CN102767517B - 齿轮油泵吸空模式故障诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮油泵吸空模式故障诊断装置及方法，齿轮油泵通过取力轴与动力单元连接，装置包括：布置在主泵进油口的吸油负压传感器；分别布置在动力单元、取力轴以及齿轮油泵周围的多个噪声传感器；布置在主泵出油口的出油参数传感器；分别与传感器相连的信号采集器；记录预先测定的吸空模式参数的吸空模式参数数据库；分别与信号采集器和吸空模式参数数据库相连的电控单元；电控单元包括：从吸空模式参数数据库读取吸空模式参数，并与信号采集器采集到的信号比对的比对模块；根据确定的吸空模式故障而执行告警和/或反馈故障信号给动力单元的告警/反馈模块。本发明能够较精确的对齿轮油泵的吸空模式故障进行诊断。

Description

齿轮油泵吸空模式故障诊断装置及方法

技术领域

本发明涉及故障诊断技术，尤其涉及一种齿轮油泵吸空模式故障诊断装置及方法。

背景技术

对于工程起重机的液压泵的驱动形式来说，工程起重机的液压泵（例如单联齿轮油泵或多联齿轮油泵）由其他动力单元（例如马达）驱动运转，四联齿轮油泵通过固定装置与取力轴连接。当需要油泵作业时，将取力轴挂接在四联齿轮油泵上，由取力轴驱动四联齿轮油泵工作，并通过离合器的结合和断开来控制四联齿轮油泵的工作情况。动力单元具有外部的壳体，动力单元还具有在远离取力轴的一端设置的散热机构。

齿轮泵在使用过程中，由于系统低压管路和泵轴深处密闭性能不好、进油滤清器堵塞、油液黏度等因素的影响，齿轮泵进油口真空度较高，进而使空气渗入，产生“吸空”模式，当齿轮泵高速运转时气泡瞬间挤压破碎而形成尖锐而刺耳的噪声，影响齿轮泵的正常工作。目前只能通过在泵进油口进行吸油负压的测试来试图检测出吸空模式的出现，但这种测试方式无法精确的诊断出吸空模式的故障。

