基于剩余寿命的柱塞泵可再制造性评估

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2024.04.124

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

	服务
	把本文推荐给朋友
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	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

表1 柱塞泵关键部件材料参数

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

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	$α 11$	$α 12$	$α 13$	$α 14$
零部件可加工性	$α 21$	$α 22$	$α 23$	$α 24$

表4 技术指标专家评价结果

表5 柱塞泵可再制造性判定依据

表6 柱塞泵可再制造性评估数据

表7 柱塞泵可再制造性技术指标评价结果 (人)

1	WANG S H， XIANG J W， TANG H S， et al. Minimum entropy deconvolution based on simulation-determined band pass filter to detect faults in axial piston pump bearings［J］. ISA Transactions， 2019， 88： 186-198.
2	许睿，谷立臣. 轴向柱塞泵全局耦合动力学建模［J］. 农业机械学报， 2016， 47（1）： 369-376. XU R， GU L C. Global coupled dynamical modeling of axial piston pump［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2016， 47（1）： 369-376.
3	王川，江文，叶兰. 液压系统故障诊断技术的研究现状与发展趋势探究［J］. 南方农机， 2019， 50（8）： 180. WANG C， JIANG W， YE L. Research status and development trend of fault diagnosis technology of hydraulic system［J］. China Southern Agricultural Machinery， 2019， 50（8）： 180.
4	刘纯，曹华军，刘飞，等. 机电产品绿色再制造综合评价模型及应用［J］. 现代制造工程， 2007（11）： 1-3， 21. LIU C， CAO H J， LIU F， et al. Comprehensive assessment model and its application of waste electromechanical products green remanufacturing［J］. Modern Manufacturing Engineering， 2007（11）： 1-3， 21.
5	袁熙，李舜酩. 疲劳寿命预测方法的研究现状与发展［J］. 航空制造技术， 2005， 48（12）： 80-84. YUAN X， LI S M. Research status and development of forecast method of fatigue life［J］. Aeronautical Manufacturing Technology， 2005， 48（12）： 80-84.
6	郭志敏，戴海曙，翟江，等. 基于FMI的轴向柱塞泵分布式联合仿真与动态优化［J］. 工程设计学报， 2023， 30（4）： 495-502. doi：10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.058 GUO Z M， DAI H S， ZHAI J， et al. Distributed co-simulation and dynamic optimization of axial piston pump based on FMI［J］. Chinese Journal of Engineering Design， 2023， 30（4）： 495-502. doi: 10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.058
7	华亮，田威，廖文和，等. 基于非线性连续疲劳损伤的再制造毛坯剩余寿命评估［J］. 机械工程学报， 2015， 51（21）： 132-136. doi：10.3901/jme.2015.21.132 HUA L， TIAN W， LIAO W H， et al. Remaining life evaluation for remanufacturing blanks based on non-linear continuum fatigue damage model［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2015， 51（21）： 132-136. doi: 10.3901/jme.2015.21.132
8	朱庚尚. 盾构滚刀再制造疲劳剩余寿命评估研究［D］. 徐州：中国矿业大学， 2021： 1-50. ZHU G S. Study on evaluation of remanufacturing fatigue residual life of shield hob［D］. Xuzhou： China University of Mining and Technology， 2021： 1-50.
9	马硕，姜兴宇，杨国哲，等. 废旧机床主轴剩余寿命评估模型［J］. 机械工程学报， 2021， 57（4）： 219-226. doi：10.3901/jme.2021.04.219 MA S， JIANG X Y， YANG G Z， et al. Prediction and evaluation model for the residual life of wasted machine tool spindle［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2021， 57（4）： 219-226. doi: 10.3901/jme.2021.04.219
10	董丽虹，徐滨士，董世运，等. 金属磁记忆技术用于再制造毛坯寿命评估初探［J］. 中国表面工程， 2010， 23（2）： 106-111. doi：10.1080/10589750902795366 DONG L H， XU B， DONG S Y， et al. Progress in life prediction of remanufacturing blanks by using metal magnetic memory testing［J］. China Surface Engineering， 2010， 23（2）： 106-111. doi: 10.1080/10589750902795366
11	张小丽，陈雪峰，李兵，等. 机械重大装备寿命预测综述［J］. 机械工程学报， 2011， 47（11）： 100-116. doi：10.3901/jme.2011.11.100 ZHANG X L， CHEN X F， LI B， et al. Review of life prediction for mechanical major equipments［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2011， 47（11）： 100-116. doi: 10.3901/jme.2011.11.100
12	刘赟，徐滨士，史佩京，等. 废旧产品再制造性评估指标［J］. 中国表面工程， 2011， 24（5）： 94-99. LIU Y， XU B S， SHI P J， et al. Assessment indexes of used products remanufacturability［J］. China Surface Engineering， 2011， 24（5）： 94-99.
13	徐滨士，张伟，马世宁，等. 面向21世纪的绿色再制造［J］. 中国表面工程， 1999， 12（4）： 1-4， 49. XU B S， ZHANG W， MA S N， et al. Green remanufacturing towards the 21st century［J］. China Surface Engineering， 1999， 12（4）： 1-4， 49.
14	唐宏宾，杨婧，唐一. 轴向柱塞泵疲劳损伤分析及寿命预测［J］. 机床与液压， 2023， 51（16）： 165-171. TANG H B， YANG J， TANG Y. Fatigue damage analysis and life prediction of axial piston pump［J］. Machine Tool & Hydraulics， 2023， 51（16）： 165-171.
15	谢海波，洪昊岑，王柏村，等. 基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计［J］.工程设计学报， 2024， 2024， 31（2）：160-167. XIE H B， HONG H C， WANG B C， et al. Low pulsation structural optimization design of swashplate axial piston pump based on multi-objective genetic algorithm［J］. Chinese Journal of Engineering Design， 2024， 31（2）：160-167.
16	张斌，程国赞，洪昊岑，等. 基于SVR的轴向柱塞泵配流盘三角槽结构优化［J］. 吉林大学学报（工学版）， 2021， 51（4）： 1213-1221. ZHANG B， CHENG G Z， HONG H C， et al. Structure optimization of triangular groove of valve plate in axial piston pump based on SVR［J］. Journal of Jilin University （Engineering and Technology Edition）， 2021， 51（4）： 1213-1221.
17	马吉恩，徐兵，杨华勇. 轴向柱塞泵流动特性理论建模与试验分析［J］. 农业机械学报， 2010， 41（1）： 188-194. MA J E， XU B， YANG H Y. Modelling and experiment study on fluid character of axial piston pump［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2010， 41（1）： 188-194.
18	曹壮壮.面向再制造的泥浆泵动力端曲轴剩余寿命预测及可行性分析［D］.西安：长安大学，2023：5-30. CAO Z Z. Remaining life prediction and feasibility analysis of power end crankshaft of mud pump for remanufacturing［D］. Xi'an： Chang'an University，2023： 5-30.

