论文部分内容阅读
摘 要：航空液压马达是航空装备的关键件之一，是一种高可靠长寿命产品。目前，由于试验费用、试验设备和试验时间的限制，工厂对航空液压马达的各种试验一般只进行几十小时到几百个小时，此时液压马达远没有失效，通常无法获得失效时间数据，因此，迫切需要一种能在无失效数据的情况下，预测液压马达寿命的方法。
关键词：航空液压马达;加速寿命试验
前言
加速寿命试验是指在超过使用环境条件的应力水平下对样品进行的寿命试验。这种试验的特点是：选择一些比正常使用环境恶劣的应力水平，又称加速应力水平，在这些加速应力水平下进行寿命试验。
一、航空液压马达加速寿命试验方法概述
目前，针对简单机械产品的加速寿命试验方法已经取得了诸多研究成果。通常情况下，加速寿命试验方案分以下几个步骤实施。首先，明确被试产品的故障模型。常见的故障模型有反应论模型、损伤累积模型、变应力混合威布尔模型等。然后，根据产品寿命模型特征及试验时间的约束，采取不同的应力施加方法。根据试验应力施加方法的不同，可将加速寿命试验分为四种类型：恒定应力加速寿命试验、步进应力加速寿命试验、序进应力加速寿命试验和变应力加速寿命试验。加速寿命试验过程中，需要明确试验样本数量、产品失效判据、试验终止条件等。试验结束之后，还要根据产品的故障模型、应力施加方法和水平、试验时间，采用合适的结果统计和寿命评价方法估算产品在正常使用工况下的寿命。上述成熟的加速寿命试验方法已经在电子产品及相对较为简单的机械类产品中得到了广泛应用。但是需要被试产品满足以下條件：① 试件故障机理不变。符合威布尔分布模型的产品，要求其形状参数应保持不变。对数正态分布产品，其标准偏差应保持不变;② 存在有规律的加速过程。保持故障机理不变是实施加速寿命试验的必要条件，但不是充分条件。因为元部件的寿命和故障率往往随试验条件不同而变化，只有存在有规律的加速过程，才可以进行加速寿命试验;③ 寿命分布模型具有统一性和规律性。研究加速寿命试验与元部件的故障模型，这些模型反映应力与性能退化间的关系，及采取该模型是否具有加速性。液压马达是一种典型的中等复杂度的机械产品，其加速试验存在的难点有：① 液压马达的故障机理复杂，故障模式多样，涉及部件较多，不同故障模式之间也存在一定的耦合关系，没有统一可用的故障模型;② 液压马达的加速过程复杂多样。可以通过提高压力、转速、流量、介质温度实现加速，也可以通过增加介质污染水平实现。③ 由于液压马达存在多种故障模式，涉及到多个关键部件。这些部件的寿命模型与整机的寿命分布并不能完全匹配，加速寿命试验的实施只能重点关注导致失效的关键部件。综上所述，传统成熟方法在液压马达的加速寿命试验过程中，具有一定的局限性。
二、有待解决的关键问题
1.产品质量一致性不高，寿命不稳定。对于以寿命评价为目标的寿命试验来说，开展试验的前提是液压马达已经具备了较高水平的质量一致性和寿命稳定性。目前我国液压马达产品的设计、加工工艺以及材料水平都导致产品的一致性不高，这就导致开展寿命试验的可行性降低，寿命评价试验就转变成为了可靠性增长试验。
2.耦合关系复杂，施加应力方式多样。对于液压马达来说，主要有磨损、疲劳、老化三种失效模式。磨损主要涉及柱塞-缸体副，斜盘-滑靴副，缸体-配油盘副及其它运动副，疲劳则涉及到几乎所有的运动部件和壳体，老化与橡胶密封件相关。
3.工况参数与寿命之间的定量关系难以确定液压马达的磨损、疲劳和老化过程受输出压力、转速、流量、介质温度等工作和环境参数相关。所有这些可变的外部载荷，都可以用以实施加速寿命试验。但是在开展加速寿命试验之前，需要明确这些外部载荷、工况参数与马达相关部件的磨损、疲劳、老化时间的定量关系，这是开展加速寿命试验的前提。
三、加速寿命试验的实施方案
