度的变化。一旦液压系统出现过高温度，仪器都可以进行有效的监测报警，并且对于主要的产热源进行定位，进而进行故障诊断。而且，监测的温度数值，要进行专业的分析，进而对液压泵的运行状况有一个清晰的认识。
（三）关于元件的状态监测
在元件的监测中，基于各数值的测量，诸如设备转速、污染程度等进行全面的监测。尤其是关于污染程度的监测，对于液压泵的正常运行起到重要的作用。在关于污染度的监测中，需要建立完善的检测系统，对于各污染源进行精准的监测，进而对诊断提供良好的环境。同时，监测各元件的力矩，以达到其性能的监测，诸如通过各元件的振动，来监测元件的运行状态。并且，污染源中的金属颗粒，对于元件造成严重的磨损，因此要强化油液的监测，避免油液出现严重的污染，造成系统性问题出现。
（四）基于小波包残差分析的在线状态监测与故障诊断系统
（1）小波包的选取。应用小波包分析法进行液压泵状态监测和故障诊断的前提是在观测信号所包含的状态信号中，存在能反映液压泵健康状态，并与液压泵的结构参数相对应的特征频率。而在诊断时的关键是利用小波包的时频局部化能力提取对故障敏感度强、故障特征一致性好、可靠的特征频率。基于残差阈值判据及小波包的分解特征，本文利用树形搜索法，通过计算观测信号在各分解层的残差，选择对故障最敏感且观测一致性好的小波包作为液压泵状态监测和故障诊断的特征小波包。
（2）基于小波包残差分析的液压泵在线状态监测与故障诊断系统的组成如图1所示。
在状态监测时，特征小波包所反映的故障泵的残差应与正常泵的残差有显著的区别。在故障诊断与定位时，一种故障可能在不同的特征小波包的残差中都有所反映，而不同的故障应有不同的敏感特征小波。此时可以通过一个小波包或几个小波包的组合来判别故障的类型及产生故障的原因。
状态信号采集单元用于实时采集液压泵的运行状态信息。在线故障诊断时，所采集的状态信号除了能表现出液压泵状态信息外，还应使状态信号的数量尽可能少，以便进行快速诊断。本文仅利用液压泵的出口压力信号作为液压泵的状态信号。因为出口压力信号含有液压泵的多种运行状态信息，如滑靴、斜盘、轴承等零件的损伤故障都会引起出口压力的波动。此外，压力信号是液压系统中最常见且便于采集，又不会对系统性能产生影响的信号。对于采集单元的基本要求是其采样频率应至少大于液压泵最高特征频率的两倍以上，保证所采集到的信号不失真，能反映液压泵的运行状态。
小波包分析和小波能量残差分析单元是液压泵状态监测和故障诊断的核心，其分析方法如前文所述。为快速实现状态监测，运行时仅利用所选择的特征小波包进行分析。对于液压泵的状态监测只利用一个小波包的小波能量残差进行健康状态判别，而利用2～3个小波包进行故障的诊断与定位。故障诊断与故障识别单元都具有识别液压泵状态是否正常的功能，两个单元都对所选择的小波包进行小波能量残差的计算。通常，在状态监测循环中，只进行状态监测与故障诊断分析，而在需要确定故障的类型时进行故障识别分析。
结语
液压泵故障的复杂性、隐蔽性和多样性特点增加了检测诊断的难度。对于各项故障的诊断中，基于现代电子技术的发展，诸如传感技术、建模方式，都大大提高了诊断的有效性。
参考文献：
[1]董秋武，汪宝生.基于小波神经网络的液压泵故障类型识别[J].机床与液压，2014，11：177-180.
[2]许葆华，韩东，杜明.基于小波-平滑能量算子解调的液压泵故障分析[J].液压与气动，2014，08：32-35.
[3]朱丕亮.基于小波包能量谱的滚动轴承故障诊断[D].中国科学技术大学，2014.
[4]廖良金.基于免疫危险理论的液压泵故障诊断方法研究[D].燕山大学，2012.
[5]肖顺根，宋萌萌.基于小波包能量神经网络的滚动轴承故障诊断方法[J].机械强度，2014，03：340-346.