[1]	杨培,张明路,孙凌宇. 爬壁机器人磁吸附模块设计分析与结构参数优化[J]. 工程设计学报, 2024, 31(5): 592-602.
[2]	李漫漫,杨全合,解开婷,王媛,徐东辉,张兆国. 自走式三七联合收获机液压系统设计与试验研究[J]. 工程设计学报, 2024, 31(5): 670-680.
[3]	谢海波,洪昊岑,王柏村,姜伟,杨华勇. 基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计[J]. 工程设计学报, 2024, 31(2): 160-167.
[4]	张伟涛,赵栋杰,王禄,包新棉,黄保赛. 一种柔性采摘机械臂的运动学分析与仿真[J]. 工程设计学报, 2024, 31(2): 230-237.
[5]	李新革,廖红玉,周敏,陈萌萌,谢良喜. 抹灰机摆动喷涂机构创新设计与分析[J]. 工程设计学报, 2024, 31(2): 248-253.
[6]	智文静,李国材,郑维娟,张晨,刘冬平,才潇逸. 基于人机工程学的民用飞机舱门操作面板设计[J]. 工程设计学报, 2024, 31(1): 107-119.
[7]	田立勇,唐瑞,于宁,陈洪月. 带式输送机更换托辊用皮带举升机构设计与应用[J]. 工程设计学报, 2023, 30(6): 667-677.
[8]	郭志敏,戴海曙,翟江,洪昊岑,王柏村,谢海波,杨华勇. 基于FMI的轴向柱塞泵分布式联合仿真与动态优化[J]. 工程设计学报, 2023, 30(4): 495-502.
[9]	张栋,杨培,黄哲轩,孙凌宇,张明路. 爬壁机器人悬摆式磁吸附机构的设计与优化[J]. 工程设计学报, 2023, 30(3): 334-341.
[10]	戚其松,李成刚,董青,陈钰浩,徐航. 起重机生命周期载荷谱预测及基于疲劳寿命的结构优化设计[J]. 工程设计学报, 2023, 30(3): 380-389.
[11]	化春键,李冬冬,蒋毅,俞建峰,陈莹. 双频激振下带V形缺口轴的疲劳寿命研究[J]. 工程设计学报, 2023, 30(1): 102-108.
[12]	宁志强,卫立新,权龙,赵美卿,高有山. 变排量非对称轴向柱塞泵抗扰控制及并行整定方法[J]. 工程设计学报, 2022, 29(4): 401-409.
[13]	唐绍禹,吴杰,张辉,邓兵兵,黄禹铭,黄浩. 多极式磁流变离合器温度场仿真与实验研究[J]. 工程设计学报, 2022, 29(4): 484-492.
[14]	樊霄岳, 刘启, 官威, 朱云, 陈苏琳, 沈彬. 电磁微锻机构热效应模拟与实验研究[J]. 工程设计学报, 2022, 29(1): 66-73.
[15]	张勤, 庞业忠, 王凯. 机器人踩踏式除草过程仿真分析与试验研究[J]. 工程设计学报, 2021, 28(6): 709-719.

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed