数控机床液压系统的可靠性验证试验方法

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 1 3 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 3 1 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 0 1 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 E m 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 N m 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 和标准差 s 一 N 3 mi 1 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 N m 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 s 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 表示液压泵转速的平均值 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 R R 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 9 2 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