数控机床液压系统的可靠性验证试验方法.pdf

2 0 1 1 年 1 2月 第 3 9卷 第 2 3期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS De c ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 2 3 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 2 3 ． 0 4 6 数控机床液压系统的可靠性验证试验方法 尹 鹏程 电子科技 大学机械 电子工程学院，四川成都 6 1 1 7 3 1 摘要根据数控机床液压系统的主要故障模式，建立液压系统的可靠性模型，给出液压系统的可靠性特征量 ；基于可 靠性试验的基本思路，提出数控机床液压系统的可靠性试验方法并给出示例，为数控机床液压系统的可靠性验证试验提供 技术途径。 关键词 数控机床；液压系统；可靠性试验 中图分类号T H1 3 7 ． 5 2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 31 6 5 3 Re l i a bi l i t y Va l i d a t i o n Te s t f o r Hy d r a ul i c S y s t e m o f Nume r i c a l Co nt r o l M a c hi n e YI N P e n g e h e n g S c h o o l o f Me c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f C h i n a ，C h e n g d u S i c h u a n 6 1 1 7 3 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Th e f u n c t i o n s ，p r i n e i p l e s a n d ma i n f a i l u r e mo d e s o f h y d r a u l i c s y s t e m o f n u me n c c o n t r o l ma c h i n e we r e i n t r odu c e d ． A r e l i a b i l i t y mo d e l f o r t h i s t y p e o f h y d r a u l i c s y s t e m w a s e s t a b l i s h e d ． R e l i a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c p a r a me t e r s o f t h i s h y d r a u l i c s y s t e m w e r e g i v e n ． Ba s e d o n t h e i d e a o f c h a r a c t e r i s t i c p a r a me t e r me a s u r e me n t ， t h e r e l i a b i l i t y t e s t me t h o d s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m w e r e p u t for - w a r d ．A n a p p l i c a t i o n e x a m p l e w a s gi v e n ．T h e r e s e a r c h w o r k p r o v i d e s t e c h n o l o g y w a y f o r r e l i a b i l i t y v a l i d a t i o n t e s t m e t h o d s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f n u me ric a l c o n t r o l ma c h i n e ． Ke y wo r d s Nu me r i c a l c o n t r o l ma c h i n e ；Hy d r a u l i c s y s t e m ；Re l i a b i l i t y t e s t 我国数控机床制造水平与国外先进水平相比还有 很大差距，主要反映在可靠性差、故障率高上。随着 我国数控机床市场的不断扩大，许多国外品牌进人 中 国，国内企业要想和这些国外品牌竞争，必须提高国 产数控机床的可靠性。目前，数控机床的传动与控制 多采用液压系统传动，液压系统的故障已经严重到了 数控机床的正常工作。因此，提高和保证液压系统的 可靠性对于机床正常工作的完成和可靠性具有重要的 意义。 