气缸恒定应力加速寿命试验研究.pdf

檵漍
气缸恒定应力加速寿命试验研究
口黄安贻口陈一鸣口李刚炎
武汉理工大学机电工程学院武汉430070
摘要:对气缸加速寿命试验进行研究,分析了气缸的故障机理,确定了加速应力和试验方法。最后设计了气缸加速
寿命试验方案
关鍵词:气缸试验恒定应力径向负载
中图分类号:TH138
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2009)03-0066-03
气缸寿命试验是气缸研制生产中关键的试验之型。阿伦尼斯模型常用于以温度作为加速应力的寿命
,是可靠性工作的重要组成部分。但如果按照常规寿试验中,其寿命特征将随着温度上升而按指数下降。逆
命试验方法,需要数月甚至数年的时间,这对于试验单幂律模型常用于以电应力(如电压、电流、功率等)作为
位来说元论从时间上还是经费上都是无法承受的。为加速应力的寿命试验中,它们的线性化形式可统一写
了能够定量地分析气在其正常工作条件下的可靠性成如下形式:
指标,有必要利用加速寿命试验以及开发相应的加速
Ing=a+ bop(s
寿命试验模型,在较短的时间内和较低的费用下取得式中:e为某寿命特征;p(s)为应力水平的已知函数
关于气缸失效的信息。
a和b为待定参数。
1加速寿命试验及试验模型分析
它们的估计将要从加速寿命试验的数据中获得,
当寿命特征与应力或应力函数之间的关系是非线性
加速寿命试验是用加大试验应力(诸如热应力、电时,就可用两次或更高次多项式去拟合加速模型。
应力、机械应力等)的方法,加快产品失效,缩短试验周
期。运用加速寿命模型,估计出产品在正常工作应力下2气缸故障机理分析及加速应力选定
的可靠性特征。
加速寿命试验的类型很多,常用的是以下3类
1.1寿命与应力之间的关系
1)恒定应力加速寿命试验;
加連寿命试验的关键在于建立寿命特征与应力水
2)步进应力加速寿命试验;
平之间的关系。以目前所知的寿命试验数据分析,大多
3)序进应力加速寿命试验。
数产品是应力水平越高,产品的寿命越短,见图1(a)所
要选择合适的试验方法,必须分析气缸的故障机
示。但有少数例外,所以着眼于个别产品的寿命似乎很理,确定气缸的故障模型及一个或多个加速应力
难建立寿命与应力之问的关系。假如我们着眼于每个2.1气缸故障机理分析
应力水平下寿命数据的总体特征,如中位寿命、平均寿
某气缸结构如图2所示
命等,那末就可以通过寿命数据在图1(a)上画出一条
气缸的故障机理分析是通过故障树分析(FTA)进
光滑曲线。但是这条曲线是非线性的,应用起来很不方行的。所谓故障树分析是根据系统可能发生的事故或
便。假如我们对寿命数据或应力水平各经过适当变换,已经发生的事故结果,去寻找与该事故发生有关的原
那上述曲线就有可能变成直线,如图1(b)所示。
因、条件和规律,同时可以辨识出系统中可能导致事故
2加速模型
6789
图1中所建立寿命特征
(中位寿命、平均寿命等总体「寿
命
特征)与应力水平之间的关
对数寿命
系,我们称之为加速模型,又
称加速方程。
组合防坐
常用的单应力加速模型
2.前端盖3.活塞杆密封圏4.活塞杆5.缸筒
有:阿伦尼斯模型和逆幂律模
(a)应力
(b)对数应力6.活塞7·活塞密封圀8.缓冲调节阀9.后端盖
收稿日期:2008年10月
▲图1寿命与应力关系
▲图2气缸结构
2009/3
机械制造47卷第535期
发生的危险源。
气缸寿命试验在整个试验期间需要不间断运行,并在
根据相关标准,受试气缸的失效与否是通过3个量规定的时间间隔进行停机测试。在试验运行期间,测控
来表示:泄漏量、最小作动压力和行程时间。故障树分系统控制整个试验系统的运行,并对运行状态进行监
析如图3所示,从图中可以看出,气缸主要的失效原因测。在试验停机测试期间,测控系统完成相关物理量的
为可动部的磨损。
数据采集、分析、实时显示、保存等功能。
3.1气缸加速寿命试验回路
气缸失效
试验回路如图4所示,支路1为停机测測试回路,支路
2为控制回路。
最小作动
行程时
泄
1.气动三联件
压力超标
间超标
量超标
10N
2.数字压力开关
3.残压排气阀
支路1
測量最小4.消声器
作动压力
电磁
可活
活
和泄漏量6.单向节流阀
动塞
塞
活塞密封
活塞杆密
8.减压阀
部的润滑
杆的支撑
气杆
压的
圈失效
封圖失效
系统/略2
源
9.流量计
不支
10.压力计
足撑
不变
变
11.压力开关控
足形
形
制器
激光位移传
密
密
感器
负和
封右作封组
密
作』
13.数据收集记
密封部件失效
我轴
移心
部‖异
部
圈高绿数浊
2
录装置
动不
件「物
动沟防异1的
▲图4试验回路图
方
的『详『的的生物的N位
位圈「进
向致
『入置破入V天
伤
损1苯损
登
3.2气缸加速寿命试验测控系的硬件设计
硬件部分由气动回路、测量仪器及控制电路组成,
▲图3气缸故障树分析
是整个测控系统的基础。气动回路由两个支路组成,分
别为4个气缸提供动力。测量仪器对系统所需要的参数
2.2加速寿命试验的加速应力选定
进行测量,输出标准的电压、电流信号。控制电路对数
试验方法的选定,关键在于确定加速应力。通过分据采集卡的输人、输出信号进行处理,以满足PC机及
析气缸的结构,可以得出气缸主要的两个可动部件是电磁阀的要求。硬件系统框图如图5所示。
活塞杆和活塞。活塞对气缸缸筒往复运动时,活塞上安
PC机 LABVIEW
装的活塞密封圈和垫圈对气缸缸筒反复摩擦;活塞杆
与安装在杆盖上的活塞杆密封圈反复摩擦,造成活塞
气源系统
数据采集卡
杄密封圈和活塞密封圈的磨损。流体温度升高、工作压
图5
力增大、动作频率加快和径向负载加大都会加剧这种
减压阀
激光位移
硬件系
磨损。这4种应力都可以作为加速应力,选择原则是
驱动电路
传感器统框图
1)加速应力必须是能对产品的主要失效模式产生
流量计
促进作用的应力条件。
压力计
电磁阀
2)加速应力强化的程度必须保证所产生的最高应
カ水平不大于产品的结构强度所能承受的极限应力,3.3气缸加速寿命试验测控系统的软件设计
以免发生新的失效模式。
测控系统的软件部分是采用图形组态软件Iab-
3)加速应力的强化条件应易于控制和实现。
VIFW开发而成。 LABVIEW是基于图形化语言G语言