[发明专利]基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法

权利要求书

1.基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：获取轴向柱塞泵的几何结构参数，查询材料特性参数；测量轴向柱塞泵壳振动信号、出口流量信号、压力信号及其初始工况/环境参数；

步骤S2：根据步骤S1中获取的参数及物理作用关系，建立轴向柱塞泵虚拟样机模型；

步骤S3：将轴向柱塞泵虚拟样机模型融合为统一物理模型；

步骤S4：实时监测轴向柱塞泵系统在实际运行过程中轴向柱塞泵泵壳振动信号、轴向柱塞泵出口流量信号、轴向柱塞泵出口压力信号和工况/环境参数；

步骤S5：获取轴向柱塞泵数字孪生模型；

步骤S6：通过步骤S5中的得到的轴向柱塞泵数字孪生模型，判断轴向柱塞泵实际运行中是否产生故障。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法，其特征在于，所述步骤S1中轴向柱塞泵的几何结构有顶盖、斜盘、滑靴、柱塞、缸筒、配流盘、泵壳、泵体、轴承、主轴，通过测量实体部件或直接从CAD图纸文件中获取结构参数；初始工况/环境参数为主轴转速、液压油特性、轴向柱塞泵工作载荷。

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法，其特征在于，所述步骤S2中物理作用关系包括轴向柱塞泵滑靴与斜盘之间的摩擦力、滑靴与柱塞之间的摩擦力、柱塞与缸筒之间的摩擦力、配流盘与缸筒之间的摩擦力。

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法，其特征在于，所述步骤S2中轴向柱塞泵虚拟样机模型，包括三维实体模型、多体动力学模型、液压模型；

三维实体模型为：将步骤S1中获取的轴向柱塞泵及顶盖、斜盘、滑靴、柱塞、缸筒、配流盘、泵壳、泵体、轴承、主轴等部件的几何结构参数利用Solidworks软件建立三维实体模型；

多体动力学模型为：将得到的三维实体模型导入Adams软件，并在其中设置步骤S1中得到轴向柱塞泵及部件的材料参数及力学性能，然后添加轴向柱塞泵各部件之间的运动副，主要为斜盘与滑靴的平面副、滑靴与柱塞为球铰副、柱塞与缸筒为圆柱副、配流盘与泵体为固定副、配流盘与缸筒为平面副、主轴与缸筒之间为固定副、顶盖、泵壳、泵体为固定副，同时设置主轴驱动力，模拟柱塞泵真实运动状况，建立多体动力学模型；

液压模型为：利用AMESim软件先分别建立其各个子模型，再通过接口连接成整体模型，对已组装的单柱塞液压模型进行9次复制，相邻单柱塞模型的初始相位均相差2π/9，以区分不同柱塞孔中柱塞的初始位置，得到轴向柱塞泵液压模型。

5.根据权利要求4所述的基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法，其特征在于，所述液压模型的子模型包括了流量模型、运动模型、配流盘模型；流量模型主要描述对柱塞腔的流量输送过程；运动模型是斜盘倾角、主轴转速以及柱塞速度之间的联系；配流盘模型是控制吸油排油规律，通过角度限制器将控制函数的信号控制在0到2π，将输入信号输入到节流孔控制开孔大小模拟吸油过程。

6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：对步骤S2所得不同轴向柱塞泵虚拟样机模型之间的协调关系和接口配合进行考虑，利用软件建立含有多个虚拟样机模型的多物理场联合仿真平台，将虚拟样机模型融合为统一物理模型。

7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法，其特征在于，步骤S4中所述泵壳振动信号、泵出口流量信号、泵出口压力信号通过振动传感器、压力传感器测得；所述工况/环境参数至少包括轴向柱塞泵主轴转速、液压油特性参数、柱塞泵工作载荷。