一种分布式控制体体积温升模型的航空液压泵故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空液压累故障诊断研究领域，具体设及基于分布式控制体体积温升 的液压累故障诊断方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代战争对作战飞机任务出勤率和战备完好率要求的提高，加之测试技术、 信号分析技术和计算机技术飞速发展，目前国外先进飞机均采用了完备的故障预测与健康 管理系统（P歷系统）W实现状态监测、故障诊断和故障诊断，从而有效降低飞机事故率，节 省维修费用。其中故障诊断技术是故障预测与健康管理系统中的热点与难点问题。
[0003] 航空液压累是飞机液压累源系统的核屯、部件，为飞机起飞、操纵、起落架收放和刹 车提供能源，要求在整个飞行过程中连续可靠的运行。目前国内飞机上只对液压累的工作 压力进行简单监测，液压累内部的摩擦磨损、疲劳和老化机理不清楚，而医生故障的发生发 展或多或少会引起液压累内部油液的温度变化，如果不了解液压累内部的温升变化很难实 现故障诊断和剩余寿命预测。因此基于温升的航空液压累的故障诊断技术研究具有重大的 理论和应用价值。
[0004] 液压系统逐渐向高压化，小型化的方向发展，发热的问题逐渐成为液压系统需要 考虑的一个问题。累是液压系统主要动力部件，也是产生热的主要元件。高压小型柱塞累 具有结构紧凑，能量密度高的特点。但是由于体积小，也存在着温升快，散热条件差等缺点。 因此研究液压累的温度变化可W揭示液压累热的产生的机理和发展规律，为液压累的优化 设计和故障诊断提供依据。
[0005] 当前对于液压系统的热力学建模主要有两种方法：一种通过现有的商业软件及有 限元的方法进行热建模，另一种通过热力学建模的方法。通过H0PSAN对电动静液作动系统 的生热进行了仿真分析。使用化0WMAST邸软件中的瞬态网络分析，建立挖掘机的液压系统 的热模型。应用现有的软件和有限元的方法建模虽然过程简便直观，但是不能很好地处理 特殊的液压系统或者液压元件内部系统。基于热力学建模的方法是集中参数法，通过建立 各部件的输入输出热量和做功描述其热产生和热传递，实现热场分析，该方法已成功应用 于蓄能器，液压马达，淹没式转子电机等液压元部件中。集中参数法建模过程复杂，但更加 灵活，并且相对于有限元方法计算量小，解算方便等优点。
[0006] 关于累的温升有很多文献进行相关的研究，Thom.A.S认为累的温升与能量损失有 关，并且讨论了温升与累的效率的关系。Tomioka中也采用功率损耗，利用键合图的方法计 算了液压累外壳温升情况，并通过试验进行了验证。但是他们地研究都是把累看做一个整 体，认为能量损失是累温度升高的原因，通过计算能量损失来研究累的温升。但是该类模 型无法准确的反应累内部件热传递和产生的关系，更不能描述累部件温升的相互影响的过 程。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于分布式控制体体积温升模型的 航空液压累故诊断方法。本发明选取航空液压累的温度作为故障诊断的特征量，采集液压 累工作过程中不同部件的温度数值，运用本发明中提及的液压累温升模型，考虑不同部件 的温升情况对应着不同的柱塞累故障形式，从而对航空柱塞累进行故障诊断。
[0008] -种分布式控制体体积温升模型的航空液压累故障诊断方法，包括W下几个步 骤：
[0009] 步骤一、测量液压油的属性，包括测量液压油的比热容、密度和体膨胀系数；
[0010] 步骤二、确定柱塞累的基本参数和实际尺寸，包括测量柱塞累的缸体柱塞孔直径、 柱塞直径、斜盘和滑靴的摩擦系数；
