液压泵性能退化双应力指数模型建模方法技术

本发明专利技术公布了液压泵性能退化双应力指数模型建模方法，主要用于导弹武器装备液压系统的故障预测与视情维修的开展。提出了双应力指数模型作为液压泵性能退化理论模型，并根据加速退化试验的特点，设置加速系数，给出了模型关键参数的确定方法；并通过设计不同应力下的加速退化试验，利用各时刻容积效率所服从的分布，估计出模型的参数值，分别建立了液压泵性能退化基本模型以及加速试验条件下的性能退化模型，改善了模型对不同工作条件下液压泵剩余寿命的预测能力，提高了模型的适用性，可以相对客观的反映液压泵性能退化规律，对于视情维修的开展具有重要意义。

Modeling of performance degradation of hydraulic pump using double stress index model

The invention discloses a double stress index model modeling method for performance degradation of hydraulic pump, which is mainly used for fault prediction of hydraulic system of missile weapon equipment and development of condition based maintenance. The double stress index model as the hydraulic pump performance degradation model, and according to the characteristics of the accelerated degradation test, set the acceleration coefficient method to determine the key parameters of the model are given; and the design of different stress accelerated degradation test under stress, the distribution of each moment volumetric efficiency obeys the estimated model parameters values are established and the basic model of the hydraulic pump performance degradation test under the condition of accelerated performance degradation model, improve the prediction ability of the residual life of hydraulic pump under different working conditions, improve the applicability of the model, can reflect the law of degradation of the hydraulic pump performance objectively, has great significance to carry out maintenance.

