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【摘要】 柱塞泵是典型的往复机械。为了掌握往复式柱塞泵的工作状态，测取3S175系列柱塞泵正常工况和一些故障工况下液力端的振动信号，对其进行局域波时频处理后，得到了有价值的检测部件振动规律、一般特征以及故障特征，可用于往复柱塞泵液力端的故障诊断.
【关键词】 柱塞泵 故障诊断 局域波时频处理 液力端
常见的柱塞式往复泵为高压往复泵，主要用于石油化工、水压机、高压清水机、水力切割机、矿山机械、轻工食品、油田注水、输油等一切需要输送高压液体的工业部门。其工作状态的健康与否直接影响着个生产链的效率和寿命，因而针对性的故障诊断研究一直是热点和难点[1]。
从结构上柱塞泵主要由液力端和动力端两部分组成.动力端的曲柄连杆机构带动液力端的活塞运动，活塞的往复运动改变缸套中的压力，从而使吸入阀和排出阀产生开关动作，实现从吸入阀吸入介质，实现机械能转化为内能的基本功能。
本文利用局域波时频处理方法放大了故障时域信号，并进一步进行频域分析，确定3S系列液力端不同故障状态的时频分布特征，从而实现故障诊断的目的。
1 局域波法
局域波法是基于经验模式分解（EMD）发展而来的一种对非线性、非平稳信号进行分析的新方法。它源于瞬时频率的概念，能把动态信号的局部特征正确地在时频域内予以描述。瞬时频率在研究瞬态和非平稳现象时非常重要，能够反映非平稳信号的时变性，对非平稳信号的研究有着广泛的前景。局域波法把信号分解成满足条件的局域波分量，对这些分量进行Hilbert变换就可以得到信号的瞬时频率和时频特征，这也就是局域波时频分析方法[2]。
通过对信号进行EMD分解，把原始数据分解成n个局域波分量，及一个剩余分量nr，该剩余分量或者是一个平均趋势或者是一个常数。
式中ic表示第i个局域波分量；nr表示表示分解剩余分量。对每一个分量进行希尔伯特变换，可以把数据表示成下面的形式：
2 振动数据的采集与分析
3S150系列柱塞泵的测点布置和振动数据采集如图1所示。测点 1、2、3为曲轴轴承监测测点； 测点4、5、6为液力端振动监测测点。
分析图2振动时域信号和图3振动时频信号，可发现：振动信号幅值偏大（RMS值达到了3.75G），且冲击特性异常明显，且呈现极不稳定趋势，但工作状态具体受到了那类故障的影响尚不得而知，需要进行进一步的研究。
3 轴承振动信号时频分析与故障诊断
柱塞泵液力端故障主要发生在阀组组件上，由于其振动信号干扰众多，造成谱线混杂，具有强烈的非平稳和非线性特征，因此故障特征不易提取。为了解决这一问题，采用局域波时频处理方法进行深层次处理。
3.1 故障特征参考
对该类型泵进行多工况统计分析，获得其液力端故障特征如表1所示，并以此作为故障诊断的依据。
图4 轴承振动信号局域波时频分布图
从图4可以看出，曲轴监测振动信号能量明显集中于400-600Hz附近，局域波处理后的时频谱图也证实了这一特征，由此可推断故障原因为阀组出现了螺母松动或泄漏。
4 结论
（1）应用局域波时频方法处理往复柱塞泵振动信号，能有效地对往复柱塞泵液力端进行精密的故障诊断。
（2）在对往复泵进行故障诊断时，必须进行典型故障特征统计或机理分析，获取其振动特征，并将其作为一个诊断的参考面并寻求其共性，才能进行准确的判断。
5.参考文献
[1] 温传舟.工业常用设备故障判断与排除[M].北京：化学工业出版社，2008
[2] 别锋锋.基于局域波时频谱的往复机故障智能诊断若干方法研究：（博士学位论文）[D].大连：大连理工大學.2008
[3] Bie Fengfeng，Wang Dandan，Ren Zhiping. Research on State Feature Extraction Method for Key Component of Reciprocating Machinary on Application of Vibration Visualization Technique.3rd International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering. Baotou：2012.1738-1742
