一種干摩擦阻尼減震器主故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及主故障機(jī)理檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空電子設(shè)備領(lǐng)域，具體的涉及一種干摩擦阻尼減震器主故障監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空電子設(shè)備在工作中可能會(huì)受到較強(qiáng)的振動(dòng)，為了對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行隔振和保 護(hù)，一般會(huì)對(duì)這些設(shè)備安裝減震器。減震器的正常工作是電子設(shè)備在惡劣的振動(dòng)環(huán)境下持 續(xù)正常工作的有力保障。減震器的減振效果會(huì)對(duì)電子設(shè)備的工作造成直接影響。如果航空 設(shè)備的減震器不能正常工作，將會(huì)增大電子設(shè)備受到的振動(dòng)應(yīng)力，加速電子設(shè)備的退化甚 至導(dǎo)致其發(fā)生故障，產(chǎn)生安全問題。
[0003] 因此，對(duì)減震器進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)及改進(jìn)對(duì)保障航空設(shè)備的安全運(yùn)行非常重要，而現(xiàn) 有技術(shù)中尚沒有對(duì)干摩擦阻尼減震器進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)的系統(tǒng)的方法，導(dǎo)致不能掌握干摩擦阻 尼減震器的壽命，導(dǎo)致不能根據(jù)干摩擦阻尼減震器的預(yù)測(cè)壽命對(duì)減震器進(jìn)行及時(shí)更換，保 障設(shè)備正常工作。
[0004] 因此對(duì)減震器進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)和及時(shí)改進(jìn)，對(duì)保障航空電子設(shè)備的安全可靠運(yùn)行非 常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決上述提到的現(xiàn)有的干摩擦阻尼減震器的故障監(jiān)測(cè)存在的確定，提 供一種干摩擦阻尼減震器的主故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，通過計(jì)算和比較干摩擦阻尼減震器中 的減振彈簧與阻尼片的次數(shù)來(lái)確定干摩擦阻尼減震器的壽命，并根據(jù)確定的減震器的使用 壽命設(shè)定減震器最大使用次數(shù)閾值，與減震器的實(shí)際使用次數(shù)比較，對(duì)航空設(shè)備減震器的 工作進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證航空設(shè)備減震器的正常工作。
[0006] 具體地，一種干摩擦阻尼減震器主故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述主故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括用于 對(duì)干摩擦阻尼減震器進(jìn)行故障檢測(cè)的檢測(cè)模塊、控制模塊、報(bào)警模塊以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊；
[0007] 檢測(cè)模塊：包括減震器使用次數(shù)測(cè)量單元以及檢測(cè)結(jié)果輸出模塊，減震器使用次 數(shù)測(cè)量單元對(duì)減震器的實(shí)際使用次數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果輸出模塊根據(jù)減震器使用次數(shù)測(cè) 量單元的檢測(cè)結(jié)果向控制模塊發(fā)送減震器的實(shí)際使用次數(shù)；
[0008] 控制模塊包括微控制器以及減震器使用次數(shù)閾值設(shè)定模塊，減震器使用次數(shù)閾值 設(shè)定模塊測(cè)量得到減震器最大使用次數(shù)閾值，并將閾值發(fā)送至微控制器，微控制器對(duì)減震 器最大使用次數(shù)閾值進(jìn)行存儲(chǔ)，并將減震器的實(shí)際使用次數(shù)與減震器最大使用次數(shù)閾值進(jìn) 行比較，當(dāng)減震器的實(shí)際使用次數(shù)達(dá)到減震器最大使用次數(shù)閾值時(shí)，控制模塊向報(bào)警模塊 發(fā)送報(bào)警信號(hào)，報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警；
