一種基于率模可靠性理論的齒輪泵健康狀態(tài)評估方法
【專利摘要】一種基于率?？煽啃岳碚摰凝X輪泵健康狀態(tài)評估方法，它有七大步驟：步驟一：設計齒輪泵健康狀態(tài)評估指標的選?。徊襟E二：設計齒輪泵健康狀態(tài)等級的劃分；步驟三：設計齒輪泵評估指標隸屬度函數(shù)的構建；步驟四：設計齒輪泵評估指標狀態(tài)及狀態(tài)轉移概率的計算；步驟五：設計齒輪泵評估指標率?？煽慷鹊挠嬎悖徊襟E六：設計齒輪泵健康狀態(tài)評估的率?？煽慷扔嬎惴椒?；步驟七：齒輪泵健康狀態(tài)等級及對策。本發(fā)明彌補了利用齒輪泵作業(yè)參數(shù)進行健康狀態(tài)評估的理論基礎，提供了一種新的齒輪泵健康狀態(tài)評估方法，為液壓泵健康管理提供支持。
【專利說明】一種基于率?？煽啃岳碚摰凝X輪泵健康狀態(tài)評估方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于率模（profust)可靠性理論的齒輪泵健康狀態(tài)評估方法，它 與齒輪泵運行狀態(tài)的評估有關，屬于液壓泵健康管理【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 齒輪泵屬于一種液壓泵，廣泛地應用于各液壓系統(tǒng)中。齒輪泵的優(yōu)勢非常多，t匕 如，重量輕、體積小、工作穩(wěn)定好，同時不易受到液壓油的污染。所以，液壓機械中通常都使 用齒輪泵。齒輪泵作為液壓系統(tǒng)的源動力，一旦出現(xiàn)故障停機，將導致整個液壓系統(tǒng)的癱 瘓，在一些作業(yè)對象為危險品的系統(tǒng)中影響更大。采用有效的手段進行齒輪泵的健康狀態(tài) 分析，在出現(xiàn)故障前細化作業(yè)狀態(tài)。對齒輪泵的健康狀態(tài)評估，可在齒輪泵未出現(xiàn)故障前就 能及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，實現(xiàn)設備的健康管理，對設備作業(yè)安全可靠是非常重要的。
[0003] 目前對于齒輪泵的健康狀態(tài)研究較多為通過在齒輪泵上加裝多個加速度傳感器 采集其工作過程中的振動信號，基于小波分析理論或其他理論進行數(shù)據分析，從而得出齒 輪泵的健康狀態(tài)。該方法雖然可以得出齒輪泵的健康狀態(tài)，但該方法更多的應用于實驗室 內對齒輪泵的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，在實際工作過程中應用有一定的局限性。
[0004] 北航蔡開元教授在20世紀90年代提出了率?？煽啃岳碚摚菍⒔浀淇煽啃岳碚?中的概率假設和模糊可靠性理論中的模糊狀態(tài)假設相結合的理論，隸屬于模糊可靠性理 論。該理論已經成功應用于ACT驗證機，計算機通信網絡等不同系統(tǒng)?？奢^好對設備的多 種狀態(tài)分析提供理論基礎。
[0005] 在模糊可靠性理論中，論域是指研究對象構成的一個不空的集合。在模糊可靠性 理論中，用來表達模糊性概念的集合又稱模糊集、模糊子集。普通的集合是指具有某種屬性 的對象的全體。這種屬性所表達的概念應該是清晰的，界限分明的。因此每個對象對于集合 的隸屬關系也是明確的，非此即彼。但在人們的思維中還有著許多模糊的概念，例如年輕、 很大、暖和、傍晚等，這些概念所描述的對象屬性不能簡單地用"是"或"否"來回答，模糊集 合就是指具有某個模糊概念所描述的屬性的對象的全體。由于概念本身不是清晰的、界限 分明的，因而對象對集合的隸屬關系也不是明確的、非此即彼的。將論域劃分為幾個模糊集 合，組成論域的若干模糊子集。因此齒輪泵運行狀態(tài)空間是指通過專家經驗，對齒輪泵的各 指標參數(shù)，在其整個生命周期中，設定的不同取值區(qū)間所組成的所有模糊狀態(tài)集合。