【关键词】 柱塞泵 故障诊断 局域波时频处理 液力端
常见的柱塞式往复泵为高压往复泵，主要用于石油化工、水压机、高压清水机、水力切割机、矿山机械、轻工食品、油田注水、输油等一切需要输送高压液体的工业部门。其工作状态的健康与否直接影响着个生产链的效率和寿命，因而针对性的故障诊断研究一直是热点和难点[1]。
从结构上柱塞泵主要由液力端和动力端两部分组成.动力端的曲柄连杆机构带动液力端的活塞运动，活塞的往复运动改变缸套中的压力，从而使吸入阀和排出阀产生开关动作，实现从吸入阀吸入介质，实现机械能转化为内能的基本功能。
本文利用局域波时频处理方法放大了故障时域信号，并进一步进行频域分析，确定3S系列液力端不同故障状态的时频分布特征，从而实现故障诊断的目的。
1 局域波法
局域波法是基于经验模式分解（EMD）发展而来的一种对非线性、非平稳信号进行分析的新方法。它源于瞬时频率的概念，能把动态信号的局部特征正确地在时频域内予以描述。瞬时频率在研究瞬态和非平稳现象时非常重要，能够反映非平稳信号的时变性，对非平稳信号的研究有着广泛的前景。局域波法把信号分解成满足条件的局域波分量，对这些分量进行Hilbert变换就可以得到信号的瞬时频率和时频特征，这也就是局域波时频分析方法[2]。
通过对信号进行EMD分解，把原始数据分解成n个局域波分量，及一个剩余分量nr，该剩余分量或者是一个平均趋势或者是一个常数。
式中ic表示第i个局域波分量；nr表示表示分解剩余分量。对每一个分量进行希尔伯特变换，可以把数据表示成下面的形式：
2 振动数据的采集与分析
3S150系列柱塞泵的测点布置和振动数据采集如图1所示。测点 1、2、3为曲轴轴承监测测点； 测点4、5、6为液力端振动监测测点。
分析图2振动时域信号和图3振动时频信号，可发现：振动信号幅值偏大（RMS值达到了3.75G），且冲击特性异常明显，且呈现极不稳定趋势，但工作状态具体受到了那类故障的影响尚不得而知，需要进行进一步的研究。
3 轴承振动信号时频分析与故障诊断
柱塞泵液力端故障主要发生在阀组组件上，由于其振动信号干扰众多，造成谱线混杂，具有强烈的非平稳和非线性特征，因此故障特征不易提取。为了解决这一问题，采用局域波时频处理方法进行深层次处理。
3.1 故障特征参考
对该类型泵进行多工况统计分析，获得其液力端故障特征如表1所示，并以此作为故障诊断的依据。
图4 轴承振动信号局域波时频分布图
从图4可以看出，曲轴监测振动信号能量明显集中于400-600Hz附近，局域波处理后的时频谱图也证实了这一特征，由此可推断故障原因为阀组出现了螺母松动或泄漏。
4 结论
（1）应用局域波时频方法处理往复柱塞泵振动信号，能有效地对往复柱塞泵液力端进行精密的故障诊断。
（2）在对往复泵进行故障诊断时，必须进行典型故障特征统计或机理分析，获取其振动特征，并将其作为一个诊断的参考面并寻求其共性，才能进行准确的判断。
5.参考文献
[1] 温传舟.工业常用设备故障判断与排除[M].北京：化学工业出版社，2008
[2] 别锋锋.基于局域波时频谱的往复机故障智能诊断若干方法研究：（博士学位论文）[D].大连：大连理工大學.2008
[3] Bie Fengfeng，Wang Dandan，Ren Zhiping. Research on State Feature Extraction Method for Key Component of Reciprocating Machinary on Application of Vibration Visualization Technique.3rd International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering. Baotou：2012.1738-1742