资源描述：
Oc t ．2 01 2 机床与液压 Hy d r o me c h a t r o ni c s En g i ne e rin g Vo 1 ． 4 0 No ．1 9 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 9 ． 0 1 3 Ex pe r i me n t a l S t u d y o f Ty p i c a l Fa ul t De t e c t i o n i n Hy dr a u l i c Pump o f As p ha l t Di s t r i b ut o r L I U S i y u a n ，J I ANG Wa n l u ，Z HANG S h e n g T h e D e p a r t m e n t o fMa c h i n e r y a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ，Y a n s h a n U n i v e r s i t y ，Q i n h u a n g d a o 0 6 6 0 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t I n or d e r t o e n s u r e t h e pr o p e r t y a n d r e l ia b i l it y o f a s ph a l t d is t r i b u t o r ，a n e x p e r ime n t a l me t h o d a b o u t t h e c h a n g e o f s qu a r e d p r e d i c t io n e r r o r b a s e d o n Pr in c ip a l Co mp o n e n t An a ly s i s P C Ao f Q s t a t is t i c s ． wh ic h is b a s e d o n a n a ly s i s o f v i b r a t io n s i g n a l o f c e n t e r s p r i n g f a u l t o f a x ia l p is t o n p u mp t h a t i s t h e c or e c o mp on e n t o f h y d r a u l i c d r iv i n g s y s t e m i n h a lf i n t e l l i g en t a s p h a lt d is - t r i b u t o r ，i s p r e s e n t e d t o d e a l wit h f a u lt d e t e c t ion i n t h i s p a p e r ．I n t h is me t h o d．t h e f e a t u r e f r e - q u e n c y o f f a u l t f r o m e n v e l o p e s p e c t r u m d i a g r a m b y f il t e r i n g d e n o i s i n g a n d e n v e l o p e d e mo d u la - t io n wi l l b e f i r s t ly a n a ly z e d，a n d t h e f e a t u r e v e c t o r s a mp le s c o u l d b e o b t a i n e d b a s e d o n wa v e l e t p a c k e t e n e r g y me t h o d；a ft e r t h a t ，t h e f a u l t d e t e c t i o n c o u ld b e p r o c e s s e d b y u s i n g n o r ma l wo r k s a mp l e t o e s t a b li s h p d n c i p a l c o mp o n e n t mo d e l ；e v e n t u a l ly ，t h r e e d i ff e r e n t f a u lt typ e s o f c e n t e r s p r i n g c o u ld b e o b t a i n e d a n d s t u d i e d t h r o u g h t h e e x p e r i me n t a l d a t a t o v e r if y t h e p r op o s e d me t h - o d． K e y w o r d s a s p h a lt d i s t r i b u t o r ， f a u l t d e t e c t i o n ， P r i n c i p a l C o mp o n e n t An a l y s is P C A ， a x i a l p i s t o n pump Wi t h t h e c o n t i n u o u s d e v e l o p me n t o f C h i n a n a t i o n a l e c o n o my， t h e h i g h wa y c o ns t r u c t i o n i n d us t r y h a s g a i n e d r a p i d ris e ． I n o r d e r t o e n s u r e t h e q ua l i t y a n d e f fi c i e n c y o f h i g h w a y c o n s t r u c t i o n，t h e p r o p e r t y a n d r e l i a b i l i t y o f me c h a n i c a l e q u i p me n t n e e d h i g h e r s t a n d a r ds ．Th e a s p h a l t d i s t ribu t o r i s o n e o f e s s e n t i al e q u i p me n t s i n c o n s t r u c t i o n p r o c e s s a n d p l a y s a c r i t i c al r o l e t o e n s u r e t he c o n s t r uc t i o n q ua l i t y．