航空液壓馬達(dá)加速壽命試驗(yàn)探究

摘 要：航空液壓馬達(dá)是航空裝備的關(guān)鍵件之一，是一種高可靠長(zhǎng)壽命產(chǎn)品。目前，由于試驗(yàn)費(fèi)用、試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)時(shí)間的限制，工廠對(duì)航空液壓馬達(dá)的各種試驗(yàn)一般只進(jìn)行幾十小時(shí)到幾百個(gè)小時(shí)，此時(shí)液壓馬達(dá)遠(yuǎn)沒(méi)有失效，通常無(wú)法獲得失效時(shí)間數(shù)據(jù)，因此，迫切需要一種能在無(wú)失效數(shù)據(jù)的情況下，預(yù)測(cè)液壓馬達(dá)壽命的方法。

關(guān)鍵詞：航空液壓馬達(dá);加速壽命試驗(yàn)

前言

加速壽命試驗(yàn)是指在超過(guò)使用環(huán)境條件的應(yīng)力水平下對(duì)樣品進(jìn)行的壽命試驗(yàn)。這種試驗(yàn)的特點(diǎn)是：選擇一些比正常使用環(huán)境惡劣的應(yīng)力水平，又稱(chēng)加速應(yīng)力水平，在這些加速應(yīng)力水平下進(jìn)行壽命試驗(yàn)。

一、航空液壓馬達(dá)加速壽命試驗(yàn)方法概述

目前，針對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)械產(chǎn)品的加速壽命試驗(yàn)方法已經(jīng)取得了諸多研究成果。通常情況下，加速壽命試驗(yàn)方案分以下幾個(gè)步驟實(shí)施。首先，明確被試產(chǎn)品的故障模型。常見(jiàn)的故障模型有反應(yīng)論模型、損傷累積模型、變應(yīng)力混合威布爾模型等。然后，根據(jù)產(chǎn)品壽命模型特征及試驗(yàn)時(shí)間的約束，采取不同的應(yīng)力施加方法。根據(jù)試驗(yàn)應(yīng)力施加方法的不同，可將加速壽命試驗(yàn)分為四種類(lèi)型：恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)和變應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)。加速壽命試驗(yàn)過(guò)程中，需要明確試驗(yàn)樣本數(shù)量、產(chǎn)品失效判據(jù)、試驗(yàn)終止條件等。試驗(yàn)結(jié)束之后，還要根據(jù)產(chǎn)品的故障模型、應(yīng)力施加方法和水平、試驗(yàn)時(shí)間，采用合適的結(jié)果統(tǒng)計(jì)和壽命評(píng)價(jià)方法估算產(chǎn)品在正常使用工況下的壽命。上述成熟的加速壽命試驗(yàn)方法已經(jīng)在電子產(chǎn)品及相對(duì)較為簡(jiǎn)單的機(jī)械類(lèi)產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。但是需要被試產(chǎn)品滿(mǎn)足以下條件：① 試件故障機(jī)理不變。符合威布爾分布模型的產(chǎn)品，要求其形狀參數(shù)應(yīng)保持不變。對(duì)數(shù)正態(tài)分布產(chǎn)品，其標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)保持不變;② 存在有規(guī)律的加速過(guò)程。保持故障機(jī)理不變是實(shí)施加速壽命試驗(yàn)的必要條件，但不是充分條件。因?yàn)樵考膲勖凸收下释S試驗(yàn)條件不同而變化，只有存在有規(guī)律的加速過(guò)程，才可以進(jìn)行加速壽命試驗(yàn);③ 壽命分布模型具有統(tǒng)一性和規(guī)律性。研究加速壽命試驗(yàn)與元部件的故障模型，這些模型反映應(yīng)力與性能退化間的關(guān)系，及采取該模型是否具有加速性。液壓馬達(dá)是一種典型的中等復(fù)雜度的機(jī)械產(chǎn)品，其加速試驗(yàn)存在的難點(diǎn)有：① 液壓馬達(dá)的故障機(jī)理復(fù)雜，故障模式多樣，涉及部件較多，不同故障模式之間也存在一定的耦合關(guān)系，沒(méi)有統(tǒng)一可用的故障模型;② 液壓馬達(dá)的加速過(guò)程復(fù)雜多樣?？梢酝ㄟ^(guò)提高壓力、轉(zhuǎn)速、流量、介質(zhì)溫度實(shí)現(xiàn)加速，也可以通過(guò)增加介質(zhì)污染水平實(shí)現(xiàn)。③ 由于液壓馬達(dá)存在多種故障模式，涉及到多個(gè)關(guān)鍵部件。這些部件的壽命模型與整機(jī)的壽命分布并不能完全匹配，加速壽命試驗(yàn)的實(shí)施只能重點(diǎn)關(guān)注導(dǎo)致失效的關(guān)鍵部件。綜上所述，傳統(tǒng)成熟方法在液壓馬達(dá)的加速壽命試驗(yàn)過(guò)程中，具有一定的局限性。

二、有待解決的關(guān)鍵問(wèn)題

1.產(chǎn)品質(zhì)量一致性不高，壽命不穩(wěn)定。對(duì)于以壽命評(píng)價(jià)為目標(biāo)的壽命試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，開(kāi)展試驗(yàn)的前提是液壓馬達(dá)已經(jīng)具備了較高水平的質(zhì)量一致性和壽命穩(wěn)定性。目前我國(guó)液壓馬達(dá)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工工藝以及材料水平都導(dǎo)致產(chǎn)品的一致性不高，這就導(dǎo)致開(kāi)展壽命試驗(yàn)的可行性降低，壽命評(píng)價(jià)試驗(yàn)就轉(zhuǎn)變成為了可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)。