文中结合长征某型号数控机床的液压系统对可靠 性验证试验方法进行研究，为开展数控机床液压系统 的可靠性验证试验提供一个技术途径。 1 液压系统的主要故障模式 通过对数控机床液压系统的 F M E C A分析，液压 系统的故障模式主要有两大类 1 液压系统没有 压力或压力不足； 2 液压系统产生振动和噪声， 其中液压系统没有压力或压力不足的风险优先值较 高 。在分析液压系统主要故障模式的基础上，把液 压系统 “ 化整为零” ，视液压系统 由两个薄弱环节串 联组成 ，当液压系统的可靠性指标 给定后，需要 可靠性设计师根据有关可靠性分配的有关方法进行指 标分配，确定 R ． 和 尼 的值。 下面分别对两类故障模式进行可靠性试验，验证 液压系统的可靠性特征指标是否满足要求。 2 液压 系统的可靠性试验方法 2 ． 1 液压 系统压力的可靠性试验 数控机床液压系统的基本工作原理为通过液压泵 把驱动液压泵的电动机或发动机的机械能转换成油液 的压力能，经过各种控制阀 压力控制 阀、流量控 制阀、方向控制阀等 ，送到作为执行器的液压缸或 液压马达中，再转换成机械动力去驱动负载。由此可 见液压系统压力不足或没有压力主要原因在于液压 泵，采用液压泵的输出压力作为可靠性验证试验的特 征量。随机抽取一台液压泵，在液压泵的输出油路安 置压力传感器 P ，按照液压泵工作的实际要求工作十 几到几十分钟后，测量液压泵的输出压力。经过 m 次试验 ，测 得 m次试 验 的输 出压 力值 P i 1 ， 2， ⋯， m ，同时求得液压泵输 出压力的平均值 和 标准差 s 。 1 s p 丽 方案示例如表 1 所示。 收稿 日期 2 0 1 01 1 1 0 作者简介尹鹏程 1 9 8 5 一 ，男，硕士研究生，研究领域为可靠性工程。Em a i l 2 4 7 2 4 5 2 6 3 q q ． c o rn。 2 1 6 6 机床与液压 第 3 9卷 表 1 液压泵的压力可靠性试验方案 项目名称 项 目内容 试验 目的 试验对象 试验内容 试验条件 试验对象状态 可靠性特征量 特征量分布规律 特征量容许限 任务时问 可靠性验证指标 试验判断风险 抽样方案 试验判断规则 试验结果处理原则 验证液压系统的压力可靠性 液压系统 测量液压泵在正常工况下的输出压力 液压泵处于正常工作 与液压泵正常工作时具有相同的技术状态 液压泵的输出压力 正态分布 根据以往试验数据 ，按国家标准 G B ／ T 4 8 8 2 - 2 0 0 1的方法检验确认瞳 根据液压泵的设计参数确定 十几到几十分钟 Rl 卢 1 为液压泵规定的置信度 试验件数 Nm 根据R、n 、 查国家标准 G B 4 8 8 5 。 8 5 [ 3 ] ，并通过线性插值获得裕度系数 k 。 若 一 ≥p ，表示液压泵的压力满足可靠性指标 R ，则接收，否则，拒收。其中 表 示液压系统的液压泵输出压力的平均值 ， P表示液压泵的额定输出压力。 若试验结果判断接收，则表明液压泵的输出压力的可靠性满足指标 月 ，否则，需要分 析原因，采取有针对性的改进措施 ，使可靠性得以提高。 2 ． 2 液压 系统压力的可靠性试验 在液压系统中，噪声产生的原因和组成是多方面 的。包括液压泵的噪声、控制阀的噪声、液压泵吸人 系统的气穴现象产生的振动和噪声、液压泵的吸空现 象产生的噪声等。其中主要的噪声源是液压泵 ，因为 它不仅能辐射大量的声功率，其压力波动和结构振动 也能间接引起机器设备的噪声。 液压泵的噪声随液压功率的增加而增大。液压功 率是由液压泵的输出压力、每转排量和转速这 3个参 数决定的。这 3个参数对液压泵 的噪声影 响是不同 的，转速的提高使泵的噪声增大比其他两项提高的作 用要大得多，所以为使噪声降低，在选用液压泵时， 在保证所需的功率和流量的前提下，尽量选择转速低 的液压泵来降低噪声H ] 。因此文中选用液压泵的转速 作为可靠性验证试验的特征量。随机抽取一台液压 泵 ，按照液压泵工作的实际要求工作十几到几十分钟 后 ，测量液压泵的转速。经过 m次试验 ，测得 m次 试验的液压泵转速值 1 ， 2 ， ⋯， m ，同时求得液 压泵转速的平均值 Ⅳ和标准差 s 。 一 _ Ⅳ ∑N 3 mi1 。 5 方案示例如表 2所示。 表2 液压泵的转速可靠性试验方案 4 项目名称 项目内容 试验 目的 试验对象 试验内容 试验条件 试验对象状态 可靠性特征量 特征量分布规律 特征量容许限 任务时间 可靠性验证指标 验证液压系统的可靠性 液压系统 测量液压泵在正常工况下的转速 液压泵处于正常工作 与液压泵正常工作时具有相同的技术状态 液压泵的转速n 正态分布 根据以往试验数据，按国家标准 G B ／ T 4 8 8 2 - 2 0 0 1的方法检验确认 根据液压泵的设计参数确定 十几到几十分钟 R2 第 2 3期 尹鹏程数控机床液压系统的可靠性验证试验方法 1 6 7 续表 2 项 目名称 项 目内容 试验结果处理原则 卢1 一 为液压系统规定的置信度 试验件数 Nm 根据 R、n 、y查国家标准 G B 4 8 8 5 ． 8 5 ，并通过线性插值获得裕度系数 k 。 