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随着全球排放法规的日益严格,以电控技术为代表的一系列节能减排技术在船舶低速机领域得到广泛应用,使得柴油机减少了油耗的同时也降低了排放。液压伺服系统作为柴油机电控技术中的一个前置系统,它能够对电控喷油系统中的喷油器喷油过程、电控进排气系统中的气阀启闭过程、电控气缸注油系统中的注油器注油过程起驱动、执行控制功能等作用,而其中的关键执行部件就是电液控制阀。电液控制阀作为电-液转化的重要执行部件,是实现柔性控制进气阀、喷油器、注油器等电控调节的关键。课题组前期已经完成了电液控制阀的研制,而要从实验室的工程样机阶段过渡到产业化的商品应用阶段,可靠性研究是绕不过去的一道坎。
本论文以自主设计的电液控制阀作为研究对象,在已有的柴油机共轨电液控制试验台上,与船用柴油机燃油喷射系统进行集成,开展电液控制阀喷油性能测试试验,以验证电液控制阀的控制功能与控制精度。搭建可靠性试验台,开展电液控制阀的可靠性试验研究。通过FMECA(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis)与FTA(Fault Tree Analysis)方法建立电液控制阀物理失效模型,并通过虚拟增广和Bootstrap法完成电液控制阀可靠性评估,验证电液控制阀物理失效模型的准确性,据此完成电液控制阀健康状态评估以及性能预测。
本文主要研究内容与结论如下:
(1)研制了一套电液控制阀可靠性专用试验台。完成了试验台的总体结构设计,以及关键部件如油泵、油轨等的计算与选型;完成试验台监测与控制单元如传感器以及采集卡等硬件设备的选型;利用Labview软件开发了电液控制阀性能测试与控制系统软件,实现信号的采集、转换、显示、分析与存储等。
(2)完成了电液控制阀与电控喷油系统的集成与喷油性能测试。试验结果表明:在工作压力20MPa-30MPa下,电液控制阀能够控制喷油器的正常启闭。同时测控系统能实现对喷油器喷油脉宽以及喷油频率等参数的控制。
(3)建立了电液控制阀的失效模型,完成了阀芯等关键部件的实效模拟计算。通过FMECA与FTA方法建立电液控制阀碰撞失效模型,对左右密封副累积变形量与工作次数之间的关系进行了分析;结果表明,累积变形量与工作次数之间为对数关系。
(4)完成电液控制阀的可靠性评估。运用虚拟增广和Bootstrap法,完成了电液控制阀的可靠性数据的扩充,并证实了数据的有效性;对扩充样本运用传统统计学方法,得到电液控制阀平均工作寿命为2010548次。
(5)完成失效模型的试验验证研究。由碰撞模型推导得到电液控制阀泄露模型,并通过实际样本证实泄露模型的准确性。除去初期的第一组数据后,两组实际样本与理论样本差别均在5%以内。
本论文以自主设计的电液控制阀作为研究对象,在已有的柴油机共轨电液控制试验台上,与船用柴油机燃油喷射系统进行集成,开展电液控制阀喷油性能测试试验,以验证电液控制阀的控制功能与控制精度。搭建可靠性试验台,开展电液控制阀的可靠性试验研究。通过FMECA(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis)与FTA(Fault Tree Analysis)方法建立电液控制阀物理失效模型,并通过虚拟增广和Bootstrap法完成电液控制阀可靠性评估,验证电液控制阀物理失效模型的准确性,据此完成电液控制阀健康状态评估以及性能预测。
本文主要研究内容与结论如下:
(1)研制了一套电液控制阀可靠性专用试验台。完成了试验台的总体结构设计,以及关键部件如油泵、油轨等的计算与选型;完成试验台监测与控制单元如传感器以及采集卡等硬件设备的选型;利用Labview软件开发了电液控制阀性能测试与控制系统软件,实现信号的采集、转换、显示、分析与存储等。
(2)完成了电液控制阀与电控喷油系统的集成与喷油性能测试。试验结果表明:在工作压力20MPa-30MPa下,电液控制阀能够控制喷油器的正常启闭。同时测控系统能实现对喷油器喷油脉宽以及喷油频率等参数的控制。
(3)建立了电液控制阀的失效模型,完成了阀芯等关键部件的实效模拟计算。通过FMECA与FTA方法建立电液控制阀碰撞失效模型,对左右密封副累积变形量与工作次数之间的关系进行了分析;结果表明,累积变形量与工作次数之间为对数关系。
(4)完成电液控制阀的可靠性评估。运用虚拟增广和Bootstrap法,完成了电液控制阀的可靠性数据的扩充,并证实了数据的有效性;对扩充样本运用传统统计学方法,得到电液控制阀平均工作寿命为2010548次。
(5)完成失效模型的试验验证研究。由碰撞模型推导得到电液控制阀泄露模型,并通过实际样本证实泄露模型的准确性。除去初期的第一组数据后,两组实际样本与理论样本差别均在5%以内。