发明内容

本发明的目的是提出一种齿轮油泵吸空模式故障诊断装置及方法，能够较精确的对齿轮油泵的吸空模式故障进行诊断。

为实现上述目的，本发明提供了一种齿轮油泵吸空模式故障诊断装置，所述齿轮油泵通过取力轴与动力单元连接，其中所述齿轮油泵吸空模式故障诊断装置包括：

布置在所述齿轮油泵的主泵进油口的吸油负压传感器；

分别布置在所述动力单元、取力轴以及齿轮油泵周围的多个噪声传感器，用于监测噪声传感器自身所在位置的噪声信号及噪声传递路径；

布置在所述齿轮油泵的主泵出油口的出油参数传感器；

分别与所述吸油负压传感器、噪声传感器以及出油参数传感器相连的信号采集器；

记录预先测定的吸空模式参数的吸空模式参数数据库；

分别与所述信号采集器和吸空模式参数数据库相连的电控单元；

所述电控单元包括：

从所述吸空模式参数数据库读取吸空模式参数，并与所述信号采集器采集到的信号比对的比对模块；

根据确定的吸空模式故障而执行告警和/或反馈故障信号给所述动力单元的告警/反馈模块。

进一步的，所述出油参数传感器包括：出油压力传感器、出油流量传感器以及出油温度传感器。

进一步的，还包括设置在所述齿轮油泵的壳体上靠近所述主泵出油口位置的振动加速度传感器。

进一步的，所述电控单元还包括：

故障测试模块，通过调整动力单元转速以及液压油箱的液位来寻找吸空模式，并将吸空模式下所述信号采集器采集到的信号作为吸空模式参数存入所述吸空模式参数数据库。

进一步的，在所述动力单元外部设置有隔声罩，在所述取力轴和所述动力单元的传动轴之间设有隔声板，在所述齿轮油泵外部设置有隔声罩板。

进一步的，所述多个噪声传感器包括：

设置在所述隔声罩内，并距所述动力单元第一预设距离的动力单元噪声传感器，所述动力单元噪声传感器经隔振处理；

垂直于所述传动轴的轴线、且距所述隔声罩靠近所述传动轴一端第二预设距离的传动系统噪声传感器；

在所述齿轮油泵与取力轴的固定装置和主泵出油管之间设置的泵出油噪声传感器；

在所述齿轮油泵的主泵进油口附近设置的对比噪声传感器，且所述对比噪声传感器相对于所述取力轴的轴线与所述泵出油噪声传感器对称布置。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于前述齿轮油泵吸空模式故障诊断装置的齿轮油泵吸空模式故障诊断方法，包括：

在所述齿轮油泵的工作模式下，电控单元接收信号采集器从吸油负压传感器、多个噪声传感器以及出油参数传感器采集到的信号；

所述电控单元从吸空模式参数数据库读取吸空模式参数，并将所述吸空模式参数与所述采集到的信号进行比对，以确定是否出现吸空模式故障；

如果确定出现吸空模式故障，则执行告警操作，和/或将故障信号反馈给动力单元。

进一步的，还包括：

在所述齿轮油泵的故障测试模式下，按照预设转速增量从怠速逐渐提高动力单元的转速到最高转速，并且所述电控单元获得并确认正常状态下各传感器的信号输出值；

降低所述齿轮油泵的液压油箱内油液的液位，并按照预设转速增量从怠速逐渐提高动力单元的转速到最高转速，所述电控单元检测主泵进油口的吸油负压是否瞬时接近或达到预设数值，以及主泵出油口的出油流量的下降变化量是否瞬时接近或达到预设数值；

如果所述吸油负压瞬时接近或达到预设数值，且出油流量的下降变化量瞬时接近或达到预设数值，则确定发生吸空模式故障，所述电控单元将所述信号采集器采集到的信号作为吸空模式参数存入所述吸空模式参数数据库；

否则将所述齿轮油泵的吸油管路中的螺旋弹簧圈拆除，并按照预设转速增量从怠速逐渐提高动力单元的转速到最高转速，在出现吸油管吸扁的状态下，存在吸油不畅且吸入空气，确定发生吸空模式故障，所述电控单元将所述信号采集器采集到的信号作为吸空模式参数存入所述吸空模式参数数据库。

进一步的，所述吸空模式参数包括吸油负压参数、多路径的噪声参数、出油压力参数、出油流量参数和出油温度参数；所述将所述吸空模式参数与所述采集到的信号进行比对，以确定是否出现吸空模式故障的操作具体包括：

检测接收到的吸油负压信号是否瞬时接近或达到故障检测模式下测得的吸油负压参数；

检测接收到的各位置的噪声信号是否瞬时接近或达到故障检测模式下测得的噪音参数；以及

检测接收到的出油压力信号、出油流量信号和出油温度信号的变化量是否接近或达到故障检测模式下测得的出油压力参数、出油流量参数和出油温度参数的变化量。

进一步的，所述吸空模式参数还包括振动加速度参数；在将所述吸空模式参数与所述采集到的信号进行比对的过程中也进行所述振动加速度信号与振动加速度参数的比对。

基于上述技术方案，本发明利用在齿轮油泵、动力单元等处的多种传感器进行信号采集，通过与数据库中所记录的吸空模式参数进行比对来判断当前是否发生了吸空模式故障，而吸空模式参数不仅包括了吸油负压，也包括了其他与该故障相关联的物理参数，例如噪声、温度、流量的变化等，这就使得吸空模式故障的判断更加精确和及时，方便操作人员对齿轮油泵进行吸空模式故障排除。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断装置的一实施例的结构示意图。

图2为本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断装置实施例的信号处理图。

图3为本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断方法的一实施例的流程示意图。

图4为本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断方法的另一实施例中故障测试模式下的流程示意图。

