【摘 要】
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电静液伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuators,EHA)是一种新兴的电力驱动伺服机构,具有功率重量比大,效率高、可靠性高、安全性高、维护成本低等突出特点,是未来实现对机电设备多电/全电化控制的优选执行机构。斜盘式轴向柱塞泵是EHA的关键部件,目前缺乏行之有效的状态监测方法,无法利用EHA的工作状态数据实现对柱塞泵运行状态的自动监测,难以及时消除EHA发生故障的风险。本文
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电静液伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuators,EHA)是一种新兴的电力驱动伺服机构,具有功率重量比大,效率高、可靠性高、安全性高、维护成本低等突出特点,是未来实现对机电设备多电/全电化控制的优选执行机构。斜盘式轴向柱塞泵是EHA的关键部件,目前缺乏行之有效的状态监测方法,无法利用EHA的工作状态数据实现对柱塞泵运行状态的自动监测,难以及时消除EHA发生故障的风险。本文对斜盘式轴向柱塞泵的状态监测方法进行研究,具体研究工作如下:首先,阐述了斜盘式轴向柱塞泵的国内外发展现状,总结了国内外对柱塞泵的故障诊断和状态监测方法的研究进展。结合EHA用柱塞泵的工况特点总结出现有方法的不足,在此基础上提出了本论文研究内容和方案。然后,对斜盘式轴向柱塞泵的故障模式及其影响展开了研究。结合柱塞泵的结构和工作原理,从能量损失角度分析了柱塞泵的磨损、空化、松动三种典型故障模式及其对柱塞泵和功率损失输出性能的影响,确定了影响柱塞泵状态变化的敏感因素;确定了状态表征参量可从输入扭矩和转速、进出油口压力和输出流量四个信号中提取。其次,通过搭建实验平台并开展试验测试分析,确定了柱塞泵的性能参数和能量形式转化关系;提出了EHA电流幅值信号、负载信号、位移等信号的特征提取方法;结合柱塞泵的实际工况,验证了提取的信号间关系变化与柱塞泵状态变化的关联性;通过开展空化故障注入试验与分析,确定了提取能表征电流幅值与负载间关系拟合函数和负载与容积效率间关系拟合函数的参数作为柱塞泵的状态表征参量。接下来,提出了一种基于超限学习机(ELM)的斜盘式轴向柱塞泵状态监测的方法。首先利用试验获取的3种空化状态数据对提出的状态监测方法的有效性和实用性进行验证,准确度达到92.3%。然后,利用AMESim和Matlab建立联合模型,通过模拟分析获取了柱塞泵不同泄漏量下的状态数据,提取了电流幅值与负载间关系和负载与容积效率之间关系,对比各泄漏量之间的特征量变化,验证状态监测方法和状态表征参量提取方法对空化外其他柱塞泵状态性能退化趋势识别的有效性。最后总结了论文主要工作和创新点,并对该研究方向做出展望。
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