[发明专利]基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法

说明书

本发明公开了基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法，包括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、压力信号及初始工况/环境参数；S2根据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；S3将轴向柱塞泵虚拟样机模型融合为统一物理模型；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；S5获取轴向柱塞泵数字孪生模型；S6通过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。能够对轴向柱塞泵系统工况实时跟踪，提高故障监测结果准确性。

技术领域

本发明属于机械诊断智能化与数字化技术领域，涉及一种基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法。

背景技术

轴向柱塞泵是工程机械液压传动系统的动力元件，其运行状态和服役性能直接影响着工程机械的施工质量和运营安全。由于轴向柱塞泵内部结构复杂，长期工作在高转速、高负载、大流量的工况下，极易发生振动、泄漏故障，因此开展轴向柱塞泵状态监测的研究很有意义。

目前轴向柱塞泵的状态监测技术主要基于以下两种方法：数据驱动的诊断方法和模型驱动的诊断方法。然而，单一的数据驱动诊断方法和模型驱动诊断方法由于模型和数据、虚拟和实体之间未形成交互联通，存在模型不准确、数据不全面、交互不充分等问题，不能达到柱塞泵状态监测和故障诊断高准确性和高可靠性的要求。

数字孪生是一门新兴的具有实时同步、高保真特性的技术，通过高保真模型仿真数据与实测数据之间的信息交互融合，对虚拟模型进行不断更新，使得虚拟模型能够成为物理实体的准确实施映射。专利名称为一种数控机床数字孪生建模方法【公开号：CN108107841A】中公开了利用数字孪生技术的基本思想，针对数控机床提出了数字孪生建模方法，使得模型具有多领域统一建模，数学方程化，面向对象的特点，能更加真实的反应复杂机电系统的本质关系。专利名称为航空发动机涡轮盘-转子-支承系统数字孪生建模方法【授权号：CN110532625B】中提出了一种基于数字孪生的航空发动机涡轮盘-转子-支承系统建模方法，通过集成航空发动机涡轮盘-转子-支承系统多个物理模型，建立多物理场集成仿真平台和统一物理模型，能够克服现有建模方法考虑因素过于单一，对运行工况实时改变考虑不足的缺点。此模型具有实时追踪轴承工况变化的能力，使得模型预测结果更加准确。

发明内容

本发明提供一种轴向柱塞泵状态检测方法，解决现有技术中轴向柱塞泵状态检测及故障监测方法中数据难以获取导致的监测的可靠性、准确率低，及现有技术中对轴向柱塞泵物理特性考虑不足而造成检测结果失准的问题，本发明提供了一种将正问题与反问题结合多角度轴向柱塞泵状态监测方法。

本发明所采用的技术方案是基于数字孪生的轴向柱塞泵状态监测方法，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。

进一步的，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。