[0006] 若對論域（研究的范圍）U中的任一元素X，都有一個數(shù)A(x)G[0, 1]與之對應， 則稱A為U上的模糊集，A(X)稱為X對A的隸屬度。當X在U中變動時，A(X)就是一個函 數(shù)，稱為A的隸屬函數(shù)。隸屬度A(X)越接近于1，表示X屬于A的程度越高，A(X)越接近于 〇,表示X屬于A的程度越低。本發(fā)明中齒輪泵隸屬度y是對應機械設計手冊中給出的齒 輪泵各運行模糊狀態(tài)參數(shù)指標取值區(qū)間的隸屬度函數(shù)計算得到的。
[0007] 原有率?？煽啃岳碚撝?，系統(tǒng)的狀態(tài)轉移概率矩陣通過專家經驗，毀壞性測試等 不同形式事先得到，并且由狀態(tài)轉移概率矩陣求解得到的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)概率也保持不變。這就 造成了率?？煽啃岳碚搼糜谝簤罕媒】倒芾眍I域的局限性。
[0008] 在這種背景下，針對齒輪泵自身特點，為了使原有率?？煽啃岳碚摳臃淆X輪 泵健康管理的工程實踐，本發(fā)明一種基于率?？煽啃岳碚摰凝X輪泵健康狀態(tài)評估方法。該 方法通過選取齒輪泵的作業(yè)參數(shù)，采用一種帶有時間窗口的穩(wěn)態(tài)概率計算方法，進而來計 算齒輪泵的率?？煽慷?、齒輪泵健康等級和平均模糊故障時間，滿足齒輪泵的健康管理的 工程應用需求。


【發(fā)明內容】

[0009] 1、目的：本發(fā)明的目的是提供一種基于率?？煽啃岳碚摰凝X輪泵健康狀態(tài)評估方 法，它彌補了利用齒輪泵作業(yè)參數(shù)進行健康狀態(tài)評估的理論基礎，提供了一種新的齒輪泵 健康狀態(tài)評估方法，為液壓泵健康管理提供支持。
[0010] 2、技術方案：本發(fā)明一種基于率?？煽啃岳碚摰凝X輪泵健康狀態(tài)評估方法，其設 計思想是：通過選取齒輪泵特征參數(shù)作為待評估指標，利用率模可靠性理論計算評估指標 的可靠度，結合專家經驗賦予的權值，得出齒輪泵的健康度，比對劃分出來的健康狀態(tài)等 級，得出齒輪泵的健康狀態(tài)。
[0011] 下面結合流程圖1中的步驟，具體介紹該設計方法的技術方案。
[0012] 本發(fā)明一種基于率模可靠性理論的齒輪泵健康狀態(tài)評估方法，該方法具體步驟如 下：
[0013] 步驟一：設計齒輪泵健康狀態(tài)評估指標的選取
[0014] 齒輪泵的健康狀態(tài)評估指標是依據齒輪泵的工作參數(shù)來選取的。在齒輪泵的各個 工作參數(shù)中，有一些能夠代表齒輪泵當前的工作狀態(tài)。本發(fā)明將這些狀態(tài)參數(shù)選取出來，作 為齒輪泵的健康狀態(tài)評估指標。這些狀態(tài)參數(shù)包括齒輪泵的壓力脈動和齒輪泵的容積效 率。
[0015] 步驟二：設計齒輪泵健康狀態(tài)等級的劃分
[0016] 齒輪泵的率?？煽慷萊G[0, 1]，將齒輪泵的率?？煽慷仍趨^(qū)間[0, 1]上進行狀態(tài) 劃分，可以依照需要劃分為若干狀態(tài){SpS2，…，SJ，每一狀態(tài)對應相應的率?？煽慷萊取 值范圍為：
[0017]

【權利要求】
1. 一種基于率模可靠性理論的齒輪泵健康狀態(tài)評估方法，其特征在于：該方法具體步 驟如下： 步驟一：設計齒輪泵健康狀態(tài)評估指標的選取 齒輪泵的健康狀態(tài)評估指標是依據齒輪泵的工作參數(shù)來選取的，在齒輪泵的各個工作 參數(shù)中，有一些能夠代表齒輪泵當前的工作狀態(tài)，將這些狀態(tài)參數(shù)選取出來，作為齒輪泵的 健康狀態(tài)評估指標，這些狀態(tài)參數(shù)包括齒輪泵的壓力脈動和齒輪泵的容積效率； 步驟二：設計齒輪泵健康狀態(tài)等級的劃分 齒輪泵的率?？煽慷萊 e [〇, 1]，將齒輪泵的率?？煽慷仍趨^(qū)間[〇, 1]上進行狀態(tài)劃 分，依照需要劃分為復數(shù)個狀態(tài)餌，S2，…，SJ，每一狀態(tài)對應相應的率?？煽慷萊取值范 圍為：
