張兆東， 張均利， 張鴻鵠，3， 陸寶春

(1.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 江蘇揚(yáng)州 225009； 2.南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 江蘇南京 210094； 3.揚(yáng)州市江都永堅(jiān)有限公司， 江蘇揚(yáng)州 225200)

引言

液壓缸是現(xiàn)代工業(yè)裝備液壓系統(tǒng)的重要執(zhí)行元件，由于液壓缸本身存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出能力(力、力矩等)強(qiáng)、使用可靠性高等明顯優(yōu)勢(shì)，使其在重型工程機(jī)械、機(jī)床、行走機(jī)械以及航空航天等領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用[1]。液壓缸在工作時(shí)通常直接與負(fù)載相作用，暴露在沒(méi)有任何保護(hù)措施的工作環(huán)境下，輸出直接作用于負(fù)載的位移或輸出力，因而液壓缸在實(shí)際的工作狀況中所承受的載荷狀況非常復(fù)雜。這樣惡劣的使用工況就對(duì)液壓缸的使用性能提出了非常嚴(yán)格的要求，液壓缸使用性能的優(yōu)劣往往直接決定了整個(gè)機(jī)械裝備液壓系統(tǒng)的使用性能，而且液壓缸主要適用于承載能力強(qiáng)的特種大型機(jī)械設(shè)備，如果液壓缸的使用性能不夠穩(wěn)定就極易導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的功能失效甚至是非常嚴(yán)重的事故災(zāi)難[2]。

液壓缸故障的類(lèi)型非常多樣，主要的故障類(lèi)型有爬行、沖擊、外泄漏、內(nèi)泄漏、推力不足、工作速度下降等[3]。目前對(duì)于液壓缸的故障類(lèi)型來(lái)說(shuō)，泄漏(包含內(nèi)泄漏與外泄漏)是液壓缸較為常見(jiàn)的故障類(lèi)型之一[4]。內(nèi)泄漏和外泄漏是液壓缸泄漏的兩種不同的泄漏方式，現(xiàn)行的液壓缸國(guó)家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)測(cè)試試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)液壓缸泄漏故障的檢測(cè)也分為內(nèi)泄漏故障檢測(cè)和外泄漏故障檢測(cè)兩種試驗(yàn)類(lèi)型[5]。液壓缸外泄漏故障檢測(cè)的測(cè)試方法主要檢測(cè)的是液壓缸端蓋與缸筒之間的密封處和活塞桿與端蓋密封處的液壓油泄漏量，檢測(cè)的方式也較為簡(jiǎn)單，而液壓缸的內(nèi)泄漏故障檢測(cè)的方法為將液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)到其行程末端，給被檢測(cè)液壓缸的無(wú)桿腔充入指定壓力(通常為被檢測(cè)液壓缸的額定壓力)的液壓油，液壓油將會(huì)通過(guò)活塞與液壓缸缸筒之間的密封間隙從液壓缸的無(wú)桿腔滲漏到液壓缸的有桿腔，通過(guò)直接在液壓缸有桿腔的油口處放置量筒或無(wú)桿腔液壓油油壓的壓降與容積換算就可以得到液壓缸的內(nèi)泄漏量。相對(duì)于液壓缸的外泄漏故障而言，內(nèi)泄漏故障不易被發(fā)現(xiàn)，而液壓缸內(nèi)泄漏(內(nèi)泄漏允許小量存在，不超過(guò)允許值就不能稱之為故障)對(duì)于液壓缸的使用性能具有非常大的影響，液壓缸內(nèi)泄漏故障的主要危害是容易導(dǎo)致液壓缸爬行、推力不足、速度下降以及工作不穩(wěn)定等一個(gè)或多個(gè)的故障。因此，液壓缸的內(nèi)泄漏故障具有非常大的潛在危害[6]。