若 Ⅳ．s ≤Ⅳ，表示液压泵的噪声满足可靠性指标 R ，则接收，否则 ，拒收。其中Ⅳ 表示液压泵转速的平均值，Ⅳ为额定转速。 若试验结果判断接收，则表明液压泵的转速可靠性满足指标 R ，否则，需要分析原因， 采取有针对性的改进措施，使可靠性得以增长。 2 ． 3液压 系统的可靠性试验 根据上述试验验证得到的液压系统压力可靠性指 标 R 和液压系统噪声可靠性指标 尺 ，则数控机床的 液压系统的可靠性指标 RR ， R 即可得到验证。 3 结束语 以长征某型号数控机床的液压系统为例，对可靠 性验证试验方法进行研究，通过对其液压 系统进行 F ME C A分析，将液压系统的故障看作是液压泵的压 力和噪声的串联环节，并分别提出可靠性试验方案， 从而最终得到液压系统的可靠性验证试验方法，为开 展数控机床液压系统的可靠性验证试验提供一个技术 途径。 参考文献 【 1 】肖俊． 数控机床可靠性技术的分析与研究[ D ] ． 上海 上 海交通大学， 2 0 0 7 ． 【 2 】全国统计方法应用标准化技术委员会． G B 4 8 8 2 - 2 0 0 1 数 据的统计处理和解释正态性检验[ s ] ． 北京 中国标准 出版社， 2 001 ． 【 3 】全国统计方法应用标准化技术委员会． G B 4 8 8 5 8 5 正态 分布完全样本可靠度单侧置信下限[ s ] ． 北京 中国标 准出版社， 1 9 8 5 ． 【 4 】胡黄卿． 液压系统的振动和噪声[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 0 4 1 8 2 2 ． 【 5 】 李建宇． 液压系统振动噪声产生原因分析 [ J ] ． 液压与 气动， 2 0 0 6 5 7 6 7 8 ． 上接第 1 4 6页 随着力反馈设备技术的 13 臻完善，位置跟踪器和 力反馈设备的结合越来越完美 ，将多个接收器附着在 穿着数据衣的操作人员身上 的各个重要关节和肌 肉 上，就可以实现操作人员在虚拟场景中的漫游。 3 ． 3 基于立体头盔显示器的立体效果的实现 目前 V R技术在军事上得到了广泛的应用 ，其主 要的人机接 口就是 H MD，它包括 目镜显示和跟踪系 统两个主要部分 ，把使用者的眼睛和大脑与计算机 所创造的虚拟世界连接起来。目镜显示包括安装在眼 睛前方的小电视屏幕，用体现法生成三维图像，跟踪 系统测量使用者的目视方向及其所处相对于计算机创 造的场景的位置。使用者戴上 V R H MD ，屏蔽来 自现 实世界的干扰光线 ，切断视觉与外界的联系，就能产 生一种完全沉浸在虚拟世界的感觉，可在虚拟世界随 意穿行。H MD除有 “ 视觉”外，还具有 “ 听觉”功 能。计算机可复制现实世界 中的各种声音，创造出 “ 全语音声响” 。在虚拟世界中加入立体声音，可以 增强视觉图像的真实性，弥补视觉效果的不足，增强 环境逼真度 ，实现操作人员的完全沉浸感。 4 结语 研究 了基于 Q u e s t 3 D的虚拟驾驶系统的开发方 法，初步实现了 Q u e s t 3 D技术在虚拟驾驶技术中的应 用。目前虚拟现实技术在驾驶领域应用的潜力还有待 继续开发，由于 Q u e s t 3 D具有交互性强、画面质量好、 易操作等特点，并且 Q u e s t 3 D自带的 S D K开发包可 以用 c 语言来开发各个领域专用的模块，还可以 和数据库相连接，未来在虚拟驾驶中会得到更充分的 利用 。 参考文献 【 1 】韦有双， 杨湘龙， 王飞． 虚拟现实与系统仿真[ M] ． 北京 国防工业出版社， 2 0 0 4 ． 【 2 】 许微． 虚拟现实技术的国内外研究现状与发展 [ J ] ． 现 代商贸工业， 2 0 0 9 2 2 7 92 8 0 ． 【 3 】 K A U F M A N A ． S c i e n t i fi c V i s u a l i z a t i o n A d v a n c e s a n d C h al l e n g e s [ M] ． I E E E C o m p u t e r S o c i e t y P r e s s ， 1 9 9 4 ． 【 4 】韦婷， 肖南峰． 基于数据手套的仿人机械手控制系统 [ J ] ． 计算机工程与设计 ， 2 009 3 0 1 7 0 41 7 1 1 ． 【 5 】刘鹏远， 李瑞华 ， 张锡恩． 虚拟操作训练系统中的人机交 互技术研究[ J ] ． 系统仿真学报， 2 0 0 5 5 1 1 4 1 1 1 4 4 ． 【 6 】 孙柏林． 计算机战役战术训练模拟系统军事总体设计原 理[ M] ． 北京 解放军出版社， 1 9 9 4 7 9 8 4 ． 【 7 】王秀明， 王玉增， 盖旭升． 基于 D i r e c t 3 D的虚拟驾驶系统 的智能体的实现[ J ] ． 系统仿真技术， 2 007 ， 3 3 1 6 0一 l 63． 量 数 数常 险试 收 则 风投 接 规 断 断 判 判 髓 旗 龃 样 抽