[0009] 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)報(bào)警模塊的報(bào)警信號(hào)，對(duì)減震器進(jìn)行檢測(cè)，判斷其故障，并發(fā)出 更換減震器的信號(hào)。
[0010] 優(yōu)選地，減震器使用次數(shù)閾值設(shè)定模塊包括用于測(cè)量減震器阻尼片最大使用次數(shù) 的阻尼片使用次數(shù)測(cè)量單元以及用于測(cè)量減震器彈簧最大使用次數(shù)的彈簧使用次數(shù)測(cè)量 單元。
[0011] 優(yōu)選地，一種根據(jù)上述系統(tǒng)進(jìn)行干摩擦阻尼減震器主故障監(jiān)測(cè)的方法，其包括以 下步驟：
[0012] S1、減震器使用次數(shù)閾值設(shè)定模塊對(duì)減震器的使用壽命進(jìn)行測(cè)量獲得減震器最大 使用次數(shù)閾值，具體的包括以下步驟：
[0013] ①阻尼片使用次數(shù)測(cè)量單元檢測(cè)減震器阻尼片最大使用次數(shù)；
[0014] ②彈簧使用次數(shù)測(cè)量單元檢測(cè)減震器彈簧最大使用次數(shù)；
[0015] ③減震器使用次數(shù)閾值設(shè)定模塊對(duì)測(cè)量得到的減震器阻尼片最大使用次數(shù)與減 震器彈簧最大使用次數(shù)進(jìn)行比較，確定減震器最大使用次數(shù)閾值；
[0016]S2、檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)減震器的實(shí)際使用次數(shù)，并將減震器的實(shí)際使用次數(shù)上傳 至控制模塊；
[0017]S3、微控制器將減震器的實(shí)際使用次數(shù)與減震器最大使用次數(shù)閾值進(jìn)行比較，當(dāng) 減震器的實(shí)際使用次數(shù)達(dá)到減震器最大使用次數(shù)閾值時(shí)，控制模塊向報(bào)警模塊發(fā)送報(bào)警信 號(hào)，報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警；
[0018]S4、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)報(bào)警模塊的報(bào)警信號(hào)，對(duì)減震器進(jìn)行檢測(cè)，判斷減震器的故 障，并發(fā)出更換減震器的信號(hào)。
[0019] 優(yōu)選地，阻尼片使用次數(shù)測(cè)量單元檢測(cè)減震器阻尼片最大使用次數(shù)的方法包括以 下步驟：
[0020] 步驟一：計(jì)算減震器阻尼片和減震器殼體之間切向相對(duì)滑移距離：減震器阻尼片 與減震器殼體內(nèi)壁構(gòu)成一對(duì)摩擦副，利用Archard粘著磨損模型，得到減震器阻尼片和減 震器殼體間切向相對(duì)滑移距離，計(jì)算公式如下所示：
[0022] 式中L為減震器阻尼片和減震器殼體間切向相對(duì)滑移距離，h為阻尼片磨損深度 指標(biāo)，Aa為減震器阻尼片與減震器殼體間的接觸面積，H為減震器殼體內(nèi)壁的HRC硬度，K為 磨損因子，P為減震器阻尼片與減震器內(nèi)壁的法向壓力；
[0023] 步驟二：計(jì)算減震器阻尼片單次滑移距離：減震器阻尼片單次滑移距離為1，測(cè)量 得到減震器彈簧的最大壓縮量為Cniax，最小壓縮量為C_，則減震器阻尼片單次滑移距離如 下所示：
[0024]I= 2 (Cnax-Cnin);
[0025] 步驟三：計(jì)算摩擦減震器阻尼片最大使用次數(shù)：
[0026] 將步驟一計(jì)算得到的減震器阻尼片和減震器殼體間切向相對(duì)滑移距離和步驟二 計(jì)算得到的減震器阻尼片單次滑移距離相除，得到減震器阻尼片最大使用次數(shù)，計(jì)算公式 如下所示：
[0028]式中N1為減震器阻尼片最大使用次數(shù)。
[0029] 優(yōu)選地，步驟一中各參數(shù)的確定過程如下：
[0030] ①定義減震器阻尼片磨損深度指標(biāo)為h;
[0031] ②計(jì)算減震器阻尼片與減震器殼體間的接觸面積，Aa=d?t
[0032] 式中Aa為減震器阻尼片與減震器殼體間的接觸面積，d為減震器殼體內(nèi)直徑，t為 阻尼片的厚度；
[0033] ③測(cè)量減震器殼體內(nèi)壁的HRC硬度：將減震器殼體固定，然后利用環(huán)狀刀具旋轉(zhuǎn) 對(duì)減震器殼體進(jìn)行切割取樣，利用摩擦磨損儀測(cè)量減震器殼體內(nèi)壁的HRC硬度；