Ac c o r d i n g t o d i ffe r e n t r e qu i r e me n t s o f p a v e me n t ，d i f f e r e n t g r a d e o f a s p h a l t d i s t ribu t o r a p pe a r s i n t h e ma r k e t ，a nd t h e i n t e l l i g e n t v e h i c l e s are ma i n l y f o r h i g h e r c l a s s h i g h - wa y a n d t h e l o w l e v e l i n t e l l i g e n t v e h i c l e a r e f o r l o we r c l a s s r o a d． Ba s e d o n t h e c u r r e n t s i t ua t i o n o f Ch i n a， mo s t o f r o a d wa y s a r e t h e l o w l e v e 1 r o a d s for t h e t o t al R e c e i v e d2 01 2 0 82 3 S p o n s o r e d b y Na t i o n a l Na t u r al S c i e n c e F o u n d a t i o n o f Ch i n a 5 1 0 7 5 3 4 9 ， Q i n h u a n g d a o t e c h n o l o g y S u p p o P r o j e c t 2 0 1 1 0 1 A1 4 2 L I U S i y u a n ． E- ma i l l i u s i y u a n y s u ． e d u ． c n mi l e a g e o f C h i n a ．Th e r e f o r e ，h a l f i n t e l l i g e n t a s p h alt d i s t r i b u t o r s h a v e a l a r g e s h a r e i n t h e d o me s t i c ma r - ke t ． ， Th e h y d r a u l i c d riv e s y s t e m o f h a l f i nt e l l i g e nt a s p h a h d i s t rib u t o r i s de s i g ne d b y qu a n t i t a t i v e a x i a l p i s - t o n p u mp a s a p o we r s o u r c e a n d o pe n-- l o o p pr o p o r -- t i o n al c o n t r o 1 ． Hy d r a u l i c p u mp i s t h e h e a r t o f t h e s y s t e m wh i c h wi l l d i r e c t l y i mp a c t o n t h e p e r f o r ma nc e o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m a s we l l a s p r o p e r t y a nd c o n - s t ruc t i o n q u ali t y ．Th e r e f o r e ，the e ff e c t i v e f a u l t d e t e c t i o n a n d d i a g n o s i s are t he mo s t i mp o rta n t a p p r o a c h e s t o g uara n t e e t h e n o rm a l o pe r a t i o n o f t hi s s y s t e m． I n t h i s p a p e r ，t h r e e d i f f e r e n t t y p e s o f v i b r a t i o n s i g n a l s o f c e n t e r s p rin g are c o l l e c t e d b y a r t i fic i al s i m u l a t i g n d a ma g e ，a n d t h e p r i n c i p al c o mp o n e n t a n aly s i s o f t h e p s t a t i s t i c s i S a d o p t e d t o d e t e c t t h e f a u l t ．T h e c h a n g e c hara c t e ris t i c s are d e s c ribe d b y c o n t rib u t i o n di a g r a m a nd t h e r e s u l t s a r e c o mpa r e d wi t h e n v e l o p e s p e c t r u m．Ev e n t u a l l y，a c o n c l us i o n i s d r a wn t h a t t he me t h o d o f f a u l t d e t e c t i o n a n d d i a g n o s i s i s e f f e c t i v e t o c e n t e r s p nng i a u l t ． Hy d r o me c h a t r o n i c s En g i n e e rin g 1 ． W o r k i ng p r i n c i p l e o f a s p ha l t d i s t r i bu t o r h y dr a u l i c s y s t e m Hy d r a u l i c s y s t e m i s a n e c e s s a r y s y s t e m o f i n t e l l i ． g e n t d i r e c t i o n a n d c a n a c hi e v e t h e c o a r s e a n d fin e t u n i n g s t o me e t t he r e q u i r e me n t s o f a c c u r a t e c o n t r o l a n d r a n g e a d j u s t me n t f o r s p r a y v o l u me ．