[发明专利]基于多元相关退化建模的往复流体动密封寿命预测方法

说明书

本发明提出一种基于多元相关退化建模的往复流体动密封寿命预测方法，属于运动机件往复密封可靠性评估与寿命预测领域。包括：步骤一，采集摩擦力和泄漏量的退化量数据；步骤二，根据Frank Copula的分布函数，建立摩擦力退化增量和泄漏量退化增量的联合分布函数；步骤三，建立往复密封多元相关退化模型；步骤四，建立多元随机相关退化过程模型的对数似然函数，由退化数据可以得到参数和θ的估计结果；步骤五，采用蒙特卡洛方法结合多元相关退化模型计算往复密封件可靠度并得到其寿命。本发明综合考虑摩擦力和泄漏量两个性能退化指标的耦合关系，基于退化数据构建密封件退化过程模型，计算过程简便，灵活性强，接近工程实际。

技术领域

本发明属于运动机件往复密封可靠性评估与寿命预测领域，具体涉及往复密封件多元相关退化分析及其寿命预测的建模方法。

背景技术

往复密封是指往复运动机件之间的动密封，应用于航空、航天、船舶、汽车、医疗器械等广泛使用的液压缸、气动缸等。据上世纪70年代美国军方的相关统计表明，飞机作动器失效而必须维修或更换的情形中，其中90％的原因是因为作动器动密封失效而引起的外泄漏。不同产品中，往复密封承受的工况不同，其寿命也不尽相同。液压作动器活塞杆往复密封是制约产品长寿命服役的关键元件，其高可靠性和长寿命对产品的研制和使用至关重要。

液压作动器活塞杆往复密封性能退化试验中，密封件所受到的摩擦力和泄漏量作为两个重要的性能退化指标，用于监测和评估往复密封件的性能状态。液压缸活塞杆一端向液压缸外侧伸出，当其向外运动时(外行程)，会将液压缸内油液拖拽到外部，导致环境污染；而当其向内运动时(内行程)，会将外部的水、气、杂质带入液压缸内，导致对密封件的破损。活塞杆往返的两次轴向运动，形成一个工作循环。作动筒在往复运动过程中，润滑油膜不仅仅起到密封作用，它同时也会对密封件所受到的摩擦力和泄漏量产生一定影响。在这一个工作循环过程中，活塞杆表面的油膜和润滑状态会随往复运动而不断变化，往复密封件所受到的摩擦力也会发生变化。摩擦生热，会使油膜温度升高，油液粘度降低，泄漏量会增加，油膜承载力降低，反过来也会影响摩擦力大小。由此可知，往复密封件所受摩擦力和泄漏量之间相互关联，相互耦合，相互影响。如果仅仅单独考虑一个性能退化指标，在累积损伤过程下，会影响可靠度评估与寿命预测数值。

针对液压作动器活塞杆往复密封件，通常其寿命通过模拟真实的压力、温度、活塞杆作动速度等工况，做寿命试验获取。但对于橡胶类密封件，如果采用常规寿命试验的方法往往需要耗费较长的试验时间、试验费用和人力，甚至所需的寿命试验时间远远超过整个产品的研制周期，不可能在产品投入使用之前完成寿命试验验证。因此，对于基于往复密封件性能退化数据的寿命预测方法逐渐受到人们的关注。通过对往复密封件性能退化过程的建模和分析，能够较准确地反映其在整个寿命周期内性能退化规律。

目前可以检索到国内外针对密封件可靠性评估与寿命预测的资料，大多集中于基于物理失效机理模型的研究，基于退化数据的往复密封件可靠性评估与寿命预测内容非常少。

发明内容

本发明的目的是，针对液压作动器活塞杆往复密封件，综合考虑摩擦力和泄漏量两个性能退化指标的耦合关系，基于退化数据，建立起往复流体动密封多元相关可靠性评估模型，并进行往复密封件的寿命预测。

本发明提供的一种基于多元相关退化建模的往复流体动密封寿命预测方法，首先对液压作动器活塞杆往复密封件的两个性能退化指标——摩擦力和泄漏量，进行如下设定：

(1)摩擦力和泄漏量两个性能退化量均服从维纳过程，设{X_k(t),t≥0}表示往复密封件的第k个性能退化指标在时刻t的退化量，k＝1,2分别指摩擦力、泄漏量性能退化指标；

X_k(t)＝μ_kΛ(t)+σ_kW(Λ(t))，k＝1,2 (1)