附图标记说明

1-动力单元噪声传感器；2-动力单元；3-固定装置；4-取力轴；5-泵出油噪声传感器；6-出油压力、出油流量、出油温度传感器以及振动加速度传感器；7-主泵出油管；8-第一走台板；9-2号泵出油管；10-3号泵出油管；11-4号泵出油管；12-泵进油管；13-4号泵；14-3号泵；15-2号泵；16-主泵；17-吸油负压传感器；18-对比噪声传感器；19-传动系统噪声传感器；20-传动轴21-隔声罩；22-第二走台板；23-散热机构；24-信号接收器；25-电控处理板；26-告警处理板。

s1-动力单元噪声信号；s2-出油温度信号；s3-出油流量信号；s4-出油压力信号；s5-振动加速度信号；s6-对比噪声信号；s7-吸油负压信号；s8-传动系统噪声信号；s9-反馈故障信号；s10-泵出油噪声信号。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

吸空模式故障是齿轮油泵受到系统低压管路和泵轴伸处密封性能不好、进油滤清器堵塞、油液黏度等多因素的影响而产生的油泵振动和噪声的现象，其成因比较复杂，与泵的吸油负压、泵流量、泵的噪声以及振动频率等参数均有一定的关系，因此现有技术中仅通过进油负压进行简单判断或者操作人员凭经验的判断都无法实现吸空模式故障的精确诊断。因此本发明在故障诊断装置中提供了更为复杂的由多种参数构成的数据比对模型，从而更精确地进行吸空模式故障的诊断。

如图1所示，为本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断装置的一实施例的结构示意图。在本实施例中，齿轮油泵通过取力轴4与动力单元2连接，齿轮油泵由多个泵体构成，包括主泵16、2号泵15、3号泵14和4号泵13，每个泵都设有进油管和出油管，主泵16通过固定装置3固定在取力轴4的一端，在动力单元2远离取力轴4的一端还设有散热机构23，而在取力轴4的同侧还设有传动轴20。

在图1中示出了齿轮油泵吸空模式故障诊断装置所包括的多种传感器，其中吸油负压传感器17布置在齿轮油泵的主泵进油口（即主泵16的进油管靠近主泵的位置），用于检测主泵进油口处的吸油负压。多个噪声传感器分布在动力单元、取力轴以及齿轮油泵周围，用于监测噪声传感器自身所在位置的噪声信号及噪声的传递路径。

噪声传感器的设置位置要求在被测部位的一定距离处，例如图1所示的，将动力单元噪声传感器设置在距离动力单元2第一预设距离（例如50mm）的位置，对于在动力单元2上使用隔音罩的实施例，可以将动力单元噪声传感器设置在隔声罩21内，相应的动力单元噪声传感器需要经过隔振处理。

传动系统噪声传感器19可以相对于传动轴20的轴线垂直布置在传动轴20的一侧，而且要与动力单元保持一定的距离，以减少干扰噪音的影响，例如设置该传动系统噪声传感器19距隔声罩21靠近传动轴20的一端第二预设距离（300mm）。

在主泵16的出油管和进油管处可以对称的设置噪声传感器，其中可在固定装置3和主泵出油管7之间设置泵出油噪声传感器5，相应的在相对于取力轴4的轴线的对称位置布置对比噪声传感器18（也可称泵进油噪声传感器），该对比噪声传感器18位于齿轮油泵的主泵进油口附近。

在齿轮油泵的主泵出油口处还布置多种出油参数传感器，以采集与出油相关的物理参数。具体来说，出油参数传感器可以包括出油压力传感器、出油流量传感器以及出油温度传感器，这些传感器可以布置在靠近主泵出油口的主泵出油管上，并分别对主泵出油口处的油压、流量、油温进行检测。设计人员可以根据具体需要增减传感器的个数和选择适当的传感器类型，例如还可以在齿轮油泵的壳体上靠近所述主泵出油口位置增设振动加速度传感器，以检测主泵在主泵出油口位置的振动频率。

上面所介绍的这些传感器构成了本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断装置的信号采集系统，设计人员可以根据实际需要对其中的传感器所处位置、传感器类型、传感器个数等进行适应性调整，以满足不同类型设备、不同工况下的故障诊断需要。

