船用低速机液压伺服系统中电液控制阀的可靠性研究

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  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。
  
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