目前，實(shí)驗(yàn)室液壓缸內(nèi)泄漏檢測(cè)的主要方法有：保壓法、測(cè)量液壓缸沉降法和量杯測(cè)量法等[7]。這些檢驗(yàn)方法存在的主要缺陷就是只能在實(shí)驗(yàn)室對(duì)液壓缸的內(nèi)泄漏進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)液壓缸的活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，不能應(yīng)用在液壓缸的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中。在液壓缸實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，液壓缸的外泄漏通常比較容易通過(guò)眼睛觀察發(fā)現(xiàn)，而液壓缸的內(nèi)泄漏故障相對(duì)不易發(fā)覺(jué)，檢測(cè)液壓缸內(nèi)泄漏故障最直接有效的辦法就是在液壓缸的無(wú)桿腔的進(jìn)油口和有桿腔的回油口分別安裝高精度的流量傳感器，通過(guò)對(duì)流量參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)判斷液壓缸的內(nèi)泄漏是否達(dá)到故障的程度，這種方法較為簡(jiǎn)單直觀，但是其仍有很多缺陷：首先高精度的流量傳感器成本很高，而且需要串接在系統(tǒng)油路中，這樣就會(huì)增加系統(tǒng)油路的復(fù)雜程度增大系統(tǒng)油路中的壓力損失。根據(jù)帕斯卡基本原理可知，液壓缸在發(fā)生內(nèi)泄漏時(shí)，其工作腔內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力也會(huì)隨之發(fā)生波動(dòng)，當(dāng)內(nèi)泄漏忽然增大時(shí)，壓力的波動(dòng)就會(huì)更加的明顯，同時(shí)考慮到壓力傳感器的價(jià)格較流量傳感器相對(duì)便宜[8]，安裝方便，對(duì)油路的壓力不會(huì)造成影響等優(yōu)勢(shì)，本研究提出一種通過(guò)對(duì)液壓缸內(nèi)部的壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與分析，提取信號(hào)時(shí)頻特性中與內(nèi)泄漏直接相關(guān)的故障特征量，通過(guò)檢測(cè)與對(duì)比故障特征量的方式來(lái)判斷液壓缸內(nèi)泄漏是否發(fā)生的液壓缸內(nèi)泄漏實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。

1 液壓缸內(nèi)泄漏故障檢測(cè)方法

目前，液壓缸內(nèi)泄漏故障檢測(cè)方法主要是上文提到的保壓法和量杯測(cè)量法等，缺少在其工作過(guò)程實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法[9]。液壓缸內(nèi)泄漏故障檢測(cè)技術(shù)隸屬于機(jī)械故障診斷技術(shù)的范疇，目前常見(jiàn)的機(jī)械故障診斷方法都可以考慮應(yīng)用于液壓缸內(nèi)泄漏故障的檢測(cè)方法?；谀Ｐ偷墓收显\斷方法、基于信號(hào)處理的故障診斷方法以及基于人工智能的故障診斷方法是現(xiàn)代故障診斷及預(yù)測(cè)技術(shù)的3個(gè)主要方向[10]，其關(guān)系與分支如圖1所示。

圖1 故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)

1.1 基于模型的故障診斷方法

基于模型的故障診斷方法是對(duì)研究的對(duì)象進(jìn)行分析，通過(guò)數(shù)學(xué)或者物理手段建立非常精確的研究對(duì)象物理或者數(shù)學(xué)模型進(jìn)行故障檢測(cè)的一種方法，其在應(yīng)用中，最主要的缺陷在于創(chuàng)建研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，需要對(duì)研究對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能以及非線性特性所引起的模型參數(shù)的不確定等問(wèn)題進(jìn)行處理，因此，所建立的研究對(duì)象的模型經(jīng)常需要根據(jù)研究對(duì)象實(shí)際的工作情況對(duì)數(shù)學(xué)模型或者物理模型進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化與取參數(shù)近似取值的方式來(lái)減小建立相應(yīng)模型的建模難度及其工作量。采用基于模型的故障診斷方法只有在所建立的模型非常精確的前提下才能對(duì)故障的檢測(cè)與預(yù)測(cè)獲得非常有效的檢測(cè)結(jié)果，而對(duì)于非常復(fù)雜的大型裝備系統(tǒng)而言，創(chuàng)建系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是一項(xiàng)相當(dāng)繁瑣與困難的過(guò)程，這個(gè)缺點(diǎn)就直接制約了基于模型的故障診斷方法的應(yīng)用范疇。

