航空液壓馬達加速壽命試驗探究

摘 要：航空液壓馬達是航空裝備的關鍵件之一，是一種高可靠長壽命產品。目前，由于試驗費用、試驗設備和試驗時間的限制，工廠對航空液壓馬達的各種試驗一般只進行幾十小時到幾百個小時，此時液壓馬達遠沒有失效，通常無法獲得失效時間數據，因此，迫切需要一種能在無失效數據的情況下，預測液壓馬達壽命的方法。

關鍵詞：航空液壓馬達;加速壽命試驗

前言

加速壽命試驗是指在超過使用環境條件的應力水平下對樣品進行的壽命試驗。這種試驗的特點是：選擇一些比正常使用環境惡劣的應力水平，又稱加速應力水平，在這些加速應力水平下進行壽命試驗。

一、航空液壓馬達加速壽命試驗方法概述

目前，針對簡單機械產品的加速壽命試驗方法已經取得了諸多研究成果。通常情況下，加速壽命試驗方案分以下幾個步驟實施。首先，明確被試產品的故障模型。常見的故障模型有反應論模型、損傷累積模型、變應力混合威布爾模型等。然后，根據產品壽命模型特征及試驗時間的約束，采取不同的應力施加方法。根據試驗應力施加方法的不同，可將加速壽命試驗分為四種類型：恒定應力加速壽命試驗、步進應力加速壽命試驗、序進應力加速壽命試驗和變應力加速壽命試驗。加速壽命試驗過程中，需要明確試驗樣本數量、產品失效判據、試驗終止條件等。試驗結束之后，還要根據產品的故障模型、應力施加方法和水平、試驗時間，采用合適的結果統計和壽命評價方法估算產品在正常使用工況下的壽命。上述成熟的加速壽命試驗方法已經在電子產品及相對較為簡單的機械類產品中得到了廣泛應用。但是需要被試產品滿足以下條件：① 試件故障機理不變。符合威布爾分布模型的產品，要求其形狀參數應保持不變。對數正態分布產品，其標準偏差應保持不變;② 存在有規律的加速過程。保持故障機理不變是實施加速壽命試驗的必要條件，但不是充分條件。因為元部件的壽命和故障率往往隨試驗條件不同而變化，只有存在有規律的加速過程，才可以進行加速壽命試驗;③ 壽命分布模型具有統一性和規律性。研究加速壽命試驗與元部件的故障模型，這些模型反映應力與性能退化間的關系，及采取該模型是否具有加速性。液壓馬達是一種典型的中等復雜度的機械產品，其加速試驗存在的難點有：① 液壓馬達的故障機理復雜，故障模式多樣，涉及部件較多，不同故障模式之間也存在一定的耦合關系，沒有統一可用的故障模型;② 液壓馬達的加速過程復雜多樣?？梢酝ㄟ^提高壓力、轉速、流量、介質溫度實現加速，也可以通過增加介質污染水平實現。③ 由于液壓馬達存在多種故障模式，涉及到多個關鍵部件。這些部件的壽命模型與整機的壽命分布并不能完全匹配，加速壽命試驗的實施只能重點關注導致失效的關鍵部件。綜上所述，傳統成熟方法在液壓馬達的加速壽命試驗過程中，具有一定的局限性。

二、有待解決的關鍵問題

1.產品質量一致性不高，壽命不穩定。對于以壽命評價為目標的壽命試驗來說，開展試驗的前提是液壓馬達已經具備了較高水平的質量一致性和壽命穩定性。目前我國液壓馬達產品的設計、加工工藝以及材料水平都導致產品的一致性不高，這就導致開展壽命試驗的可行性降低，壽命評價試驗就轉變成為了可靠性增長試驗。

2.耦合關系復雜，施加應力方式多樣。對于液壓馬達來說，主要有磨損、疲勞、老化三種失效模式。磨損主要涉及柱塞-缸體副，斜盤-滑靴副，缸體-配油盤副及其它運動副，疲勞則涉及到幾乎所有的運動部件和殼體，老化與橡膠密封件相關。