2.耦合關(guān)系復(fù)雜，施加應(yīng)力方式多樣。對(duì)于液壓馬達(dá)來(lái)說(shuō)，主要有磨損、疲勞、老化三種失效模式。磨損主要涉及柱塞-缸體副，斜盤(pán)-滑靴副，缸體-配油盤(pán)副及其它運(yùn)動(dòng)副，疲勞則涉及到幾乎所有的運(yùn)動(dòng)部件和殼體，老化與橡膠密封件相關(guān)。

3.工況參數(shù)與壽命之間的定量關(guān)系難以確定液壓馬達(dá)的磨損、疲勞和老化過(guò)程受輸出壓力、轉(zhuǎn)速、流量、介質(zhì)溫度等工作和環(huán)境參數(shù)相關(guān)。所有這些可變的外部載荷，都可以用以實(shí)施加速壽命試驗(yàn)。但是在開(kāi)展加速壽命試驗(yàn)之前，需要明確這些外部載荷、工況參數(shù)與馬達(dá)相關(guān)部件的磨損、疲勞、老化時(shí)間的定量關(guān)系，這是開(kāi)展加速壽命試驗(yàn)的前提。

三、加速壽命試驗(yàn)的實(shí)施方案

1.開(kāi)展液壓馬達(dá)加速壽命試驗(yàn)方案總體流程。首先，根據(jù)液壓馬達(dá)的技術(shù)規(guī)范，壽命要求以及常規(guī)耐久試驗(yàn)中出現(xiàn)的影響壽命的主要失效部件和關(guān)鍵失效模式，然后，確定加速應(yīng)力。對(duì)于液壓馬達(dá)來(lái)說(shuō)，主要加速載荷包括：確定關(guān)鍵部件和關(guān)鍵失效模式。對(duì)于馬達(dá)來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵零件涉及斜盤(pán)組件、流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、柱塞組件、缸體、分油盤(pán)、軸、軸承、密封件。關(guān)鍵失效模式主要是由于磨損、疲勞和老化導(dǎo)致的效率下降、泄漏、疲勞損壞等。這一步驟需要考慮馬達(dá)的具體工況，與工況不符的加速項(xiàng)目應(yīng)不予考慮，比如，馬達(dá)的殼體極少發(fā)生疲勞損傷，在加速方案中就不應(yīng)對(duì)殼體的疲勞損傷進(jìn)行加速。然后針對(duì)關(guān)鍵零部件，分別計(jì)算加速后的試驗(yàn)時(shí)間，并根據(jù)馬達(dá)的設(shè)計(jì)載荷極限，確定關(guān)鍵零部件加速項(xiàng)目和加速時(shí)間。綜合考慮各個(gè)零部件，并考慮總體試驗(yàn)時(shí)間限制和期望加速比，確定馬達(dá)總體加速時(shí)間。最后進(jìn)行總體加速時(shí)間和部件加速時(shí)間的一致性校核，如果一致，則根據(jù)計(jì)算結(jié)果制定試驗(yàn)大綱。加速試驗(yàn)完成之后，對(duì)比加速試驗(yàn)和常規(guī)試驗(yàn)后的技術(shù)狀態(tài)參數(shù)、物理狀態(tài)參數(shù)、介質(zhì)參數(shù)，對(duì)加速試驗(yàn)的效果進(jìn)行評(píng)估。

2.針對(duì)航空液壓馬達(dá)開(kāi)展以鑒定壽命為目標(biāo)的加速壽命試驗(yàn)需求迫切。隨著武器裝備技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)可靠性及壽命要求大幅提高。液壓馬達(dá)作為飛機(jī)液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，功率大價(jià)值高，長(zhǎng)期壽命試驗(yàn)所需費(fèi)用巨大，也會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的研制和定型周期，開(kāi)展航空液壓馬達(dá)加速壽命試驗(yàn)具有非常緊迫的工程應(yīng)用需求;我國(guó)開(kāi)展的液壓馬達(dá)加速壽命試驗(yàn)，都是基于美國(guó)或俄羅斯方法標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，雖然國(guó)內(nèi)液壓馬達(dá)加速壽命試驗(yàn)有了成功的應(yīng)用案例，但方法手段還不成熟，對(duì)于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)方法需深入研究并理解其內(nèi)涵。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代飛機(jī)要求具備超高可靠度和超長(zhǎng)壽命。液壓馬達(dá)作為飛機(jī)液壓系統(tǒng)的核心部件，與普通液壓系統(tǒng)液壓馬達(dá)相比，要求更加嚴(yán)格。尤其是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，承擔(dān)著為整個(gè)飛機(jī)液壓系統(tǒng)提供能源的任務(wù)，要求具有極高的可靠度和較長(zhǎng)的無(wú)故障工作周期。開(kāi)展液壓馬達(dá)的加速壽命試驗(yàn)應(yīng)以不改變產(chǎn)品的失效模式為基本準(zhǔn)則。綜合加速試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)體系，開(kāi)展馬達(dá)的加速試驗(yàn)載荷譜的編制，要以常規(guī)試驗(yàn)載荷譜為基準(zhǔn)，通過(guò)提高流量、轉(zhuǎn)速、溫度等方式實(shí)現(xiàn)加速。

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作者簡(jiǎn)介：

陳春，男，漢，出生年月：1981.4，籍貫：山西，懷仁學(xué)歷：蘭州理工大學(xué)，大學(xué)本科，西安交通大學(xué)，碩士學(xué)位，畢業(yè)院校：西安交通大學(xué)，碩士學(xué)位，職稱(chēng)：高級(jí)工程師，現(xiàn)就職于：慶安集團(tuán)有限公司，研究方向：航空產(chǎn)品研制。