一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法技术

本发明专利技术属于内啮合齿轮泵技术领域，具体涉及一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，通过对选取的M种耐磨涂层材料进行分析，考虑材料参数的不确定性及耐磨涂层的涂覆厚度不均匀性，设计M*a*b种耐磨涂层方案；接着，对M*a*b种耐磨涂层方案进行涂覆试验，并对试验结果进行拟合，通过建模，找到磨损量与材料成分配比、涂覆厚度之间的函数关系，通过求解此模型的最小值与极小值，找出M*a*b种耐磨涂层方案中最优的耐磨涂层方案作为目标耐磨涂层；通过对不确定性参数的可靠性灵敏度进行计算，得到了各不确定性参数分别对齿轮泵可靠性的影响敏感程度，选取影响较大的不确定性参数，对选取出的影响较大的不确定性参数进行进一步地优化赋值，得到目标耐磨涂层。得到目标耐磨涂层。得到目标耐磨涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法


[0001]本专利技术属于内啮合齿轮泵
，具体涉及一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法。

技术介绍

[0002]目前，齿轮泵在泵类元件中有非常大的用途，相对于其他类型的泵，它在市场中的产量及使用量是最大的。然而，齿轮泵在使用过程中常常会出现性能退化的现象，进而造成寿命终结，其主要原因就是齿轮泵在使用过程中发生了磨损。如泵的关键部位磨损过大，由此会造成齿轮泵容积效率的下降，随着使用时间的增长，效率下降会更加明显。
[0003]齿轮泵的磨损主要出现在三个部位：齿轮端面与浮动侧板、齿顶与壳体内腔、齿轮齿面；齿轮在实际工作过程中，液压油中会含有各种污染物颗粒，再加上浮动侧板受到颠覆力矩的作用，使得齿轮端面与浮动侧板之间的磨损量最为严重。泵壳内齿顶圆与壳体几乎是完全接触的，接触长度比较大，使得每个轮齿所受到的压力比较小，但当齿轮泵工作压力较高时，齿顶与壳体内表面会出现较大的划痕，磨损加重。随着齿轮泵工作压力的增大，主动轮与从动轮之间的啮合力也会增大，并且主动轮与从动轮之间的油膜厚度会减小，从而会使齿轮齿面的磨损进一步加剧。针对上述齿轮泵出现的磨损问题，现有方法通过使用涂层涂覆的方法保护齿轮泵，但却未考虑涂层的材料属性的不均匀性与涂层厚度的不均匀性。本专利技术通过对耐磨涂层进行筛选，同时在考虑涂层材料的属性不均匀性与涂覆厚度的不均匀性情况下，对耐磨涂层进行筛选，并通过可靠性灵敏度分析对耐磨涂层与齿轮泵进行多次优化，从而实现了齿轮泵可靠性的提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，考虑涂层材料的属性不均匀性与涂覆厚度不均匀性的情况下，对材料的物理参数进行初步优化；然后，利用对涂覆涂层后的齿轮泵进行可靠性灵敏度分析，对齿轮泵与涂层材料的结构、物理属性进一步优化，从而实现齿轮泵可靠性的进一步提升。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，具体包括以下步骤：
[0006]步骤S1、确定试验对象：
[0007]从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为高压内啮合齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，从N种耐磨涂层材料中选取M种耐磨涂层材料作为试验对象；
[0008]步骤S2、从试验对象的材料参数的不确定性方面出发，进行以下试验：
[0009]针对选出的M种耐磨涂层材料，基于每种耐磨涂层材料的材料成分重新进行a次配比，共产生M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料；
[0010]步骤S3、从高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置处耐磨涂层的涂覆厚度不均匀性方面出发，进行以下试验：
[0011]针对选出的M种耐磨涂层材料，设定每种耐磨涂层材料具有b种不同的涂覆厚度，结合步骤S2中产生的M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料，得到M*a*b种耐磨涂层方案；
[0012]步骤S4、获取M*a*b种耐磨涂层方案的磨损数据：
[0013]在高压工况下，制备M*a*b种耐磨涂层分别涂覆于高压内啮合齿轮泵上进行磨损实验，获得M*a*b种耐磨涂层方案的磨损量数据；
[0014]步骤S5、选取初始耐磨涂层：
[0015]S5.1、对步骤S4中获取的M*a*b种耐磨涂层磨损量数据进行拟合，建立磨损量与上述M*a种不同材料参数耐磨涂层材料的成分配比、b种不同涂覆厚度之间的函数关系；
[0016]S5.2、从步骤S5.1中建立的函数关系中，选取磨损量最小值，所对应的耐磨涂层材料的成分配比和涂覆厚度作为初始耐磨涂层；
[0017]步骤S6、获取目标耐磨涂层：
[0018]S6.1、基于不确定性参数，建立高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，不确定性参数包括未涂覆耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的结构尺寸、涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的装配尺寸、耐磨涂层材料的成分配比、不同涂覆厚度、油液与齿轮泵内壁涂层的摩擦系数、齿轮泵内壁的弹性模量；