1.2 基于信號(hào)處理的故障診斷方法

隨著高精度傳感器以及現(xiàn)代故障診斷與檢測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于信號(hào)處理的故障診斷與檢測(cè)方法已經(jīng)發(fā)展的非常完備。該故障診斷與檢測(cè)方法主要通過(guò)監(jiān)測(cè)研究對(duì)象在振動(dòng)、輸出力、流量、位移以及加速度等輸出物理量的波動(dòng)情況，運(yùn)用相關(guān)的數(shù)學(xué)手段描述檢測(cè)輸出物理量在幅值、相位、頻率以及相關(guān)性與指定的系統(tǒng)故障間存在的某種相關(guān)性，從而對(duì)系統(tǒng)的特定故障進(jìn)行分析、判斷和處理，最終得到準(zhǔn)確處理結(jié)果的檢測(cè)方法。基于信號(hào)處理的故障診斷方法相對(duì)于基于模型的故障診斷方法的顯著優(yōu)勢(shì)在于完全不需要研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型[11]，可以對(duì)被檢測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)進(jìn)行處理和分析，并與無(wú)故障存在是的正?；鶞?zhǔn)信號(hào)以及典型的故障信號(hào)特征值進(jìn)行分析對(duì)比，最終判斷系統(tǒng)故障是否存在，該檢測(cè)方法較為簡(jiǎn)單，檢測(cè)的準(zhǔn)確性較高，適合于液壓缸內(nèi)泄漏故障的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

1.3 基于人工智能的故障診斷方法

基于人工智能的故障診斷方法實(shí)質(zhì)上是利用電子計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人腦的主要機(jī)能，充分利用各領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)和知識(shí)來(lái)模擬專業(yè)人士的解決問(wèn)題的思路和方法[12]，更加高效的分析和利用現(xiàn)有的系統(tǒng)故障的相關(guān)信息，成功地識(shí)別和預(yù)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)前所處的工作狀態(tài)。該方法相比較于前兩種方法也有無(wú)需對(duì)研究對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型的顯著優(yōu)勢(shì)，更加適合應(yīng)用于大型復(fù)雜與非線性系統(tǒng)的故障診斷和檢測(cè)。隨著科技的不斷發(fā)展，人工智能故障診斷與檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域最新的研究熱點(diǎn)之一，基于專家系統(tǒng)的智能診斷方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能診斷方法、基于模糊推理的智能診斷方法以及基于支持向量積的智能診斷方法是比較常見(jiàn)的智能診斷方法[13]。

綜上所述：由于液壓缸工作條件的特殊性、溫度、液壓油的黏性及液壓缸缸體在油壓下的變形等問(wèn)題的影響，液壓缸建立精確的數(shù)學(xué)模型所受的外部干擾較多，建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程將會(huì)非常的艱難，采用基于模型的故障診斷方法建立簡(jiǎn)化模型獲得的檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果容易出現(xiàn)較大的誤差，而基于人工智能的故障診斷方法實(shí)施較為復(fù)雜，一般適用于大型的運(yùn)作設(shè)備或者大型的系統(tǒng)，液壓缸為較小的基本單元，故障類(lèi)型較為簡(jiǎn)單，所以，本研究選用基于信號(hào)處理的故障診斷方法，提出基于小波分析的液壓缸內(nèi)泄漏故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。

2 基于小波分析的液壓缸內(nèi)泄漏故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法

信號(hào)分析的主要任務(wù)就是尋找一種簡(jiǎn)單而且高效的信號(hào)特征提取方法，得到被分析信號(hào)包含的對(duì)解決所研究問(wèn)題有明顯幫助的特征量，根據(jù)特征量或者其某種變化趨勢(shì)來(lái)解決所研究的問(wèn)題。小波分析是目前進(jìn)行非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)頻處理和分析的最理想工具，液壓缸中液壓油的壓力信號(hào)由于液壓油的泄漏存在隨機(jī)抖動(dòng)屬于典型的非平穩(wěn)信號(hào)[14]，因此，采用小波分析對(duì)液壓缸的壓力信號(hào)進(jìn)行分析和提取液壓缸內(nèi)泄漏的故障特征量來(lái)檢測(cè)液壓缸內(nèi)泄漏的方法是可行的。

