一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114491960A(43)申请公布日2022.05.13(21)申请号202111637203.8G06F111/10(2020.01)(22)申请日2021.12.29G06F119/04(2020.01)G06F119/14(2020.01)(71)申请人徐州圣邦机械有限公司地址221000江苏省徐州市经济技术开发区荆马河支路8号申请人中国矿业大学圣邦集团有限公司(72)发明人姜伟卢昊吴艳苗昀王宏朱真才曹奔彭玉兴薛雷雷(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200专利代理师马严龙(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06T17/00(2006.01)G01D21/02(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图4页(54)发明名称一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法(57)摘要本发明公开了一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，具体步骤包括布置齿轮泵的磨损监测系统用于测量和实时接收齿轮泵的工况参数并上传工业计算机；建立齿轮泵的数字孪生体；建立平面直角坐标系；在坐标系中计算泵壳磨损的中心位置和磨损量，通过磨损量得到磨损区域范围并修正；设置数字孪生体参数更新条件，及时更新数字孪生体；评估当前齿轮泵磨损状态，预测剩余使用寿命。本发明通过建立内啮合齿轮泵的磨损退化数学模型和基于物理知识的数字孪生体，在保证实时性的同时，对磨损区域范围有了更加直观准确的反映。CN114491960ACN114491960A权利要求书1/3页1.一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、布置齿轮泵的磨损监测系统用于测量和实时接收齿轮泵的工况参数并上传工业计算机，工况参数包括工作压力P、流量Q、转速n、扭矩M；S2、在工业计算机上建立齿轮泵的数字孪生退化模型即数字孪生体；S3、在数字孪生体上，以齿圈圆心‑出油方向为X轴正方向，以齿圈圆心为原点，建立平面直角坐标系X‑O‑Y；S4、在坐标系X‑O‑Y中，计算泵壳磨损的中心位置和磨损量，通过磨损量得到磨损区域范围并修正；S5、设置数字孪生体参数更新条件，及时更新数字孪生体；S6、评估当前齿轮泵磨损状态，预测剩余使用寿命。2.如权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，步骤S1中磨损监测系统包括安装在液压管路上的流量传感器和压力传感器、驱动电机自带的编码器以及安装在电机轴上的动态扭矩传感器；驱动电机的电机轴通过扭矩传感器、联轴器连接内啮合齿轮泵输入轴；流量传感器、压力传感器、编码器分别通过A/D转换器与工业计算器电性连接，所述动态扭矩传感器发射的信号通过无线信号接收器输入工业计算机。3.如权利要求2所述的一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，步骤S2中建立数字孪生体的步骤为：S21、使用creo工业软件建立齿轮泵的参数化三维模型，其中，进行参数化设置的尺寸包括齿圈最大半径和齿轮泵轴向间隙，设置泵壳径向轮廓为样条曲线；S22、将齿轮泵的参数化三维模型与ansys工业软件相关联，并基于各组成部分的物理特性，包括齿轮泵所用材料、加工工艺、油液粘度、油液弹性模量；建立基于流固耦合仿真的数字孪生体；其中，选择流场运动模型为RNGk‑ε湍流模型；在数字孪生体中，除考虑液压油粘度外，设置齿轮轴、齿圈和泵壳之间均为无摩擦接触；S23、校正结构孪生体和流场运动模型；在工作压力P<Pnw的条件下，校正步骤S21中参数化设置的尺寸，使得数字孪生体的工况参数与磨损监测系统实测的工况参数的误差在允许范围内；其中，Pnw为齿轮泵长时间运行未发生明显磨损的最大允许压力。4.如权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，步骤S21中，所述齿轮泵结构孪生体的泵壳结构包括进油口、高压油口，同时设有低压区支撑定位区域、高压密封区域。5.如权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵磨损监测方法，其特征在于，步骤S4中，泵壳磨损中心位置的计算方法为：令P＝P0，Q＝Q0，n＝n0，其中，P、Q、n分别为磨损监测系统实测的工作压力P、流量Q、转速n；P0、Q0、n0分别为数字孪生体的输入量；经过数字孪生体的计算，得到齿圈对泵壳内壁的磨损正压力无磨损转矩M0以及啮合点位置，其中，2CN114491960A权利要求书2/3页式中：Fr0为磨损正压力的大小；β1为仿真磨损正压力与X轴正方向的夹角；在啮合齿形为渐开线齿形、不考虑齿面接触摩擦的条件下，齿圈所受径向啮合力的方向为啮合点—O点连线方向，设径向啮合力方向与X轴正方向的夹角为β0；发生磨损时，实测转矩M与数字孪生体计算的转矩M0相差很大，齿圈所受啮合力明显增大；令ΔM＝M‑M0，由渐开线齿形的传动特性，得到啮合力径向增量△Fnr如下：式中：ΔM为磨损引