[0011] 步骤S、分别获得液压累的进油口温度信息Ti、排油口温度信息T。、回油口温度信 息Td和壳体的温度信息T在回油口中设置流量计，测量累的回油流量Q"d，在排油口测量 柱塞累的压力P。；
[0012] 步骤四、将步骤一至步骤=中测量出的柱塞累参数，代入柱塞累的温度模型，计算 出柱塞累的进油口，排油口、回油口和壳体理论温度，并且对柱塞累的温度模型中的参数进 行修正；
[0013] 其中，温度模型具体为：
[0014] (1)吸油控制体积热方程
[0015]
[001引式（1)中，Ti代表吸油控制体积温度，Cp代表液压油的比热容，nii代表吸油控制体 积的质量，P代表液压油的密度，Qi。代表排油控制体积流入吸油控制体积的流体，T。代表 排油控制体积的温度，D代表柱塞累的排量，《代表柱塞累的角转速，Ti。代表进入吸油控制 体积油的温度，k代表流体和固体对流换热系数，Ai代表吸油控制体积和缸体的接触面积， T。代表缸体控制体积的温度，Td代表回油控制体积的温度，Qdi代表排油控制体积流入回油 控制体积的流体体积，aP代表流体的膨胀系数，Vi代表吸油控制体积，Pi代表吸油控制体 积的压强，兮代表柱塞对缸体的压强；
[0017] 似排油控制体积方程
[0018]
[001引在式（2)中，m。代表排油控制体积的质量，V代表体积比，P。代表排油控制体积的 压强，A。代表排油控制体积和缸体的接触面积，V。代表排油控制体积；
[0020] (3)缸体控制体积方程
[0021]
(3)
[0022] 式（3)中，m。代表缸体控制体积的质量，Ad代表回油控制体积和缸体的接触面积， 巧/代表接触面积正压力，A代表正压力的接触面积，y代表摩擦系数，St代表摩擦力的路 程，Wti。,,代表在缸体内因为小孔节流生成的热；
[0023] (4)回油控制体积方程
[0024]
[002引式中，nid代表回油控制体积的质量，Ad代表回油控制体积和缸体的接触面积，Ad,代 表回油控制体积和壳体的接触面积，代表回油控制体积，Q<1代表回油流体体积，P<1代表排 油控制体积的压强，N代表柱塞的总体个数，Wdi。,,代表在回油控制体积内因为小孔节流损失 生成的热；
[0026] (5)壳体控制体积方程；
[0027]
(5)
[0028] 式巧）中，kf代表空气和固体对流换热系数，A，代表柱塞累与空气的接触面积；
[0029] 步骤五、利用压力和回油流量参数，结合步骤四修正过后的柱塞累温度模型，计算 出理论温度，将实际的测量的温度与理论计算值比较，从而确定柱塞累的故障点和故障模 式；
[0030] 将各控制体积实测温度数据进油口温度Ti，出油口温度T。，回油口温度Td和壳体 温度T，与理论计算的进油口温度IV，出油口温度T。'，回油口温度Td'和壳体温度T，'进行 比较，得到温差at。AT。，ATd，AT，，如果其中有任何一部分的温差超出阔值AT，则进入 故障诊断模式，对柱塞累进行故障诊断；
[00W如果吸油口温度ATi和排油口AT。同时超过阔值口限AT,而回油流量Q。汲有 变化，判断为缸体配流盘磨损；吸油口温度ATi、排油口温度AT。、回油口温度ATd和回油 流量(L同时增大，判断为缸体柱塞磨损；回油口温度AT，增大，而回油流量Q没有变化， 判断为滑靴斜盘磨损。
[0032] 本发明的优点在于：
[0033] (1)使用温度信息对柱塞累的故障进行诊断；
[0034] (2)对柱塞累的内部热交换进行了建模；
[0035] (3)建模的过程充分的考虑到了柱塞累的摩擦和小孔节流的情况；
[0036] (4)对柱塞累的模型进行了合理的简化，可W对柱塞累温度模型的进行更快地解 算；
【附图说明】
[0037] 图1 ;基于温度模型的柱塞累故障诊断基本步骤；
[003引图2 ;轴向柱塞累的体积划分和热交换的形式；
[003引图3 ;吸油控制体积的热交换示意图；