小波變換是從20世紀(jì)末逐漸發(fā)展成熟的基于多分辨率的信號(hào)處理分析方法，小波變換的理論方法是將一個(gè)基本小波函數(shù)在不同的尺度下進(jìn)行時(shí)間參數(shù)的平移以及多尺度的收縮來(lái)構(gòu)成小波函數(shù)系，并用小波函數(shù)系來(lái)表示或者逼近待處理的信號(hào)或函數(shù)，如圖2a所示。小波變換與傅里葉變換的主要區(qū)別在于小波變換采用的是一種小區(qū)域的波，該小波具有快速衰減且均值為0的特性，小波函數(shù)的定義如下[15]。

假設(shè)ψ(t)是一個(gè)平方可積的函數(shù)，即ψ(t)∈L2(R)，而且將ψ(t)經(jīng)傅里葉變換后得到的ψ(ω)能滿足如公式(1)所示的基本條件：

(1)

稱ψ(t)為一個(gè)基本小波函數(shù)或者小波母函數(shù)，Cψ為允許性常數(shù)。

將小波母函數(shù)ψ(t)進(jìn)行一系列的尺度伸縮和時(shí)間平移后，可得到連續(xù)小波基函數(shù)ψa,τ(t)：

a,τ∈R;a>0

(2)

在式(2)中，a為小波變換的尺度伸縮因子，τ為小波變換的平移因子或時(shí)間因子。

小波變換的實(shí)質(zhì)就是將一組小波母函數(shù)ψ(t)經(jīng)過(guò)時(shí)間平移τ后，再在不同的尺度伸縮因子a和平移因子τ下與待分析信號(hào)f(t)做內(nèi)積，最終再以基函數(shù)的形式將待分析信號(hào)f(t)分解成不同頻帶下的近似信號(hào)A1,A2,A3,…,An及細(xì)節(jié)信號(hào)D1,D2,D3,…,Dn的過(guò)程，如圖2b所示。

圖2 小波變換分析原理

1) 連續(xù)小波變換

對(duì)于任意函數(shù)f(t)∈L2(R)，連續(xù)小波變換表達(dá)式為：

WTf(a,τ)=[f(t),ψa,τ(t)]

(3)

從上面對(duì)連續(xù)小波變換表達(dá)式的描述可知，小波變換和傅里葉變換相同都是某種形式的積分變換，式(3)中的WTf(a,τ)被稱為小波變換系數(shù)，小波變換和傅里葉變換之間的主要區(qū)別就在于小波變換的小波基函數(shù)具有尺度伸縮因子a和平移因子τ兩個(gè)重要的參數(shù)，因此當(dāng)被分析函數(shù)經(jīng)過(guò)小波變換后，被分析函數(shù)將被投影至?xí)r間-尺度二維相平面，這非常有利于提取與被分析信號(hào)或函數(shù)某種現(xiàn)象相關(guān)的重要的特征值或者特征向量[16]。

2) 離散小波變換

(4)

離散化小波系數(shù)可表示為：

(5)

小波分析是一種窗口面積固定但形狀可變的時(shí)頻局部化分析方法，其時(shí)間窗和頻率窗均是可變的，采用該方法在低頻部分可獲得較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分可獲得較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，所以小波分析也有著數(shù)學(xué)顯微鏡的美譽(yù)[17-19]。小波分析在分析非平穩(wěn)信號(hào)領(lǐng)域具有許多獨(dú)有的特性，由于機(jī)械故障信號(hào)多為非平穩(wěn)信號(hào)，因而小波分析在機(jī)械故障診斷領(lǐng)域也有著非常廣泛的應(yīng)用。本研究以液壓缸的內(nèi)泄漏故障作為主要的研究問(wèn)題，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)得的液壓缸無(wú)桿腔的壓力信號(hào)進(jìn)行小波變換，分析液壓缸無(wú)桿腔壓力信號(hào)曲線的時(shí)頻特性可實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸內(nèi)泄漏故障的精確檢測(cè)，液壓缸內(nèi)泄漏原理如圖3所示。