这些信号都会通过信号采集器汇总起来，具体参见图2，可以看到动力单元噪声信号s1、出油温度信号s2、出油流量信号s3、出油压力信号s4、振动加速度信号s5、对比噪声信号s6、吸油负压信号s7、传动系统噪声信号s8和泵出油噪声信号s10都输入到了信号采集器24。

本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断装置除了传感器和信号采集器之外，还包括吸空模式参数数据库和电控单元，其中吸空模式参数数据库中记录有预先测定的吸空模式参数，该吸空模式参数是预先在系统发生吸空模式故障下记录各参数的数值，以作为正常工况下吸空模式故障时的比对作为参考。

电控单元则包括对比模块和告警/反馈模块，其中对比模块可以从吸空模式参数数据库读取吸空模式参数，并与所述信号采集器采集到的信号比对。而告警/反馈模块可以根据确定的吸空模式故障而执行告警和/或反馈故障信号给所述动力单元。

在图2中给出了一种硬件实现形式，即电控处理板25集成了吸空模式参数数据库和比对模块，以及反馈模块，而告警处理板26负责告警模块的功能。其中电控处理板25负责向动力单元发出反馈故障信号s9，通过控制动力单元的转速来减弱吸空模式，从而对齿轮油泵启动实现一定的保护作用。告警处理板26可以通过声、光等报警形式提醒操作人员，又或者通过有线/无线的方式传送报警信息到系统平台或操作人员的终端上进行通知。

为了使吸空模式故障的诊断更精确，其吸空模式参数数据库中的吸空模式参数应该比较典型，能够体现出吸空模式下各物理参数的实际情况，为了能够得到这样的吸空模式参数，在本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断装置的另一实施例中，可以在电控单元中增设故障测试模块，该故障测试模块可以通过调整动力单元转速以及液压油箱的液位来寻找吸空模式（具体调整过程参见后文中的故障诊断方法实施例），并将吸空模式下所述信号采集器采集到的信号作为吸空模式参数存入所述吸空模式参数数据库。

无论是故障测试模式还是工作模式，噪音传感器很容易受到被测部件周围的其他噪声的影响，进而给测量信号带来一定的干扰，为了尽量降低这一干扰，可以在动力单元2外部设置隔声罩21（参见图1），在取力轴和动力单元的传动轴之间设置隔声板（图中未示出），在齿轮油泵外部设置隔声罩板（图中未示出）。

下面基于前面所述的各种齿轮油泵吸空模式故障诊断装置的实施例对本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断方法进行说明。

如图3所示，为本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断方法的一实施例的流程示意图。在本实施例中，故障诊断流程包括：

步骤101、在所述齿轮油泵的工作模式下，电控单元接收信号采集器从吸油负压传感器、多个噪声传感器以及出油参数传感器采集到的信号；

步骤102、所述电控单元从吸空模式参数数据库读取吸空模式参数，并将所述吸空模式参数与所述采集到的信号进行比对；

步骤103、确定是否出现吸空模式故障，是则执行步骤104，否则返回步骤101；

步骤104、执行告警操作，和/或将故障信号反馈给动力单元。

这里的吸空模式参数包括吸油负压参数、多路径的噪声参数、出油压力参数、出油流量参数和出油温度参数等，在进行比对时，可以检测接收到的吸油负压信号是否瞬时接近或达到故障检测模式下测得的吸油负压参数（例如-0.8bar等），检测接收到的各位置的噪声信号是否瞬时接近或达到故障检测模式下测得的噪音参数（例如96dBA），以及检测接收到的出油压力信号、出油流量信号和出油温度信号的变化量是否接近或达到故障检测模式下测得的出油压力参数、出油流量参数和出油温度参数的变化量。

在另一个实施例中，所述吸空模式参数还可以包括振动加速度参数、频率参数；在将所述吸空模式参数与所述采集到的信号进行比对的过程中也进行所述振动加速度信号与振动加速度参数以及振动频率与振动频率参数的比对。

举例来说，吸油负压在正常工作模式下通常在-0.2bar到-0.35bar，而出现吸空模式时，在发动机转速为2100rpm下，吸油负压则处于-0.8bar到-0.87bar。在正常工作模式下，泵出油噪声为80-90dBA，而出现吸空模式时，泵出油噪声为96dBA或接近96dBA。

因此通过比对上述吸油负压参数可以清晰地判断出当前是否发生了吸空模式故障，进而作出及时且准确的告警或控制操作。

如图4所示，为本发明齿轮油泵吸空模式故障诊断方法的另一实施例中故障测试模式下的流程示意图。与上一实施例相比，本实施例中，故障测试模式下的流程包括：

步骤201、在所述齿轮油泵的故障测试模式下，按照预设转速增量（例如200r/min等）从怠速逐渐提高（例如每阶控制30s等）动力单元的转速到最高转速，并且所述电控单元获得并确认正常状态下各传感器的信号输出值；

步骤202、降低所述齿轮油泵的液压油箱内油液的液位（将油液降低到与吸油口位置略高一点的位置），并按照预设转速增量从怠速逐渐提高动力单元的转速到最高转速；

步骤203、所述电控单元检测主泵进油口的吸油负压是否瞬时接近或达到预设数值，以及主泵出油口的出油流量的下降变化量是否瞬时接近或达到预设数值，如果所述吸油负压瞬时接近或达到预设数值，且出油流量的下降变化量瞬时接近或达到预设数值，则执行步骤204，否则执行步骤205；

步骤204、确定发生吸空模式故障，并执行步骤206；

步骤205、将所述齿轮油泵的吸油管路中的螺旋弹簧圈拆除，并按照预设转速增量从怠速逐渐提高动力单元的转速到最高转速，在出现吸油管吸扁的状态下，存在吸油不畅且吸入空气，确定发生吸空模式故障；

步骤206、所述电控单元将所述信号采集器采集到的信号作为吸空模式参数存入所述吸空模式参数数据库。

通过上述步骤找出吸空模式故障下各吸空模式参数的数值情况，以此作为工作模式下吸空模式诊断的参考信息。

通过前面所介绍的本发明的齿轮油泵吸空模式故障诊断装置及方法的实施例，可以看出利用多种与吸空模式故障相关联的物理参数来确定是否发生吸空故障，这种诊断方案相比于现有技术对吸空模式故障的判断则更加精确和及时，方便操作人员对齿轮油泵进行吸空模式故障排除。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种齿轮油泵吸空模式故障诊断装置，所述齿轮油泵通过取力轴与动力单元连接，其特征在于，所述齿轮油泵吸空模式故障诊断装置包括：

布置在所述齿轮油泵的主泵进油口的吸油负压传感器；

分别布置在所述动力单元、取力轴以及齿轮油泵周围的多个噪声传感器，用于监测噪声传感器自身所在位置的噪声信号及噪声传递路径；

布置在所述齿轮油泵的主泵出油口的出油参数传感器；

分别与所述吸油负压传感器、噪声传感器以及出油参数传感器相连的信号采集器；

记录预先测定的吸空模式参数的吸空模式参数数据库；

分别与所述信号采集器和吸空模式参数数据库相连的电控单元；

所述电控单元包括：

从所述吸空模式参数数据库读取吸空模式参数，并与所述信号采集器采集到的信号比对的比对模块；

根据确定的吸空模式故障而执行告警和/或反馈故障信号给所述动力单元的告警/反馈模块。

2.根据权利要求1所述的齿轮油泵吸空模式故障诊断装置，其特征在于，所述出油参数传感器包括：出油压力传感器、出油流量传感器以及出油温度传感器。

3.根据权利要求2所述的齿轮油泵吸空模式故障诊断装置，其特征在于，还包括设置在所述齿轮油泵的壳体上靠近所述主泵出油口位置的振动加速度传感器。

4.根据权利要求1所述的齿轮油泵吸空模式故障诊断装置，其特征在于，所述电控单元还包括：

故障测试模块，通过调整动力单元转速以及液压油箱的液位来寻找吸空模式，并将吸空模式下所述信号采集器采集到的信号作为吸空模式参数存入所述吸空模式参数数据库。

5.根据权利要求1～4任一所述的齿轮油泵吸空模式故障诊断装置，其特征在于，在所述动力单元外部设置有隔声罩，在所述取力轴和所述动力单元的传动轴之间设有隔声板，在所述齿轮油泵外部设置有隔声罩板。