1.开展液压马达加速寿命试验方案总体流程。首先，根据液压马达的技术规范，寿命要求以及常规耐久试验中出现的影响寿命的主要失效部件和关键失效模式，然后，确定加速应力。对于液压马达来说，主要加速载荷包括：确定关键部件和关键失效模式。对于马达来说，关键零件涉及斜盘组件、流量调节机构、柱塞组件、缸体、分油盘、轴、轴承、密封件。关键失效模式主要是由于磨损、疲劳和老化导致的效率下降、泄漏、疲劳损坏等。这一步骤需要考虑马达的具体工况，与工况不符的加速项目应不予考虑，比如，马达的壳体极少发生疲劳损伤，在加速方案中就不应对壳体的疲劳损伤进行加速。然后针对关键零部件，分别计算加速后的试验时间，并根据马达的设计载荷极限，确定关键零部件加速项目和加速时间。综合考虑各个零部件，并考虑总体试验时间限制和期望加速比，确定马达总体加速时间。最后进行总体加速时间和部件加速时间的一致性校核，如果一致，则根据计算结果制定试验大纲。加速试验完成之后，对比加速试验和常规试验后的技术状态参数、物理状态参数、介质参数，对加速试验的效果进行评估。
2.针对航空液压马达开展以鉴定寿命为目标的加速寿命试验需求迫切。随着武器装备技术的发展，飞机可靠性及寿命要求大幅提高。液压马达作为飞机液压系统的关键部件，功率大价值高，长期寿命试验所需费用巨大，也会严重影响产品的研制和定型周期，开展航空液压马达加速寿命试验具有非常紧迫的工程应用需求;我国开展的液压马达加速寿命试验，都是基于美国或俄罗斯方法标准实施，虽然国内液压马达加速寿命试验有了成功的应用案例，但方法手段还不成熟，对于国外标准方法需深入研究并理解其内涵。
结束语
现代飞机要求具备超高可靠度和超长寿命。液压马达作为飞机液压系统的核心部件，与普通液压系统液压马达相比，要求更加严格。尤其是驱动马达，承担着为整个飞机液压系统提供能源的任务，要求具有极高的可靠度和较长的无故障工作周期。开展液压马达的加速寿命试验应以不改变产品的失效模式为基本准则。综合加速试验方法和标准体系，开展马达的加速试验载荷谱的编制，要以常规试验载荷谱为基准，通过提高流量、转速、温度等方式实现加速。
参考文献
[1]邓爱民，陈循，张春华，汪亚顺.基于性能退化数据的可靠性评估[J].宇航学报，2016（3）
[2]赵建印，孙权，彭宝华，周经伦.基于加速退化试验数据的可靠性分析[J].可靠性分析与研究，2018（7）
作者简介：
陈春，男，汉，出生年月：1981.4，籍贯：山西，怀仁学历：兰州理工大学，大学本科，西安交通大学，硕士学位，毕业院校：西安交通大学，硕士学位，职称：高级工程师，现就职于：庆安集团有限公司，研究方向：航空产品研制。
关键词：航空液压马达;加速寿命试验
前言
加速寿命试验是指在超过使用环境条件的应力水平下对样品进行的寿命试验。这种试验的特点是：选择一些比正常使用环境恶劣的应力水平，又称加速应力水平，在这些加速应力水平下进行寿命试验。
一、航空液压马达加速寿命试验方法概述
目前，针对简单机械产品的加速寿命试验方法已经取得了诸多研究成果。通常情况下，加速寿命试验方案分以下几个步骤实施。首先，明确被试产品的故障模型。常见的故障模型有反应论模型、损伤累积模型、变应力混合威布尔模型等。然后，根据产品寿命模型特征及试验时间的约束，采取不同的应力施加方法。根据试验应力施加方法的不同，可将加速寿命试验分为四种类型：恒定应力加速寿命试验、步进应力加速寿命试验、序进应力加速寿命试验和变应力加速寿命试验。加速寿命试验过程中，需要明确试验样本数量、产品失效判据、试验终止条件等。试验结束之后，还要根据产品的故障模型、应力施加方法和水平、试验时间，采用合适的结果统计和寿命评价方法估算产品在正常使用工况下的寿命。上述成熟的加速寿命试验方法已经在电子产品及相对较为简单的机械类产品中得到了广泛应用。但是需要被试产品满足以下條件：① 试件故障机理不变。符合威布尔分布模型的产品，要求其形状参数应保持不变。对数正态分布产品，其标准偏差应保持不变;② 存在有规律的加速过程。保持故障机理不变是实施加速寿命试验的必要条件，但不是充分条件。因为元部件的寿命和故障率往往随试验条件不同而变化，只有存在有规律的加速过程，才可以进行加速寿命试验;③ 寿命分布模型具有统一性和规律性。研究加速寿命试验与元部件的故障模型，这些模型反映应力与性能退化间的关系，及采取该模型是否具有加速性。液压马达是一种典型的中等复杂度的机械产品，其加速试验存在的难点有：① 液压马达的故障机理复杂，故障模式多样，涉及部件较多，不同故障模式之间也存在一定的耦合关系，没有统一可用的故障模型;② 液压马达的加速过程复杂多样。可以通过提高压力、转速、流量、介质温度实现加速，也可以通过增加介质污染水平实现。③ 由于液压马达存在多种故障模式，涉及到多个关键部件。这些部件的寿命模型与整机的寿命分布并不能完全匹配，加速寿命试验的实施只能重点关注导致失效的关键部件。综上所述，传统成熟方法在液压马达的加速寿命试验过程中，具有一定的局限性。