3.工況參數與壽命之間的定量關系難以確定液壓馬達的磨損、疲勞和老化過程受輸出壓力、轉速、流量、介質溫度等工作和環境參數相關。所有這些可變的外部載荷，都可以用以實施加速壽命試驗。但是在開展加速壽命試驗之前，需要明確這些外部載荷、工況參數與馬達相關部件的磨損、疲勞、老化時間的定量關系，這是開展加速壽命試驗的前提。

三、加速壽命試驗的實施方案

1.開展液壓馬達加速壽命試驗方案總體流程。首先，根據液壓馬達的技術規范，壽命要求以及常規耐久試驗中出現的影響壽命的主要失效部件和關鍵失效模式，然后，確定加速應力。對于液壓馬達來說，主要加速載荷包括：確定關鍵部件和關鍵失效模式。對于馬達來說，關鍵零件涉及斜盤組件、流量調節機構、柱塞組件、缸體、分油盤、軸、軸承、密封件。關鍵失效模式主要是由于磨損、疲勞和老化導致的效率下降、泄漏、疲勞損壞等。這一步驟需要考慮馬達的具體工況，與工況不符的加速項目應不予考慮，比如，馬達的殼體極少發生疲勞損傷，在加速方案中就不應對殼體的疲勞損傷進行加速。然后針對關鍵零部件，分別計算加速后的試驗時間，并根據馬達的設計載荷極限，確定關鍵零部件加速項目和加速時間。綜合考慮各個零部件，并考慮總體試驗時間限制和期望加速比，確定馬達總體加速時間。最后進行總體加速時間和部件加速時間的一致性校核，如果一致，則根據計算結果制定試驗大綱。加速試驗完成之后，對比加速試驗和常規試驗后的技術狀態參數、物理狀態參數、介質參數，對加速試驗的效果進行評估。

2.針對航空液壓馬達開展以鑒定壽命為目標的加速壽命試驗需求迫切。隨著武器裝備技術的發展，飛機可靠性及壽命要求大幅提高。液壓馬達作為飛機液壓系統的關鍵部件，功率大價值高，長期壽命試驗所需費用巨大，也會嚴重影響產品的研制和定型周期，開展航空液壓馬達加速壽命試驗具有非常緊迫的工程應用需求;我國開展的液壓馬達加速壽命試驗，都是基于美國或俄羅斯方法標準實施，雖然國內液壓馬達加速壽命試驗有了成功的應用案例，但方法手段還不成熟，對于國外標準方法需深入研究并理解其內涵。

結束語

現代飛機要求具備超高可靠度和超長壽命。液壓馬達作為飛機液壓系統的核心部件，與普通液壓系統液壓馬達相比，要求更加嚴格。尤其是驅動馬達，承擔著為整個飛機液壓系統提供能源的任務，要求具有極高的可靠度和較長的無故障工作周期。開展液壓馬達的加速壽命試驗應以不改變產品的失效模式為基本準則。綜合加速試驗方法和標準體系，開展馬達的加速試驗載荷譜的編制，要以常規試驗載荷譜為基準，通過提高流量、轉速、溫度等方式實現加速。

參考文獻

[1]鄧愛民，陳循，張春華，汪亞順.基于性能退化數據的可靠性評估[J].宇航學報，2016（3）

[2]趙建印，孫權，彭寶華，周經倫.基于加速退化試驗數據的可靠性分析[J].可靠性分析與研究，2018（7）

作者簡介：

陳春，男，漢，出生年月：1981.4，籍貫：山西，懷仁學歷：蘭州理工大學，大學本科，西安交通大學，碩士學位，畢業院校：西安交通大學，碩士學位，職稱：高級工程師，現就職于：慶安集團有限公司，研究方向：航空產品研制。