液压泵信息融合故障诊断

摘要：针对液压泵故障特征的分散性和模糊性，提出基于振动和压力传感器的信息融合故
障诊断方法。在充分分析液压泵球头松动故障机理的基础上，对振动信号和压力信号进行小
波消噪处理，有效提取球头松动的故障特征。将不同类型特征参数进行特征层融合，利用主
成分分析和改进算法的

BP 神经网络实现液压泵球头松动故障诊断。试验表明，基于不同类

型传感器信息融合故障诊断方法可以有效地实现液压泵微弱故障的诊断。

　　引言

　　液压泵是液压系统的心脏，其故障诊断是液压系统故障诊断的重要部分。由于流体的压
缩性、泵源与伺服系统的流固耦合作用及液压泵本身具有大幅度的固有机械振动，使得液压
泵的故障机理复杂，故障特征提取困难，故障诊断的模糊性强。大量的液压泵故障诊断数据
表明，通过泵源出口检测到的故障信号常被干扰信号淹没，单一故障检测信号常呈现出强
的模糊性，采用常规的信号处理方法难以提升有效的故障特征。

　　从故障诊断学的角度来看，任何一种诊断信息都是模糊的、不精确的，对任何一种诊断
对象，用单一信息来反映其状态行为都是不完整的，如果从多方面获取同一对象的多维故
障冗余信息加以综合利用，就能对系统进行更可靠更精确的监测和诊断。本文针对柱塞泵球
头松动故障模式，通过在液压泵出口配置振动传感器和压力传感器进行故障检测，通过小
波分析进行信号消噪处理，利用主成分分析提取有效融合信息，采用改进算法的

BP 神经

网络实现液压泵微弱信号或多故障的有效诊断。

　　

1、液压泵球头松动故障机理分析

　　由于制造误差或液压泵在工作过程中的压力冲击，常常使柱塞球头与球窝沉凹变形使
球头与球窝间隙增大，从而产生柱塞球头松动的故障。

　　

1.1 基于振动信号的故障机理分析

　　液压泵缸体在转动过程中，柱塞在油缸中往复运动。当缸体转过一定角度时，经过上死
点柱塞进人吸油区，球头与柱塞发生一次碰撞；当缸体转动经过上死点后，球头开始向柱
塞方向运动，球头与柱塞发生相对运动；当转过排油区时，高压油作用在柱塞上，使柱塞
迅速向球头方向运动，从而又一次产生冲击。缸体转动一周，球头与柱塞发生两次碰撞，经
过传动轴和轴承将能量传递到壳体上，故球头松动故障的振动频率为轴频率的

2 倍。

　　

1.2 基于压力信号的故障机理分析

　　球头松动对液压泵出口的压力脉动也有影响。当缸体转过上死点时，球头向柱塞方向运
动，当油缸的排油进入卸荷区时，球头与柱塞还未发生碰撞，这时在高压油的作用下，柱
塞又向球头方向运动，球头与球窝发生碰撞，产生振动冲击的同时，碰撞通过柱塞作用在