圖3 液壓缸內(nèi)泄漏原理示意圖

由圖3可以了解到當(dāng)液壓缸活塞的一側(cè)充入壓力為p的液壓油時(shí)，液壓油就會(huì)從液壓缸的高壓油腔向低壓油腔泄漏，液壓缸的內(nèi)泄漏主要包括兩大部分：密封圈與活塞之間的油膜間隙造成的內(nèi)泄漏量q1和密封圈與缸筒之間的油膜間隙造成的內(nèi)泄漏量q2。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，為了真實(shí)的模擬處于內(nèi)泄漏故障狀態(tài)的液壓缸，研究利用小波分析方法提取內(nèi)泄漏故障的特征量來(lái)檢測(cè)液壓缸內(nèi)泄漏故障方法的可行性，建立如圖4所示的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。如圖4液壓缸內(nèi)泄漏故障檢測(cè)液壓原理圖所示，采用在被試液壓缸的有桿腔和無(wú)桿腔之間旁接節(jié)流孔12的方式來(lái)模擬液壓缸的內(nèi)泄漏故障狀態(tài)(所示的被試液壓缸活塞與缸筒之間有6道密封圈用以保證所獲的信號(hào)波動(dòng)完全由節(jié)流孔12的內(nèi)泄漏量引起)，被試液壓缸水平固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，調(diào)節(jié)被試液壓缸活塞桿所受負(fù)載F的大小，負(fù)載F的大小通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)頂油缸的無(wú)桿腔油液壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)，保證被檢測(cè)液壓缸無(wú)桿腔油液的壓力為20 MPa，使被試液壓缸往復(fù)運(yùn)行數(shù)次，通過(guò)壓力傳感器記錄無(wú)泄漏以及不同泄漏程度(通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流孔12的孔徑大小來(lái)實(shí)現(xiàn))時(shí)油腔壓力隨時(shí)間的變化情況，輸出為液壓缸無(wú)桿腔的壓力信號(hào)s。

1.油箱 2.齒輪泵 3.比例溢流閥 4.單向閥 5、11.截止閥 6.過(guò)濾器 7.比例方向閥 8、9、16.壓力表 10.被試液壓缸 12.節(jié)流孔 13、14.壓力傳感器 15.位移傳感器圖4 液壓缸內(nèi)泄漏故障檢測(cè)液壓原理與實(shí)驗(yàn)臺(tái)架圖

選擇5個(gè)液壓堵頭分別鉆0.1， 0.2， 0.3， 0.4， 0.5 mm的小孔，作為試驗(yàn)系統(tǒng)的節(jié)流孔12安裝在被試液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔之間的旁接油路中進(jìn)行液壓缸內(nèi)泄漏故障的模擬實(shí)驗(yàn)，采集液壓缸無(wú)桿腔液壓油壓力信號(hào)的變化數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)輸出為壓力信號(hào)s。選用db6小波對(duì)被試液壓缸無(wú)桿腔壓力信號(hào)s(采樣頻率為1000 Hz)進(jìn)行4層離散小波分解與重構(gòu)后獲得如圖5所示的信號(hào)分解近似低頻信號(hào)a4以及細(xì)節(jié)(高頻)信號(hào)d1,d2,d3,d4。

圖5 壓力信號(hào)4層小波分解圖

隨著液壓缸內(nèi)泄漏量的不斷增大，液壓缸內(nèi)泄漏故障也就越來(lái)越嚴(yán)重，液壓缸內(nèi)流量必然會(huì)不斷的減小，這將會(huì)導(dǎo)致液壓缸無(wú)桿腔中液壓油壓力上升的速度不斷減慢，也表現(xiàn)為液壓能的不斷流失，測(cè)得的壓力信號(hào)s在頻域上的能量分布也會(huì)隨著液壓缸內(nèi)泄漏故障的增強(qiáng)而不斷的發(fā)生變化，因此，可以通過(guò)提取小波能量值的方式來(lái)揭示液壓缸內(nèi)泄漏故障增強(qiáng)的某種變化趨勢(shì)，即可以將提取的壓力信號(hào)s的小波能量值作為液壓缸內(nèi)泄漏故障的特征量來(lái)判斷液壓缸是否存在內(nèi)泄漏故障。

相對(duì)于采集的壓力信號(hào)s，近似低頻信號(hào)a4屬于低頻成分，就信號(hào)分析的角度來(lái)看，低頻信號(hào)a4的能量值非常大，可以將其作為信號(hào)處理的調(diào)幅信號(hào)，而且低頻信號(hào)不利于與高頻段細(xì)節(jié)信號(hào)的對(duì)比。因此，在計(jì)算被試液壓缸不同內(nèi)泄漏故障狀態(tài)下的小波能量時(shí)，不再將低頻信號(hào)納入計(jì)算能量的范圍。不同尺度下的小波能量值Ej(j=1,2,3,4)計(jì)算公式如下[20]：

