一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法技术

本发明专利技术公开了一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，具体步骤包括布置齿轮泵的磨损监测系统用于测量和实时接收齿轮泵的工况参数并上传工业计算机；建立齿轮泵的数字孪生体；建立平面直角坐标系；在坐标系中计算泵壳磨损的中心位置和磨损量，通过磨损量得到磨损区域范围并修正；设置数字孪生体参数更新条件，及时更新数字孪生体；评估当前齿轮泵磨损状态，预测剩余使用寿命。本发明专利技术通过建立内啮合齿轮泵的磨损退化数学模型和基于物理知识的数字孪生体，在保证实时性的同时，对磨损区域范围有了更加直观准确的反映。了更加直观准确的反映。了更加直观准确的反映。

【技术实现步骤摘要】
一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法


[0001]本专利技术涉及齿轮泵运行维护领域，具体涉及一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法。

技术介绍

[0002]齿轮泵因其结构可靠、体积小、重量轻、对油液污染敏感度低而广泛应用于冶金、军工、航空、航天和化工等机械行业。其中，内啮合齿轮泵流量脉动小、无困油现象、稳态响应时间短，广泛应用于上述行业中对平稳性有特殊要求的液压回路。在使用过程中，就内啮合齿轮泵自身来说，其最主要的失效模式是内泄漏导致的容积效率的下降。内泄漏是高压腔油液通过端面间隙和径向间隙流向低压腔的过程，在高压工作下尤为明显。其中，由于月牙板的支撑，内啮合齿轮泵的端面间隙基本保持不变，径向间隙随着使用过程中磨损量的增加不断增大。
[0003]以往齿轮泵的故障监测和性能退化研究中，对齿轮泵的磨损状态评估采用总体磨损量作为评估标准，无法比较准确的计算磨损中心位置和磨损区域长度。如果在保证实时性的同时使用仿真模型计算磨损量，对计算机的计算能力和数据精度要求太高。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、布置齿轮泵的磨损监测系统用于测量和实时接收齿轮泵的工况参数并上传工业计算机，工况参数包括工作压力P、流量Q、转速n、扭矩M；S2、在工业计算机上建立齿轮泵的数字孪生退化模型即数字孪生体；S3、在数字孪生体上，以齿圈圆心
‑
出油方向为X轴正方向，以齿圈圆心为原点，建立平面直角坐标系X
‑
O
‑
Y；S4、在坐标系X
‑
O
‑
Y中，计算泵壳磨损的中心位置和磨损量，通过磨损量得到磨损区域范围并修正；S5、设置数字孪生体参数更新条件，及时更新数字孪生体；S6、评估当前齿轮泵磨损状态，预测剩余使用寿命。2.如权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，步骤S1中磨损监测系统包括安装在液压管路上的流量传感器和压力传感器、驱动电机自带的编码器以及安装在电机轴上的动态扭矩传感器；驱动电机的电机轴通过扭矩传感器、联轴器连接内啮合齿轮泵输入轴；流量传感器、压力传感器、编码器分别通过A/D转换器与工业计算器电性连接，所述动态扭矩传感器发射的信号通过无线信号接收器输入工业计算机。3.如权利要求2所述的一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，步骤S2中建立数字孪生体的步骤为：S21、使用creo工业软件建立齿轮泵的参数化三维模型，其中，进行参数化设置的尺寸包括齿圈最大半径和齿轮泵轴向间隙，设置泵壳径向轮廓为样条曲线；S22、将齿轮泵的参数化三维模型与ansys工业软件相关联，并基于各组成部分的物理特性，包括齿轮泵所用材料、加工工艺、油液粘度、油液弹性模量；建立基于流固耦合仿真的数字孪生体；其中，选择流场运动模型为RNG k
‑
ε湍流模型；在数字孪生体中，除考虑液压油粘度外，设置齿轮轴、齿圈和泵壳之间均为无摩擦接触；S23、校正结构孪生体和流场运动模型；在工作压力P<Pnw的条件下，校正步骤S21中参数化设置的尺寸，使得数字孪生体的工况参数与磨损监测系统实测的工况参数的误差在允许范围内；其中，Pnw为齿轮泵长时间运行未发生明显磨损的最大允许压力。4.如权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，步骤S21中，所述齿轮泵结构孪生体的泵壳结构包括进油口、高压油口，同时设有低压区支撑定位区域、高压密封区域。5.如权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，步骤S4中，泵壳磨损中心位置的计算方法为：令P＝P0，Q＝Q0，n＝n0，其中，P、Q、n分别为磨损监测系统实测的工作压力P、流量Q、转速n；P0、Q0、n0分别为数字孪生体的输入量；经过数字孪生体的计算，得到齿圈对泵壳内壁的磨损正压力无磨损转矩M0以及啮合点位置，其中，
式中：F
r0
为磨损正压力的大小；β1为仿真磨损正压力与X轴正方向的夹角；在啮合齿形为渐开线齿形、不考虑齿面接触摩擦的条件下，齿圈所受径向啮合力的方向为啮合点—O点连线方向，设径向啮合力方向与X轴正方向的夹角为β0；发生磨损时，实测转矩M与数字孪生体计算的转矩M0相差很大，齿圈所受啮合力明显增大；令ΔM＝M
‑
M0，由渐开线齿形的传动特性，得到啮合力径向增量
△
F
nr
如下：式中：ΔM为磨损引起的转矩增量；R
n
为啮合点半径，初始值为节圆半径；
△
F
nt
为啮合力的周向增量；可得实际磨损正压力如下：令β2即为泵壳磨损中心位置在坐标系X
‑
O
‑
Y中的角度。6.如权利要求5所述的一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，步骤S4中，磨损区域范围计算具体为：S41、计算泵壳磨损量；由于每周磨损量极小，因此设齿轮泵转动m圈为一个磨损周期，根据Archard理论模型，可得第N个磨损周期的磨损增量
△
V
N
如下：
△
V
N
＝KF
r
2πRm式中：K为齿圈和泵壳所用材料对磨时，泵壳的磨损系数；F
r
为实际磨损正压力的大小；R为齿圈的最大半径；m为每个磨损周期包含的圈数；S42、计算磨损区域：由于泵壳磨损方向不变，可得第N个磨损周期的最大磨损深度增量
△

【专利技术属性】
技术研发人员：姜伟，卢昊，吴艳，苗昀，王宏，朱真才，曹奔，彭玉兴，薛雷雷，
申请(专利权)人：中国矿业大学圣邦集团有限公司，
类型：发明
国别省市：