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工程设计学报
工程设计学报  2024, Vol. 31 Issue (5): 557-564    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2024.04.124
机械设计理论与方法     
基于剩余寿命的柱塞泵可再制造性评估
许顺海1(),周小磊1,龚国芳2,洪昊岑2,张鹏1(),刘尚1,范亚磊1
1.中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016
2.浙江大学 流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，浙江 杭州 310058
Remanufacturability evaluation of piston pump based on remaining life
Shunhai XU1(),Xiaolei ZHOU1,Guofang GONG2,Haoceng HONG2,Peng ZHANG1(),Shang LIU1,Yalei FAN1
1.China Railway Engineering Equipment Group Co. , Ltd. , Zhengzhou 450016, China
2.State Key Laboratory of Fundamental Components of Fluid Power and Mechatronic Systems, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
 全文: PDF(3440 KB)   HTML
摘要：

为了实现对柱塞泵可再制造性的定量评估，首先以柱塞泵为研究对象，进行其疲劳寿命研究。建立了柱塞泵刚-柔-液联合仿真模型，研究了在柱塞泵运行过程中转速、负载压力对柱塞最大应力和疲劳寿命的影响规律。结果显示：随着转速提高，柱塞所受到的最大应力呈指数递增，柱塞的疲劳寿命则呈指数递减；随着负载压力的增大，柱塞所受到的最大应力呈线性增大，柱塞的疲劳寿命则呈对数递减。在柱塞泵疲劳寿命分析的基础上，建立了以剩余寿命和零部件可加工性为指标的技术评估体系，并综合考虑了经济和环境指标，提出了柱塞泵可再制造性量化评估模型和方法，并进行了工程应用分析，验证了所提出方法的合理性和可行性。
关键词： 柱塞泵;  仿真分析;  疲劳寿命;  可再制造性;  定量评估    
Abstract:

In order to quantitatively evaluate the remanufacturability of piston pump, the fatigue life was studied with the piston pump as the research object. The rigid-flexible-liquid joint simulation model of the piston pump was established, and the effects of rotational speed and load pressure on the maximum stress and fatigue life of the piston pump were studied. The results showed that the maximum stress on the piston pump increased exponentially with the rotational speed increasing, while the fatigue life of the piston pump decreased exponentially. With the increase of load pressure, the maximum stress increased linearly, and the fatigue life decreased logarithmically. Based on the fatigue life analysis of the piston pump, a technical evaluation system with remaining life and parts processability as indexes was established, and economic and environmental indexes were comprehensively considered. A quantitative evaluation model and method for the remanufacturability of the piston pump were proposed, and engineering application analysis was carried out to verify the rationality and feasibility of the proposed method.
Key words: piston pump    simulation analysis    fatigue life    remanufacturability    quantitative evaluation
收稿日期: 2024-03-18 出版日期: 2024-10-30
CLC:  TQ 021.1  
基金资助: 国家重点研发计划资助项目(2020YFB2007104)
通讯作者: 张鹏     E-mail: xushunhai@crectbm.com;zhangpengxing1991@outlook.com
作者简介: 许顺海（1986—），男，高级工程师，学士，从事高性能液压部件关键技术研究，E-mail: xushunhai@crectbm.com, http://orcid.org/0009-0007-1073-4795
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许顺海
周小磊
龚国芳
洪昊岑
张鹏
刘尚
范亚磊

引用本文:

许顺海,周小磊,龚国芳,洪昊岑,张鹏,刘尚,范亚磊. 基于剩余寿命的柱塞泵可再制造性评估[J]. 工程设计学报, 2024, 31(5): 557-564.

Shunhai XU,Xiaolei ZHOU,Guofang GONG,Haoceng HONG,Peng ZHANG,Shang LIU,Yalei FAN. Remanufacturability evaluation of piston pump based on remaining life[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2024, 31(5): 557-564.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2024.04.124    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2024/V31/I5/557

图1  基于剩余寿命的柱塞泵可再制造性评估流程框图
图2  柱塞泵液压系统模型
图3  柱塞底端压力变化曲线
图4  柱塞泵圆锥形缸体示意
图5  柱塞泵关键部件
部件材料

密度/

(kg·m-3)

杨氏模量/

MPa

泊松比
缸体45号钢7.85×1032.1×1050.269
柱塞GCr15钢7.83×1032.19×1050.3
滑靴ZQAl9-47.5×1031.1×1050.33
斜盘20CrMnTi7.8×1032.07×1050.25
表1  柱塞泵关键部件材料参数
部件1部件2约束名称
缸体旋转
柱塞滑靴球铰副
滑靴斜盘平面副
斜盘固定约束
铜套缸体固定约束
铜套柱塞圆柱副
表2  柱塞泵关键部件之间的约束关系
图6  柱塞运动速度曲线
图7  柱塞应力分布
图8  柱塞应力循环次数
图9  转速对柱塞最大应力和疲劳寿命的影响
图10  负载压力对柱塞最大应力和疲劳寿命影响
图11  柱塞泵可再制造性评估框架
一级指标（权重）

二级指标

（权重）

评估方法
技术指标（40%）剩余寿命（50%）仿真分析
零部件可加工性（50%）专家评定
经济指标（40%）成本降低率数据计算
时间节约率数据计算
环境指标（20%）废水减少率（30%）数据统计
废气减少率（10%）数据统计
固体废弃物减少率（60%）数据统计
表3  柱塞泵可再制造性综合评估体系
指标好较好一般差
剩余寿命α11α12α13α14
零部件可加工性α21α22α23α24
表4  技术指标专家评价结果
λ可再制造性判定结果
0~0.3低不适合再制造
0.3~0.6中适合再制造
0.6~1.0高
表5  柱塞泵可再制造性判定依据
评估项数值
理论寿命/h3 200
已服役时间/h1 500
新柱塞泵购买费用/万元1.5
旧柱塞泵再制造费用/万元0.6
新柱塞泵制造时间/d30
旧柱塞泵再制造时间/d7
废水减少率/%76
废气减少率/%85
固体废弃物减少率/%90
表6  柱塞泵可再制造性评估数据
指标好较好一般差
剩余寿命01100
零部件可加工性2630
表7  柱塞泵可再制造性技术指标评价结果 (人)
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