(6)

式中，dj(t)表示重構(gòu)的第j層細(xì)節(jié)信號(hào)，xj,k(k=0,1,…,n)表示細(xì)節(jié)信號(hào)dj的離散點(diǎn)幅值。同時(shí)考慮到Ej通常是一個(gè)較大的數(shù)值，這會(huì)給分析過(guò)程帶來(lái)一定的不便，因此在計(jì)算不同泄漏程度下壓力細(xì)節(jié)信號(hào)d1,d2,d3,d4的能量后，進(jìn)行統(tǒng)一的歸一化處理，獲得各尺度下的相對(duì)小波能量pj=Ej/(E1+E2+E3+E4)，如表1所示。

表1 無(wú)桿腔壓力信號(hào)小波能量

從表1的數(shù)據(jù)分析可知，在被試液壓缸供給油源壓力不變的情況下，隨著被試液壓缸內(nèi)泄漏量的不斷增大，由其無(wú)桿腔壓力信號(hào)分解與重構(gòu)所得的細(xì)節(jié)信號(hào)d4計(jì)算所得到小波能量值呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，如圖6所示。隨著安裝節(jié)流孔尺寸s的逐步增大，節(jié)流孔分流的作用也就越來(lái)越明顯，這就模擬了被試液壓缸內(nèi)泄漏量的不斷增大，液壓缸無(wú)桿腔壓力油液對(duì)活塞做的功也就不斷減少，液壓缸的運(yùn)行速度也在不斷的減慢。綜上所述，將被試液壓缸無(wú)桿腔壓力信號(hào)的第四層小波分解細(xì)節(jié)信號(hào)d4的計(jì)算能量值作為液壓缸內(nèi)泄漏故障的故障特征量，并且將其與設(shè)定故障閾值進(jìn)行比較，據(jù)此來(lái)判斷內(nèi)泄漏故障的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸故障的精確檢測(cè)，通過(guò)本節(jié)的實(shí)驗(yàn)討論，說(shuō)明采用基于小波分析方法提取液壓缸內(nèi)泄漏的故障特征量——細(xì)節(jié)信號(hào)計(jì)算能量值對(duì)液壓缸的內(nèi)泄漏故障進(jìn)行檢測(cè)的方法是可行而且有應(yīng)用價(jià)值的，該檢測(cè)方法可以為液壓缸內(nèi)泄漏故障的檢測(cè)提供有效的依據(jù)，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖6 無(wú)桿腔壓力細(xì)節(jié)信號(hào)d4小波能量值

3 結(jié)論

針對(duì)目前液壓缸內(nèi)泄漏檢測(cè)方法只能在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和無(wú)法在液壓缸的工作過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)的局限性，本研究提出了一種基于小波分析的液壓缸內(nèi)泄漏故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝備獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并且對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論：

(1) 使用小波分析的方法來(lái)對(duì)液壓缸的內(nèi)泄漏故障進(jìn)行故障檢測(cè)，不依賴于液壓缸精確的數(shù)學(xué)模型，檢測(cè)方法較為簡(jiǎn)單，實(shí)施較為方便，成本較低，可在液壓缸的工作過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與檢測(cè);

(2) 選用db6小波對(duì)被試液壓缸無(wú)桿腔壓力信號(hào)進(jìn)行4層離散小波分解與重構(gòu)，獲得信號(hào)分解的近似(低頻)信號(hào)以及細(xì)節(jié)(高頻)信號(hào)，將液壓缸無(wú)桿腔壓力信號(hào)的第四層小波分解細(xì)節(jié)信號(hào)的能量值作為故障特征量，并且將其與設(shè)定故障閾值進(jìn)行比較，據(jù)此來(lái)判斷內(nèi)泄漏故障的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸故障的精確檢測(cè);

(3) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析驗(yàn)證了小波分析在液壓缸內(nèi)泄漏故障檢測(cè)中的可行性，說(shuō)明完全可以將基于小波分析的液壓缸內(nèi)泄漏故障檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際工程中，該方法對(duì)液壓缸內(nèi)泄漏的故障檢測(cè)具有非常重要的實(shí)際意義。