二、有待解决的关键问题
1.产品质量一致性不高，寿命不稳定。对于以寿命评价为目标的寿命试验来说，开展试验的前提是液压马达已经具备了较高水平的质量一致性和寿命稳定性。目前我国液压马达产品的设计、加工工艺以及材料水平都导致产品的一致性不高，这就导致开展寿命试验的可行性降低，寿命评价试验就转变成为了可靠性增长试验。
2.耦合关系复杂，施加应力方式多样。对于液压马达来说，主要有磨损、疲劳、老化三种失效模式。磨损主要涉及柱塞-缸体副，斜盘-滑靴副，缸体-配油盘副及其它运动副，疲劳则涉及到几乎所有的运动部件和壳体，老化与橡胶密封件相关。
3.工况参数与寿命之间的定量关系难以确定液压马达的磨损、疲劳和老化过程受输出压力、转速、流量、介质温度等工作和环境参数相关。所有这些可变的外部载荷，都可以用以实施加速寿命试验。但是在开展加速寿命试验之前，需要明确这些外部载荷、工况参数与马达相关部件的磨损、疲劳、老化时间的定量关系，这是开展加速寿命试验的前提。
三、加速寿命试验的实施方案
1.开展液压马达加速寿命试验方案总体流程。首先，根据液压马达的技术规范，寿命要求以及常规耐久试验中出现的影响寿命的主要失效部件和关键失效模式，然后，确定加速应力。对于液压马达来说，主要加速载荷包括：确定关键部件和关键失效模式。对于马达来说，关键零件涉及斜盘组件、流量调节机构、柱塞组件、缸体、分油盘、轴、轴承、密封件。关键失效模式主要是由于磨损、疲劳和老化导致的效率下降、泄漏、疲劳损坏等。这一步骤需要考虑马达的具体工况，与工况不符的加速项目应不予考虑，比如，马达的壳体极少发生疲劳损伤，在加速方案中就不应对壳体的疲劳损伤进行加速。然后针对关键零部件，分别计算加速后的试验时间，并根据马达的设计载荷极限，确定关键零部件加速项目和加速时间。综合考虑各个零部件，并考虑总体试验时间限制和期望加速比，确定马达总体加速时间。最后进行总体加速时间和部件加速时间的一致性校核，如果一致，则根据计算结果制定试验大纲。加速试验完成之后，对比加速试验和常规试验后的技术状态参数、物理状态参数、介质参数，对加速试验的效果进行评估。
2.针对航空液压马达开展以鉴定寿命为目标的加速寿命试验需求迫切。随着武器装备技术的发展，飞机可靠性及寿命要求大幅提高。液压马达作为飞机液压系统的关键部件，功率大价值高，长期寿命试验所需费用巨大，也会严重影响产品的研制和定型周期，开展航空液压马达加速寿命试验具有非常紧迫的工程应用需求;我国开展的液压马达加速寿命试验，都是基于美国或俄罗斯方法标准实施，虽然国内液压马达加速寿命试验有了成功的应用案例，但方法手段还不成熟，对于国外标准方法需深入研究并理解其内涵。
结束语
现代飞机要求具备超高可靠度和超长寿命。液压马达作为飞机液压系统的核心部件，与普通液压系统液压马达相比，要求更加严格。尤其是驱动马达，承担着为整个飞机液压系统提供能源的任务，要求具有极高的可靠度和较长的无故障工作周期。开展液压马达的加速寿命试验应以不改变产品的失效模式为基本准则。综合加速试验方法和标准体系，开展马达的加速试验载荷谱的编制，要以常规试验载荷谱为基准，通过提高流量、转速、温度等方式实现加速。
参考文献
[1]邓爱民，陈循，张春华，汪亚顺.基于性能退化数据的可靠性评估[J].宇航学报，2016（3）
[2]赵建印，孙权，彭宝华，周经伦.基于加速退化试验数据的可靠性分析[J].可靠性分析与研究，2018（7）
作者简介：
陈春，男，汉，出生年月：1981.4，籍贯：山西，怀仁学历：兰州理工大学，大学本科，西安交通大学，硕士学位，毕业院校：西安交通大学，硕士学位，职称：高级工程师，现就职于：庆安集团有限公司，研究方向：航空产品研制。