基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法，属于特种车辆传动装置研究【技术领域】。本发明通过对特种车辆传动装置定时截尾台架试验中油液金属元素浓度的检测数据进行数学处理，获得其随试验时间的变化规律，进一步结合金属元素浓度的失效阈值，获得各试验样本对应的伪失效寿命，最后利用伪失效寿命的对数正态分布对特种车辆传动装置进行可靠性评估，该方法符合特种车辆传动装置工作过程中的耗损性特点，且弥补了目前特种车辆传动装置可靠性评估方法只能考虑随机性失效，不能有效描述耗损性失效的缺点，因此评估结果的可信度较高，且信息利用率高。
【专利说明】基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及特种车辆传动装置研究【技术领域】，特别是涉及一种基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法。
【背景技术】
[0002]特种车辆传动装置是特种车辆的重要部件，用于实现传递动力、分配动力、变速、差速等功能，一般由多级传动齿轮、传动轴、轴承、换挡及制动离合器、电液控制系统、润滑冷却系统等部分组成。
[0003]目前产品研制中采用定时截尾试验和指数分布概率统计方法对特种车辆传动装置进行可靠性评估，具体实施方案为:
[0004](I)选定多台技术条件相同的特种车辆传动装置，每台均开展一定时间的定时截尾台架试验；
[0005](2)试验过程中发生故障，则排除故障后继续试验，故障修复时间不包括在试验时间之内；
[0006](3)记录各样本试验过程中的责任故障数；
[0007](4)根据规定的生产方风险、使用方风险和试验鉴别比，按照GJB899A-2009中的指数分布概率统计方法评估可靠度。
[0008]上述方案存在以下缺陷:
[0009](I)指数分布概率统计方法认为产品的失效是由随机故障引起的，试验过程中失效率恒定。而特种车辆动力传动装置作为复杂的机电液复合产品，其关键零部件如齿轮、轴承、离合器摩擦片等均具有显著的耗损性特征，试验时间越长，故障率越高，可靠性指标服从对数正态分布。因此目前采用的可靠性评估方法的数学原理并不符合特种车辆传动装置可靠性问题的特点，可靠性评估结果可信度较低；
[0010](2)由于特种车辆传动装置单位时间的试验成本很高、研制周期较短，因此不允许开展更长时间的定时截尾试验。在工程实际中，特种车辆传动装置的首次大修期即超过整个台架试验时间，整机寿命接近1000小时。这导致在整个台架试验过程中，齿轮磨损失效、摩擦片磨损失效等故障模式尚未充分暴露。那么采用目前评估方法得到的特种车辆传动装置可靠性水平很可能偏于危险；
[0011](3)传动装置台架试验过程中可以获得大量油液金属成分浓度检测信息，这些信息直接反映了齿轮磨损、摩擦片磨损等因素对产品可靠性的影响。目前的特种车辆传动装置可靠性评估方法仅利用了试验过程中的故障数信息，并未考虑磨损检测信息与产品可靠性间的联系，造成了信息浪费。
[0012]因此，如何设计一种符合特种车辆传动装置及其台架试验特点的可靠性评估方法，以提高特种车辆传动装置可靠性评估的可信度和信息利用率，成为了亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0013](一)要解决的技术问题
[0014]本发明要解决的技术问题是:针对现有技术中的缺陷，提供一种符合特种车辆传动装置及其台架试验特点的可靠性评估方法，以提高特种车辆传动装置可靠性评估的可信度和信息利用率。
[0015](二)技术方案
[0016]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法，包括以下步骤:
[0017]S1、选定多台技术条件相同的特种车辆传动装置，每台分别开始一定时间的定时截尾台架试验；
[0018]S2、在每次所述定时截尾台架试验过程中，每间隔一段时间，在所述特种车辆传动装置的油底壳中取一次油样，并利用光谱检测技术获得单位体积油样内的金属元素浓度；
[0019]S3、根据油液消耗情况进行若干次补油或换油，并利用“油液金属元素浓度增长率稳定或基本稳定”的原则对步骤S2获得的金属元素浓度检测数据进行修正；
[0020]S4、在稳定磨损阶段，对修正后的各试验样本的检测数据进行线性拟合，得到油液金属元素浓度的时序变化曲线方程X = at+b，其中X表示油液金属元素浓度，t为试验时间，a和b为待定参数；
[0021]S5、将预设的油液金属元素浓度的失效阈值，代入各试验样本的油液金属元素浓度时序变化曲线方程，得到各试验样本对应的伪失效寿命；
[0022]S6、利用各试验样本对应的伪失效寿命进行对数正态分布参数估计，得到对数正态分布参数；
[0023]S7、利用所述对数正态分布参数，根据伪失效寿命的对数正态累积分布函数F(t)计算任意时刻特种车辆传动装置的可靠度:R(t) = l-F(t)。
[0024]优选地，步骤SI中，选定4台技术条件相同的特种车辆传动装置，每台分别开始400小时的定时截尾台架试验。
[0025]优选地，步骤S2中，一次试验过程中取样次数不少于20个。
[0026]优选地，步骤S6中，利用极大似然函数法进行对数正态分布参数估计。
[0027](三)有益效果