【技术实现步骤摘要】
液压泵性能退化双应力指数模型建模方法
本专利技术涉及典型液压泵设备故障预测
的性能退化建模技术。
技术介绍
液压泵是液压系统的关键部件之一，其性能好坏直接影响着整个液压系统的可靠性。由于流体的压缩性、泵源与伺服系统的流固耦合作用以及自身所具有的大幅固有机械振动，液压泵的性能退化是一个非常复杂的过程。建立有效地性能退化模型，能够尽早地捕捉潜在的早期故障行为，估计出液压泵的状态演化趋势以及大致失效时间，从而采取合适的预防性维修策略，可以有效避免事故的发生。因此，液压泵性能退化模型的构建，对于液压泵故障预测技术的发展以及基于状态的维修的实施具有重要意义。性能退化建模提供了一种将系统退化演变过程表征为数学函数的方法，并以某种性能参数为参考来评估系统的失效时间点以及剩余使用寿命，与传统的基于经验估计的方法相比，具有更强的理论说服力，能够较为客观地反映系统退化过程的一般规律。目前，绝大多数的性能退化建模都是依据传统的可靠性理论，以失效时间作为分析对象，通过大量试验得到被试系统的失效数据，进而推导出统计分布模型。但是，这种基于统计分布的建模方法，需要在每次试验中都获得性能指标的全寿命周期数据，这样会耗费大量的时间以及人力、物力，且所建立的模型与实际偏差较大，很难有效地表征性能退化的一般规律，尤其是对于现代装备所采用的高可靠性产品而言，这种基于大量失效时间历史数据的方法将不再适用。液压泵内部存在几个典型的摩擦副，主要有滑靴靴帽和柱塞球头、滑靴和斜盘、配流盘和斜盘等。在液压泵工作过程中，由于内部应力的作用，摩擦副间会因为摩擦而产生不同程度的磨损，导致摩擦副元件间的力矩系数增大，油膜变薄，配合间隙变大，进而造成液压油的外泄，液压泵的性能下降。因此，关键摩擦副的磨损则是加快泵性能退化、制约泵寿命的主要原因，而影响磨损最关键的因素就是压力和转速。为此，可以采用加速退化试验的方法，利用产品性能退化量分布的样本标准差与时间和应力的关系，建立合适的性能退化模型。综上所述，采用加速退化试验的方法建立更符合一般性规律的液压泵性能退化模型是本专利技术研究解决的主要内容。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过设计双应力加速退化试验，采集性能指标的数据，提供一种有效的液压泵性能退化建模方法。这种方法能够避免传统统计分布建模方法耗费时间长、误差大的问题，且容易实现、更能体现性能退化的一般规律。根据液压泵的性能退化原理以及前期相关试验结论，液压泵的性能退化模型主要与性能指标初值、压力、转速有关，大致为时间的指数函数。选用容积效率作为性能参数。液压泵性能退化基本模型可以表示为：η＝η0-αv0P0eβt(1)其中，η为容积效率，η0为容积效率初始值；v0为额定转速，P0为额定压力；α、β为参数。在加速退化试验条件下，液压泵的性能退化模型会出现一些变化，其双应力指数退化模型为：其中，v为加速退化试验的转速，P为加速退化试验的压力，α、β、η0与式(1)相同，k为加速系数。本专利技术的基本原理框图如图1所示。设抽取样品数为n，分别在不同的加速试验条件下(v＞v0，P＞P0)，按照vP/v0P0由大至小的顺序进行加速退化试验，监测量为容积效率，测量时刻为0，t1，...，tm，记录相应的数值。在第一种加速退化试验中，即vP/v0P0最高的条件，对0时刻下n个样品的容积效率数值进行正态分布假设检验，并得到所服从正态分布的均值和标准差，即为η0的数值；对于每一种加速试验条件，分别对0-tm每个测量时刻下所有样品的容积效率数值进行正态分布假设检验，估计出各个时刻容积效率所服从正态分布的均值和标准差；分别利用双应力指数退化模型(式(2))对每种加速退化试验条件下各时刻正态分布的均值进行拟合，得到该加速试验条件下的性能退化模型，进而估计α、β参数值，标准差可取为各时刻正态分布标准差的平均值；对所有加速试验条件下所得到的α、β参数值，求取平均值，作为α、β的估计值和最后利用和建立性能退化基本模型以及加速退化条件下的性能退化模型。本专利技术的特点是：(1)建模方法容易实现本专利技术所采用的基于加速退化试验的方法仅需要对几种不同应力条件下的采集一段时间的容积效率数据，避免了传统的基于统计分布的建模方法对全寿命数据的依赖，大大降低了试验时间，易于实现；(2)模型更具有适用性本专利技术以双应力指数退化模型为基础，利用加速退化试验分布建立了液压泵性能退化基本模型以及加速退化条件下的性能退化模型，能够适用于多种型号的液压泵，扩展了模型的应用条件，使其更具有适用性；(3)预测精度更高本文明基于对液压泵的工作原理以及性能退化规律考虑，采用双应力指数退化模型作为性能退化模型，并利用不同应力条件下容积效率均值的分布情况来拟合出模型，有效提高了样本的多样性，使模型更贴近于实际退化过程，提高了模型的预测精度。附图说明图1是本专利技术的原理框图；图2是本专利技术的加速退化试验台视图；图3是本专利技术的试验用液压泵的视图；图4是本专利技术的加速退化试验操作界面视图；图5是本专利技术的性能退化基本模型拟合的退化曲线图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步描述。图2所示的为液压泵加速退化试验台。驱动电机型号为YPT-280M-2，转速可设为0-3000r/min。液压泵型号为L10VSO28DFR(如图3所示)，额定压力为26Mpa，额定转速为2200r/min，失效判定为容积效率η≤80％。根据厂家提供的有关资料可知，该型液压泵在加速退化试验条件下的加速系数为：从15台同全新的同批次的L10VSO28DFR型液压泵中，随机抽取10台作为试验样本，分别在v＝2860r/min，P＝30MPa；v＝2800r/min，P＝29.5MPa；v＝2700r/min，P＝28MPa三种双应力加速试验条件下进行加速退化试验，操作界面如图4所示。监测容积效率的数值，采集时间间隔为10小时，试验时间为100小时。①在v＝2860r/min，P＝30MPa的加速试验条件下，对10台液压泵0时刻的容积效率监测值进行正态分布假设检验，在显著水平0.05下服从概率为0.9921，因此其服从均值为0.9682、标准差为0.0042的正态分布，η0＝0.9682；②在v＝2860r/min，P＝30Mpa的加速试验条件下，分别对10台液压泵10h-100h的容积效率监测值进行正态分布假设检验，利用双应力指数加速退化模型(式(2))对0h-100h正态分布的均值进行拟合，得到v＝2860r/min，P＝30MPa条件下，液压泵性能退化模型为：y＝0.9682-0.0001632*e0.0159t(4)③根据式(2)得到加速系数k1＝2.5，估计v＝2800r/min，P＝29.5Mpa的条件下模型参数α、β的值；④对于第二种加速退化试验条件(v＝2800r/min，P＝29.5MPa)，与前面步骤相同，需要注意的是：此时拟合所采用的双应力指数加速退化模型(式(2))在自变量t处需要添加一个初值t0，表达式为：其中，k2为第二种加速退化条件下的加速系数。得到v＝2800r/min，P＝29.5MPa条件下，性能退化模型为：y＝0.9682-0.0001718*e0.0138(t+113.64)(6)⑤对于第三种加速退化试验条件(v＝27本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术公布了液压泵性能退化双应力指数模型建模方法，其特征在于：提出了双应力指数模型作为液压泵性能退化理论模型；定义了加速系数，并给出了模型关键参数的确定方法；设计了不同应力下的加速退化试验，利用各时刻容积效率所服从的分布，估计出模型的参数值；分别建立了液压泵性能退化基本模型以及加速试验条件下的性能退化模型。

【技术特征摘要】
1.本发明公布了液压泵性能退化双应力指数模型建模方法，其特征在于：提出了双应力指数模型作为液压泵性能退化理论模型；定义了加速系数，并给出了模型关键参数的确定方法；设计了不同应力下的加速退化试验，利用各时刻容积效率所服从的分布，估计出模型的参数值；分别建立了液压泵性能退化基本模型以及加速试验条件下的性能退化模型。2.根据权利要求1所述的液压泵性能退化双应力指数模型建模方法，其特征在于，以双应力指数模型作为液压泵性能退化理论模型，充分考虑了压力、转速对液压泵关键摩擦副磨损的影响，能够较为客观的反映液压泵的实际退化过程。3.根据权利要求1所述的液压泵性能退化双应力指数模型建模方法，其特征在于，根据加速退化试验的特点，在性能退化基本模型的基础上，定义了加速...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪儒，孙健，田再克，许葆华，王余奎，王卫国，谷宏强，韩东，李辉，李宝晨，
申请(专利权)人：中国人民解放军军械工程学院，
类型：发明
国别省市：河北,13