S i n c e h y d r a u l i c s y s t e m i s s u i t a b l e for d i ffe r e n t r e q ui r e me n t s o f p a v e me n t c o n s t r u c t i o n，i t p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e i n a s p h a l t d i s t r i b u t o r s ． I n h a l f i n t e l l i g e n t a s p h a l t d r a u l i c s y s t e m o f a s p h a l t p u mp d i s t rib u t o r， t h e h y c o n s i s t s o f p r o p o rti o n al v a l v e，v a l v e c o n t r o l mo t o r a n d s p e e d c o n t r o l l o o p wh i c h i s c o mp o s e d by s o me mo t o r s ．Th e r e g u l a t i o n o f r o t a t i o n s p e e d for a s p h a l t p u mp c a n be a c h i e v e d b y a n e l e c t r i c p r o p o rt i o n al v alv e ． T h e h e a t c o n d u c t i o n o i l pu mp d riv e s y s t e m a p p l i e s p r e f e r r e d v a l v e t o c o n t r o l q u a n t i t a t i v e mo t o r s pe e d l o o p．Th e s y s t e m p r i n c i pi e d i a g r a m i s s h o wn as Fi gu r e 1． F i g ． 1 S y s t e m p rin c i p l e d i a g r a m 2 ． Q s t a t i s t i c a l p ri n c i p l e b a s e d o n P C A As s u mi ng X ∈ R i s n o r ma l h i s t o r i c al d a t a． a nd t h e ma i n e l e me n t mo d e l c o u l d be e s t a b l i s he d a f - t e r s t a n d a r d i z a t i o n wh e r e i s t h e s c o r e ma t r i x，PA i s t h e l o a d v e c t o r ma t ri x ， i s t h e s c o r e ma t r i x for t h e r a n do m e r r o r a n d Pe for t h e c o r r e s po n d i n g l o a d v e c t o r ma t rix．Th e ma t he ma t i c al d e s c rip t i o n i s s ho wn a s fol l o w s [ 1 ] m P 尸 ∑f ∑tip j 1 Wh e n ma i n e l e me n t mo d e l i s e s t a b l i s h e d。the n e w t e s t s a mp l e X c a r l b e d e t e c t e d for f a u l t ．Mo r e o v e r ， the Q m e t h o d u s e s r e s i d u al o f m e a s u r e d d a t a t o a n a l y z e t h e f a u l t t y p e ， a n d S P E i ． e ． ， S q u a r e d P r e d i c t i o n E rr o r i s ma i n l y a p p l i e d t o mo n i t o r t h e c h ar- a c t e r i s t i c s o f r e l e v a n c e ． S PE e e 一X 。 一X ⋯ 2 e ． e w i S r e s i d u al e I T o r ， i s e s t i ma t e d v alu e o f X ． A c c o r d in g to t h e c ri t e ri a o f P C A r e s id u al s [ 2 ] ， s PE s h o u l d s a t i s f y the f o l l o wi n g f o rm u l a u n d e r t he n o rm a l c o nd i t i o n s S P E≤ Q 3 W h e r e， S PE i s c h a n g e u n e x p l a i n e d b y p r i n c i p al c o m p o n e n t m o d e l i n the n e w o b s e r v e d d a ta，a n d Q p r e s e n t s the c o n t r o l l i mi t s whe n t e s t l e v e l i s O L ． Q 0 1 ∑ 2 ， 0 3 ∑ J A I J 1 A ， h 0 1 2 0 下 1 0 3 ．a r e c 。 n f id e n c e l i mi t s。 f Ga us s i a n d i s t r i b u 一 3 t i o n o f f l一0 c ％ ． T h e f o rmu l a 3 s h o u l d b e m e t i n a n o rma l 叩一 e r a t i o n．I f c u rre n t d a t a do e s n o t ma t c h wi t h t h e ma i n e l e me n t mo d e l d a t a，wh i c h ma k e s f a u l t s h a p p e n ． At t h e s a me t i me．