[发明专利]一种基于数字孪生的齿轮泵维护方法

说明书

本公开揭示了一种基于数字孪生的齿轮泵维护方法，方法包括：测量并实时接收齿轮泵工况参数，基于工况参数计算齿轮泵容积效率和极限转速以评定齿轮泵的运行状态并对失效作出预估，计算齿轮泵的主、从动齿轮的中心位置和摩擦副磨损量，齿轮泵内流场中，基于集中参数法建立齿轮泵压力脉动模型，建立齿轮泵的数字孪生模型，以齿轮泵出口压力脉动为预测维护模型的监测信号。

技术领域

本发明属于齿轮泵运行维护领域，特别是一种基于数字孪生的齿轮泵维护方法。

背景技术

齿轮泵因其结构紧凑、体积小、重量轻、价格低廉，对油液污染敏感度低，自吸性能好而广泛应用于在电力、汽车、冶金、军工、航空、航天和化工等机械行业。在使用过程中齿轮泵最主要的失效模式是泄露导致的容积效率的下降。齿轮泵泄漏包括内泄漏和外泄漏，外泄漏通过肉眼可见，可以通过更换密封件解决；造成容积效率降低的泄漏主要为内泄漏，是高压腔油液通过摩擦副间隙流向低压腔的过程，主要包括齿轮端面与侧板间的端面泄漏、齿顶与壳体间的径向泄漏和两个齿轮啮合处的啮合泄漏。

以往齿轮泵的故障监测和性能退化研究中，主要采用多源信号融合的诊断和预测技术。但是对齿轮泵早期微弱故障不能很好地作出诊断预测，同时齿轮泵性能退化不能及时评估预测，导致整个液压系统压力、流量不足，严重影响了系统的整体性能，尤其是当齿轮泵用在航空发动机燃油系统中时，压力、流量的不足往往是致命的故障，因此建立齿轮泵基于物理知识的数字孪生模型，对齿轮泵的退化性能和故障做出时时镜像，动态反映了齿轮泵生命周期中自身的生命特征。该方法在齿轮泵故障监测和预测维护中具有很大的潜力。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于数字孪生的齿轮泵维护方法，本发明建立齿轮泵基于物理知识的数字孪生模型，对齿轮泵的退化性能和故障做出时时镜像，动态反映了齿轮泵生命周期中自身的生命特征，对故障和性能退化作出诊断和预测。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一个方面，一种基于数字孪生齿轮泵预测维护方法包括以下步骤：

测量并实时接收齿轮泵工况参数，工况参数包括工作压力、流量、转速、扭矩和温度；

基于工况参数计算齿轮泵容积效率和极限转速以评定齿轮泵的运行状态并对失效作出预估，其中，，，式中：为极限转速；为工作压力；为油液的动力粘度；为轴承和轴瓦的间隙；为轴承半径；为容积效率；为工作压力下的排量；为空载压力下的排量；为工作压力下的流量；为空载压力下的流量；为工作压力下的转速；为空载压力下的转速，

计算齿轮泵的主、从动齿轮的中心位置和摩擦副磨损量，其中，中心位置为：

式中：为齿轮1的质量；为齿轮1所受的轴承反力；为齿轮1所受的压力；为齿轮所受的啮合力；为齿轮1的转动惯量；为齿轮1的转角；为齿轮1所受压力产生的转矩；为电机产生的转矩；为齿轮1啮合点的半径；为齿轮2的质量；为齿轮2所受的轴承反力；为齿轮2所受的压力；为齿轮2的转动惯量；为齿轮2的转角；为齿轮2所受压力产生的转矩；为齿轮2啮合点的半径，

摩擦副磨损量包括在齿轮端面与浮动轴套、齿顶和泵壳内壁之间的磨损量，齿轮端面与浮动轴套之间的磨损量决定齿轮端面与浮动轴套之间间隙hf的大小, 齿顶和泵壳内壁之间的磨损量决定齿轮泵泵壳与轮齿齿顶间隙hi的大小；摩擦副磨损量为：，，式中：为摩擦副磨损量；为每次行程中磨损所消耗的能量；为行程次数；为每一行程滑动距离；为磨损系统常数；为零件所受的最大剪切力；

根据压差和间隙的大小得到通过间隙的流量，通过间隙与流量的关系以得到各个腔的压力，其中，

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