[0028]本发明通过对特种车辆传动装置定时截尾台架试验中油液金属元素浓度的检测数据进行数学处理，处理过程中，利用“油液金属元素浓度增长率基本稳定”的原则对特种车辆传动装置补油或换油后的油液金属元素浓度检测数据进行修正，得到能够反映传动装置磨损规律的递增型时序数据，进一步结合金属元素浓度的失效阈值，获得各试验样本对应的伪失效寿命，最后利用伪失效寿命的对数正态分布对特种车辆传动装置进行可靠性评估，由于考虑了特种车辆传动装置的磨损特性进行可靠性评估，并采用对数正态分布描述磨损类失效的随机性，得到了传动装置不断磨损过程中可靠度的变化规律，因此该方法符合特种车辆传动装置工作过程中的耗损性特点，且弥补了目前特种车辆传动装置可靠性评估方法只能考虑随机性失效，不能有效描述耗损性失效的缺点，因此评估结果的可信度较高，且信息利用率高。【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明的方法流程图；
[0030]图2是利用本发明实施例的方法得到的包含一次补油或换油操作的油液金属元素浓度时序曲线示意图；
[0031]图3是利用本发明实施例的方法得到的4台样机修正后的油液金属元素浓度时序变化规律曲线；
[0032]图4是利用本发明实施例的方法得到的可靠度随试验时间的变化规律曲线图。【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0034]如图1所示，本发明提供了一种基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法，包括以下步骤:
[0035]S1、选定4台技术条件相同的特种车辆传动装置，每台分别开始400小时的定时截尾台架试验；
[0036]S2、在每次所述定时截尾台架试验过程中，每间隔一段时间，在所述特种车辆传动装置的油底壳中取一次油样，并利用光谱检测技术获得单位体积油样内的金属元素浓度，400小时内取样次数不少于20个；
[0037]S3、根据油液消耗情况进行若干次补油或换油，此时油液中金属元素浓度将突然下降，利用“油液金属元素浓度增长率稳定或基本稳定”的原则对步骤S2获得的金属元素浓度检测数据进行修正；图2为包含一次补换油操作的油液金属元素浓度时序曲线示意图，在tl?t2时间段进行了补油，因此t2时刻的金属浓度E显著低于tl时刻的金属浓度B，那么不考虑补油操作的检测曲线应由AB段和BC段组成；
[0038]S4、在稳定磨损阶段，油液金属元素浓度随时间基本呈线性增长关系，对修正后的各试验样本的检测数据进行线性拟合，得到油液金属元素浓度的时序变化曲线方程X =at+b，其中X表示油液金属元素浓度，t为试验时间，a和b为待定参数；
[0039]S5、将按照工程经验给定的油液金属元素浓度的失效阈值，代入各试验样本的油液金属元素浓度时序变化曲线方程，得到各试验样本对应的伪失效寿命；
[0040]S6、利用各试验样本对应的伪失效寿命进行对数正态分布参数估计，得到对数正态分布参数；本实施例中，利用极大似然函数法进行对数正态分布参数估计；
[0041]S7、利用所述对数正态分布参数，根据伪失效寿命的对数正态累积分布函数F(t)计算任意时刻特种车辆传动装置的可靠度:R(t) = l-F(t)。
[0042]下面以某型特种车辆传动装置为例，对本发明的方案进行进一步说明。4台试验样本中，I号机油液金属元素浓度时序检测数据如表I所示，试验至287.5小时进行了补油，因此金属元素浓度下降幅度较大。按照图2所示原理对287.5小时以后的试验数据进行修正，结果在表I中列出。
[0043]表I I号机台架试验润滑油Cu元素检测数据及修正结果
[0044]
【权利要求】
1.一种基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、选定多台技术条件相同的特种车辆传动装置，每台分别开始一定时间的定时截尾台架试验； 52、在每次所述定时截尾台架试验过程中，每间隔一段时间，在所述特种车辆传动装置的油底壳中取一次油样，并利用光谱检测技术获得单位体积油样内的金属元素浓度； 53、根据油液消耗情况进行若干次补油或换油，并利用“油液金属元素浓度增长率稳定或基本稳定”的原则对步骤S2获得的金属元素浓度检测数据进行修正； 54、在稳定磨损阶段，对修正后的各试验样本的检测数据进行线性拟合，得到油液金属元素浓度的时序变化曲线方程X = at+b，其中X表示油液金属元素浓度，t为试验时间，a和b为待定参数； 55、将预设的油液金属元素浓度的失效阈值，代入各试验样本的油液金属元素浓度时序变化曲线方程，得到各试验样本对应的伪失效寿命； 56、利用各试验样本对应的伪失效寿命进行对数正态分布参数估计，得到对数正态分布参数； 57、利用所述对数 正态分布参数，根据伪失效寿命的对数正态累积分布函数F(t)计算任意时刻特种车辆传动装置的可靠度:R(t) = l-F(t)。
2.如权利要求1所述的基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法，其特征在于，步骤SI中，选定4台技术条件相同的特种车辆传动装置，每台分别开始400小时的定时截尾台架试验。
3.如权利要求1所述的基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法，其特征在于，步骤S2中，一次试验过程中取样次数不少于20个。
4.如权利要求1或2或3所述的基于油液金属浓度的特种车辆传动装置可靠性评估方法，其特征在于，步骤S6中，利用极大似然函数法进行对数正态分布参数估计。
【文档编号】G06F19/00GK104021305SQ201410275531
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】鲍珂, 王秋芳, 张忠, 肖磊, 赵品旺, 刘树林, 赵金龙, 焦娜, 柳月 申请人:中国北方车辆研究所