[0034] ④測(cè)量減震器阻尼片與減震器殼體內(nèi)壁的法向壓力：將減震器殼體樣本固定在摩 擦磨損儀上，并將減震器阻尼片壓至與減震器殼體內(nèi)壁貼合，將壓頭與待測(cè)量的減震器殼 體接觸，設(shè)置預(yù)期位移量及其下降時(shí)間，使壓頭非常緩慢地下降，模擬靜載荷作用效果，從 多個(gè)測(cè)試結(jié)果確定出減震器阻尼片與減震器殼體內(nèi)壁完全接觸時(shí)兩者之間的正壓力；
[0035] ⑤計(jì)算磨損系數(shù)K，磨損系數(shù)K的計(jì)算公式如下所示：
[0036] IgK= 51gU-2. 27
[0037] 式中y為減震器阻尼片與減震器殼體內(nèi)壁的摩擦系數(shù)。
[0038] 優(yōu)選地，彈簧使用次數(shù)測(cè)量單元檢測(cè)減震器彈簧最大使用次數(shù)的方法包括以下步 驟：
[0039] 步驟一：確定減震器彈簧靜載荷：減震器彈簧靜載荷包括減震器安裝的預(yù)應(yīng)力和 負(fù)載壓力，其中：負(fù)載壓力的計(jì)算方法如下：
[0040] F1=mXg+n，其中Fi為負(fù)載壓力，m為負(fù)載質(zhì)量，n為減震器彈簧數(shù)量；
[0041] 減震器安裝的預(yù)應(yīng)力的計(jì)算方法如下：
[0042] 首先測(cè)量減震器彈簧在裝配中的壓縮長(zhǎng)度，再利用磨損測(cè)試儀獲得彈簧的力-位 移曲線，根據(jù)彈簧的力-位移曲線，得到彈簧在壓縮時(shí)受到的壓力，記為F2，
[0043] 彈簧靜載荷的計(jì)算方法如下：
[0044] Fs=F!+F2;
[0045] 步驟二：對(duì)減震器彈簧進(jìn)行有限元建模：具體步驟如下所述：
[0046] ①對(duì)干摩擦阻尼減震器進(jìn)行靜力學(xué)建模：
[0047] 對(duì)干摩擦阻尼減震器進(jìn)行靜力學(xué)建模，得到干摩擦阻尼減震器的結(jié)構(gòu)關(guān)系圖，并 得到以靜載荷和邊界條件為預(yù)應(yīng)力的模態(tài)模型。
[0048] ②對(duì)減震器彈簧進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)建模：
[0049] 為模態(tài)模型提供預(yù)應(yīng)力，通過預(yù)應(yīng)力模態(tài)建模，得到減震器彈簧前六階模態(tài)頻率 和振型；
[0050] ③對(duì)減震器彈簧進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)建模：
[0051] 為減震器彈簧前六階模態(tài)頻率和振型施加功率譜密度圖，設(shè)置輸出分別得到減震 器彈簧在預(yù)應(yīng)力1〇、2 〇以及3 〇下的等效應(yīng)力云圖和1〇、2 〇以及3 〇下的應(yīng)力值S113、 S2。以及S3。；
[0052] 步驟三：利用隨機(jī)疲勞三區(qū)間法計(jì)算得到減震器彈簧最大使用次數(shù)。
[0053] 優(yōu)選地，利用隨機(jī)疲勞三區(qū)間法計(jì)算減震器彈簧最大使用次數(shù)的方法如下所述：
[0054]減震器彈簧應(yīng)力分布區(qū)間為-1〇~1〇的振動(dòng)時(shí)間占總時(shí)間的68. 3%，分布區(qū)間 為-2 〇~2 〇的振動(dòng)時(shí)間占總時(shí)間的27. 1 %，分布區(qū)間為-3 〇~3 〇的振動(dòng)時(shí)間占總時(shí) 間的4. 33%，
[0055] 則減震器彈簧的疲勞時(shí)間為：
[0057]N2為減震器彈簧的疲勞時(shí)間，N113、N2。以及N3。分別是彈簧在三個(gè)應(yīng)力水平區(qū)間上 對(duì)應(yīng)的疲勞循環(huán)次數(shù)，結(jié)合步驟二求得的S113、S2。以及S3。，進(jìn)而求出N113、N2。以及N3。的具 體數(shù)值。
[0058] 優(yōu)選地，獲得減震器彈簧的力-位移曲線的步驟如下所述：控制磨損測(cè)試儀的運(yùn) 動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)加載，使磨損測(cè)試儀的壓頭接觸到彈簧，然后設(shè)置壓頭的Z軸向下緩慢移動(dòng) 一定距離，利用磨損測(cè)試儀壓頭設(shè)置的位移傳感器和力傳感器同步采集位移及壓頭各方向 受力，并擬合出力-位移曲線。
[0059] 優(yōu)選地，減震器使用次數(shù)閾值設(shè)定模塊對(duì)測(cè)量