步驟三：設計齒輪泵健康狀態(tài)評估指標隸屬度函數(shù)的構建 在齒輪泵的各個評估指標中，按照每個評估指標不同的參數(shù)要求，同樣將其劃分為復 數(shù)個狀態(tài)U= {S/，S2'，…，Sn'}，同時構建出相應的隸屬度函數(shù)i!，每一狀態(tài)對應的隸屬度 取值范圍為：
在論域U上定義Fuzzy成功狀態(tài)為 S = (Si, ii s (Si)，i = 1，2,…，n} Fuzzy故障狀態(tài)為 F = (Si, ii F(Si), i = 1，2,…，n} 這里U S(Si)和ii J1(Si)為相應的隸屬函數(shù),記Ut = Imij, i, j = 1，2,…，n} ,Hiij表示從 狀態(tài)Si轉移到狀態(tài)Sj的轉移，定義4 = !"V,氣（wV)A./= 1，2,…，埒
這樣Tsf表示從Fuzzy成功到Fuzzy故障的轉移； 步驟四：設計齒輪泵評估指標狀態(tài)及狀態(tài)轉移概率的計算 齒輪泵狀態(tài)轉移概率的計算需要知道齒輪泵評估指標的狀態(tài)空間{S/，S2'，…，Sn'} 和各采樣時刻的健康狀態(tài)隸屬度y (s'i) (S'i = 0，1，2,…）；齒輪泵的指標狀態(tài)空間 {S/，S2'，…，Sn'}是指根據專家經驗來劃分的齒輪泵健康狀態(tài)評估指標的狀態(tài)集合；健康 狀態(tài)隸屬度U (S' J是通過隸屬度函數(shù)計算得到的評估指標隸屬S/狀態(tài)的值；本計算方法 是在{S/，S2'，…，Sn'}和i! (S' i)已知的前提下進行的齒輪泵健康狀態(tài)轉移概率的計算； 假設齒輪泵指標狀態(tài)空間為{s/，S2'，…，Sn'}，S' i e {S/，S2'，…，Sn'}表示齒輪泵在 第i次采樣時的運行狀態(tài)，Pij Q = 1，2,…，n ; j = 1，2,…，n)表示齒輪泵指標狀態(tài)由狀態(tài) S/轉移到狀態(tài)S/的概率，由轉移概率Pu組成一個矩陣
稱為狀態(tài)轉移概率矩陣； 選擇采樣時間窗口為Tw = N *T，采樣周期為T，在時間窗口 Tw內進行N+1次采樣，狀態(tài) 轉移概率矩陣的計算運用馬爾科夫理論進行計算；設齒輪泵指標狀態(tài)由S' = 1，2,…n) 轉移到狀態(tài)S'」(j = 1，2,…n)的次數(shù)為mij(i = 1，2,…，n ;j = 1，2,…，n)，則時間窗口 Tw
其他采樣時刻指標狀態(tài)轉移概率矩陣同此方法依次求得； 齒輪泵評估指標在一個采樣周期T處于狀態(tài)Si的概率O (t)為： O (t) = O (t〇) Xp(t〇, t) 其中Oatl)為在采樣時刻h齒輪泵評估指標處于Si的狀態(tài)概率，P(^t)為當前周期 內從h到t的狀態(tài)轉移概率； 步驟五：設計齒輪泵評估指標率模可靠度的計算 在齒輪泵健康評估中，齒輪泵評估指標的率?？煽慷仁沁M行齒輪泵健康狀態(tài)評估的基 礎，所設計的齒輪泵評估指標的率?？煽慷扔嬎惴椒?br> 依據上述步驟中求得的各個值即可求得齒輪泵評估指標的率?？煽慷?； 步驟六：設計齒輪泵健康狀態(tài)評估的率?？煽慷扔嬎惴椒? 齒輪泵各個評估指標的率模可靠度均已求出，由于各個評估指標在齒輪泵的健康狀態(tài) 評估中重要度不同，依據專家經驗賦予各個評估指標權重值Oi，則齒輪泵的率?？煽慷?為： R = R1 o i+R2 〇 2+…+Rn o n 由此可得出齒輪泵當前時刻的健康度； 步驟七：齒輪泵健康狀態(tài)等級及對策 依據步驟二中劃分的健康狀態(tài)等級，即確定齒輪泵當前的健康狀態(tài)；根據評估出的齒 輪泵的健康狀態(tài)，則采取相應的維修保養(yǎng)策略對齒輪泵進行維修保養(yǎng)或采取其他的方式進 行處理。
【文檔編號】G06F19/00GK104361261SQ201410742591
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權日:2014年12月8日
【發(fā)明者】張宏遠, 郝愛智, 劉桐, 劉學程, 吳明飛, 王穎輝, 梁延松, 晏國輝, 畢坤鵬, 顧進 申請人:中國人民解放軍防化學院