the u t i l i z a t i o n o f c o n t r i b u t i o n p l o t s c a n h e l p t o d e s c rib e t h e l a ws o f c h a r a c t e ris t i c s o f t h e v a ria t i o n o f v a r i a b l e s ．Th e c o n t r i b u t i o n o f s t a t i s t i c al v a l u e p fo r t h e j v a r i a b l e for i m o m e n t i s s h o w n a s f o l l o ws Q e ； 瓦 一 5 We c a n fi n d o u t t h e v a r i a b l e s c a u s e d a s t a t i s t i c o u t o f c o n t r o l l i mi t s f r o m t h e a n a l y s i s o f c h a r a c t e ris t i c v a r i a b l e s o ff the a n a l y s i s o f c o n t r i b u t i o n p l o t s ． On c e t h e r e s u l t s c o mb i n e d wi t h p ri o r k n o wl e d g e ，t h e c a u s e o f f a i l ur e c o u l d b e f o u n d e a s i l y ． 3． Fa u l t de t e e t i o n me t h o d b a s e d o n v i br a ． t i o n s i g nal A c c o r d i n g t o the c h a r a c t e ri s t i c s o f v i b r a t i o n s 唔- nals for a x i al p i s t o n p u mp，t h e p r o c e s s e s o f de s i g ni ng f a u l t d e t e c t i o n a r e a s f o l l o ws 1 c o n v e r t the v i b r a t i o n s i g n a l s a t p o s i t i o n o f p u mp b y c o l l e c t i n g e n v e l o pe s i g n als r e f l e c t e d b y r e al s t a t e [ 3 ] ． 2 e x t r a c t u s e f u l i n f o rm a t i o n i n e n v e l o p e b y u s i n g wa v e l e t pa c ke t b a n d e n e r g y me t h o d． 3 T h e 1 0 0 g r o u p s o f n o rma l s a m p l e s are s t a n d a r d i z e d t o e s t a b l i s h p rin c i p a l c o mp o n e nt mo d e l wj t h PCA． A 肼 ∑ L I U S i y u a n， e t a l Ex pe rime n t a l S t u d y o f Ty p i c a l F a u l t De t e c t i o n i n Hy d r a u l i c Pu mp o f As ph a l t Di s t r i b ut o r 4ma k e 6 0 s e t s o f n o r ma l s a mp l e s a n d 4 0 f a u l t s a mp l e s f o r 4 k i n d s o f f a u l t s t a t e wi t h t h e s a me s i g n a l p r o c e s s i n g a n d f e a t u r e e x t r a c t i o n，wh i c h a r e c o m p o s e d o f f o u r f a u l t s t a t u s o f t h e t e s t d a t a。r e s p e c t i v e ． 1 y，a nd e q ui v a l e n t t o 1 0 0 s a mp l i n g p o i n t s i n o r d e r t o s i mu l a t e pu mp f a i l u r e i n t h e 61 s a mp l i n g t i me s ． 5 c o mp a r e t h e t e s t e d d a t a wi t h t h e ma i n e l e me nt mo d e l t o t e l l wh e t h e r t h e f a u l t h a p p e n s o r n o t ． 6wh a t k i n d o f f a u l t w h i c h c a u s e s t h e c h a n g e o f v a ria b l e wi l l b e d e t e r mi n e d b y t h e s t a t i s t i c s c o n t rib u ． t i o n p l o t s t o t h e j v a ri a b l e for t h e i mo me n t ． Th e flo w c h a r t o f f a u l t de t e c t i o n b a s e d o n PCA i s s h o wn i n F i g u r e 2． ， 一一一一一一一一一一一一一一一一一’一一一一一一‘一一一一一一一一一一一一一一‘一一一一一’、 F i g ． 2 F a u l t d e t e c t i o n fl o w c h a r t 4． Ex p e r i m e nt a l s t u dy a n d e ffe c t a na l y s i s w as Th e mo d e l o f a x i a l p i s t o n p ump I OMCY1 4 1 B d i a g n o s e d a s a n o b j e c t ， w h e r e ， t h e w o r k i n g s ur e i s 1 5 MPa，s a mp l i n g f r e q ue n c y i s 5 0 k Hz， t h e v i b r a t i o n s i g n al i s a n aly z e d for a n o r ma l w pr e s wh e n o r k i n g s t a t e a n d t h e c e n t e r s p ri n g f a i l u r e s e a c h s e t o f s a n l p l e s fo r p e r 0 ． 8 s ． 4． 1 ． Fa ul t s i m I l l a t i o n Th e r o l e o f c e n t e r s p rin g i s t h a t i t c a n ma k e c y l i n d e r ． b l o c k a n d v a l v e p l a t e k e e p p r e s e a1．I n a d d i t i o n， t h e p r e p r e s s u r e o f s p ri n g a l s o ma k e s p i s t o n a n d s l i d i n g b o o t s p r e s s a n d r e t u r n ． i s s p ri n g o n l y r e c e i v e s t he s t a t i c l o a d o u t o f t h e p r o b l e m o f f a t i g u e ． I t s d e f e c t i s t h a t i t i s t o o d i ffi c u l t t o d e s i g n s i n c e i t r e q ui r e s t h e s t r u c t u r e o f s p rin g i s r e l a t i v e s ma l l e r i n s i z e a n d the p r e s s u r e i s l i t t l e b i g ，n a me l y the b i g s t i ff n e s s o f s p ri n g ． O n c e qu ali t y p r o b l e ms t h a t t h e P一 一 8 D 3 n 6 wh e r e，s h e a r mo d u l u s i s G ／N mm ～ ， s p rin g p i t c h i s D／mm ， ma t e r i al d i a me t e r d ／ram ， e ffe c t i v e l a p s a r e n ／ l a p． Th e s t i ff n e s s o f n o rm al s p rin g i s P 1 9 ． 7 5 N ／ mm a f t e r me a s u ri n g all p ara me t e r s ． T he f o rm u l a s f o r t he s p rin g f o r c e i s F K x 7 K i s s t i ffn e s s o f c e n t e r s p rin g f a i l u r e， i s l e n g t h o f c o mp r e s s i o n a n d t e n s i l i t y． D e f i n i t e t h e a mo u n t o f a a b r a s i o n l o s s a s A x， t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n s t i ff n e s s K a n d A x c a n b e o b t a i n e d b y 7 ． K P 一A x 8 ． On t h e o t h e r h a n d，t h e d e g r e e o f f a i l u r e for s p ri n g c a n b e m a i n t a i n e d b y f o r m u l a 6 a n d 8 1 0 0 ％ 下 s p ri n g i s t o o s h o r t 。 r s m a l l ri g i d i t y a p p e are d ． i t c o u l d T h r o u g h f o rmu l a 8 ，t h r e e ma k e t h e p i s t o n n o t r e t u rn ，c y l i n d e r a n d v alv e p l a t e l o s t i t s s e al pr o p e r t y，t h e e f fic i e n c y o f pu mp v o l u me de c r e a s e a n d t h e wo r k i n g e ffic i e nc y be c o me s l o we r ． As a r e s ul t ，c e n t e r s prin g f a i l ur e i s o n e o f f a u l t s t h a t c a n n o t be i gn o r e d i n f a u l t di a gn o s i s p r o c e s s for h y d r a u l i c p u mp ． S i n c e t } l e s t i f f n e s s wh i c h d o e s n’ t me e t t h e r e q u i r e me n t s o f d i ff e r e n t k i n d s o f s p rin g i s s i mu l a t e d b y t h e a mo u n t o f a br a s i o n l o s s a t t h e f r o n t e n d o f c e n t e r s p ri n g ， t h e S p ri n g s t i ff n e s s f o r m u l a s i s a s f o l l o w s [ 4 ] s i mu l a t e d a nd t h e a br a s i o n l o s s e s 9 t y p e
展开阅读全文