6.根据权利要求5所述的齿轮油泵吸空模式故障诊断装置，其特征在于，所述多个噪声传感器包括：

设置在所述隔声罩内，并距所述动力单元第一预设距离的动力单元噪声传感器，所述动力单元噪声传感器经隔振处理；

垂直于所述传动轴的轴线、且距所述隔声罩靠近所述传动轴一端第二预设距离的传动系统噪声传感器；

在所述齿轮油泵与取力轴的固定装置和主泵出油管之间设置的泵出油噪声传感器；

在所述齿轮油泵的主泵进油口附近设置的对比噪声传感器，且所述对比噪声传感器相对于所述取力轴的轴线与所述泵出油噪声传感器对称布置。

7.一种基于权利要求1～6任一所述的齿轮油泵吸空模式故障诊断装置的齿轮油泵吸空模式故障诊断方法，其特征在于，包括：

在所述齿轮油泵的工作模式下，电控单元接收信号采集器从吸油负压传感器、多个噪声传感器以及出油参数传感器采集到的信号；

所述电控单元从吸空模式参数数据库读取吸空模式参数，并将所述吸空模式参数与所述采集到的信号进行比对，以确定是否出现吸空模式故障；

如果确定出现吸空模式故障，则执行告警操作，和/或将故障信号反馈给动力单元。

8.根据权利要求7所述的齿轮油泵吸空模式故障诊断方法，其特征在于，还包括：

在所述齿轮油泵的故障测试模式下，按照预设转速增量从怠速逐渐提高动力单元的转速到最高转速，并且所述电控单元获得并确认正常状态下各传感器的信号输出值；

降低所述齿轮油泵的液压油箱内油液的液位，并按照预设转速增量从怠速逐渐提高动力单元的转速到最高转速，所述电控单元检测主泵进油口的吸油负压是否瞬时接近或达到预设数值，以及主泵出油口的出油流量的下降变化量是否瞬时接近或达到预设数值；

如果所述吸油负压瞬时接近或达到预设数值，且出油流量的下降变化量瞬时接近或达到预设数值，则确定发生吸空模式故障，所述电控单元将所述信号采集器采集到的信号作为吸空模式参数存入所述吸空模式参数数据库；

否则将所述齿轮油泵的吸油管路中的螺旋弹簧圈拆除，并按照预设转速增量从怠速逐渐提高动力单元的转速到最高转速，在出现吸油管吸扁的状态下，存在吸油不畅且吸入空气，确定发生吸空模式故障，所述电控单元将所述信号采集器采集到的信号作为吸空模式参数存入所述吸空模式参数数据库。

9.根据权利要求7所述的齿轮油泵吸空模式故障诊断方法，其特征在于，所述吸空模式参数包括吸油负压参数、多路径的噪声参数、出油压力参数、出油流量参数和出油温度参数；所述将所述吸空模式参数与所述采集到的信号进行比对，以确定是否出现吸空模式故障的操作具体包括：

检测接收到的吸油负压信号是否瞬时接近或达到故障检测模式下测得的吸油负压参数；

检测接收到的各位置的噪声信号是否瞬时接近或达到故障检测模式下测得的噪音参数；以及

检测接收到的出油压力信号、出油流量信号和出油温度信号的变化量是否接近或达到故障检测模式下测得的出油压力参数、出油流量参数和出油温度参数的变化量。

10.根据权利要求9所述的齿轮油泵吸空模式故障诊断方法，其特征在于，所述吸空模式参数还包括振动加速度参数和振动频率参数；在将所述吸空模式参数与所述采集到的信号进行比对的过程中也进行振动加速度信号与振动加速度参数以及振动频率与振动频率参数的比对。