[發明專利]一種基于數字孿生的齒輪泵維護方法

有效

• 申請號: 202110605998.8
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113255220B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 嚴如強;許文綱;周崢;孫闖;田紹華;王志穎;梁清華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/28;G06N3/04;G06N3/08;F04C2/14;F04B51/00;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本公開揭示了一種基于數字孿生的齒輪泵維護方法，方法包括：測量并實時接收齒輪泵工況參數，基于工況參數計算齒輪泵容積效率和極限轉速以評定齒輪泵的運行狀態并對失效作出預估，計算齒輪泵的主、從動齒輪的中心位置和摩擦副磨損量，齒輪泵內流場中，基于集中參數法建立齒輪泵壓力脈動模型，建立齒輪泵的數字孿生模型，以齒輪泵出口壓力脈動為預測維護模型的監測信號。

技術領域

本發明屬于齒輪泵運行維護領域，特別是一種基于數字孿生的齒輪泵維護方法。

背景技術

齒輪泵因其結構緊湊、體積小、重量輕、價格低廉，對油液污染敏感度低，自吸性能好而廣泛應用于在電力、汽車、冶金、軍工、航空、航天和化工等機械行業。在使用過程中齒輪泵最主要的失效模式是泄露導致的容積效率的下降。齒輪泵泄漏包括內泄漏和外泄漏，外泄漏通過肉眼可見，可以通過更換密封件解決；造成容積效率降低的泄漏主要為內泄漏，是高壓腔油液通過摩擦副間隙流向低壓腔的過程，主要包括齒輪端面與側板間的端面泄漏、齒頂與殼體間的徑向泄漏和兩個齒輪嚙合處的嚙合泄漏。

以往齒輪泵的故障監測和性能退化研究中，主要采用多源信號融合的診斷和預測技術。但是對齒輪泵早期微弱故障不能很好地作出診斷預測，同時齒輪泵性能退化不能及時評估預測，導致整個液壓系統壓力、流量不足，嚴重影響了系統的整體性能，尤其是當齒輪泵用在航空發動機燃油系統中時，壓力、流量的不足往往是致命的故障，因此建立齒輪泵基于物理知識的數字孿生模型，對齒輪泵的退化性能和故障做出時時鏡像，動態反映了齒輪泵生命周期中自身的生命特征。該方法在齒輪泵故障監測和預測維護中具有很大的潛力。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發明背景的理解，因此可能包含不構成本領域普通技術人員公知的現有技術的信息。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種基于數字孿生的齒輪泵維護方法，本發明建立齒輪泵基于物理知識的數字孿生模型，對齒輪泵的退化性能和故障做出時時鏡像，動態反映了齒輪泵生命周期中自身的生命特征，對故障和性能退化作出診斷和預測。

本發明的目的是通過以下技術方案予以實現。

本發明的一個方面，一種基于數字孿生齒輪泵預測維護方法包括以下步驟：

測量并實時接收齒輪泵工況參數，工況參數包括工作壓力、流量、轉速、扭矩和溫度；

基于工況參數計算齒輪泵容積效率和極限轉速以評定齒輪泵的運行狀態并對失效作出預估，其中，，，式中：為極限轉速；為工作壓力；為油液的動力粘度；為軸承和軸瓦的間隙；為軸承半徑；為容積效率；為工作壓力下的排量；為空載壓力下的排量；為工作壓力下的流量；為空載壓力下的流量；為工作壓力下的轉速；為空載壓力下的轉速，

計算齒輪泵的主、從動齒輪的中心位置和摩擦副磨損量，其中，中心位置為：

式中：為齒輪1的質量；為齒輪1所受的軸承反力；為齒輪1所受的壓力；為齒輪所受的嚙合力；為齒輪1的轉動慣量；為齒輪1的轉角；為齒輪1所受壓力產生的轉矩；為電機產生的轉矩；為齒輪1嚙合點的半徑；為齒輪2的質量；為齒輪2所受的軸承反力；為齒輪2所受的壓力；為齒輪2的轉動慣量；為齒輪2的轉角；為齒輪2所受壓力產生的轉矩；為齒輪2嚙合點的半徑，

摩擦副磨損量包括在齒輪端面與浮動軸套、齒頂和泵殼內壁之間的磨損量，齒輪端面與浮動軸套之間的磨損量決定齒輪端面與浮動軸套之間間隙hf的大小, 齒頂和泵殼內壁之間的磨損量決定齒輪泵泵殼與輪齒齒頂間隙hi的大小；摩擦副磨損量為：，，式中：為摩擦副磨損量；為每次行程中磨損所消耗的能量；為行程次數；為每一行程滑動距離；為磨損系統常數；為零件所受的最大剪切力；

根據壓差和間隙的大小得到通過間隙的流量，通過間隙與流量的關系以得到各個腔的壓力，其中，

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