[0019]S6.2、依据建立的高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，对涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵进行可靠性评估，得到涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)；
[0020]S6.3、计算步骤S6.1中不确定性参数的可靠性灵敏度，并进行赋值重新优化，得到优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估，建立涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)；
[0021]S6.4、将步骤S6.3中建立的涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)与步骤S6.2中的涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)进行对比；
[0022]S6.5、当步骤S6.4中对比结果为优化后的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，则此次赋值优化对应的不确定性参数及对应的耐磨涂层材料配比为目标耐磨涂层；反之重复步骤S6.3直至优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，获取目标耐磨涂层；
[0023]步骤S7、实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升：
[0024]根据步骤S6.6获得的目标耐磨涂层对应的材料参数和涂覆厚度，制备耐磨涂层试样，并将制备的耐磨涂层试样涂覆至高压内啮合齿轮泵上，实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升。
[0025]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤S1中，M种耐磨涂层材料的选取方法，具体步骤如下：
[0026]S1.1、从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，N的取值范围为20≤N≤30；
[0027]S1.2、确定需要进行试验的耐磨涂层材料数量为M种，M的取值范围为10≤M≤15；
[0028]S1.3、采用专家评分法对筛选出的N种耐磨涂层材料进行评分，按照评分由高到低
选出评分靠前的M种耐磨涂层材料作为试验对象。
[0029]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤S1.3中采用专家评分法从N种耐磨涂层材料中筛选出M种耐磨涂层材料的步骤如下：
[0030]S1.3.1、确定参与评分的专家人数为R；
[0031]S1.3.2、R位专家均对筛选出的M种耐磨涂层材料进行评分，评分依据为四项性能，四项性能包括耐高温性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能、齿轮泵内壁材料结合强度性能，每项性能最高评分均为10分；记第i位专家对第j种涂层材料的耐高温性能评分为(T
i
)
j
；第i位专家对第j种涂层材料的耐磨损性能评分为(W
i
)
j
；第i位专家对第j种涂层材料的耐腐蚀性能评分为(C
i
)
j
；第i位专家对第j种涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能评分为(I
i
)
j
；
[0032]S1.3.3、根据步骤S1.3.2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S1、确定试验对象：从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为高压内啮合齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，从N种耐磨涂层材料中选取M种耐磨涂层材料作为试验对象；步骤S2、从试验对象的材料参数的不确定性方面出发，进行以下试验：针对选出的M种耐磨涂层材料，基于每种耐磨涂层材料的材料成分重新进行a次配比，共产生M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料；步骤S3、从高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置处耐磨涂层的涂覆厚度不均匀性方面出发，进行以下试验：针对选出的M种耐磨涂层材料，设定每种耐磨涂层材料具有b种不同的涂覆厚度，结合步骤S2中产生的M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料，得到M*a*b种耐磨涂层方案；步骤S4、获取M*a*b种耐磨涂层方案的磨损数据：在高压工况下，制备M*a*b种耐磨涂层分别涂覆于高压内啮合齿轮泵上进行磨损实验，获得M*a*b种耐磨涂层方案的磨损量数据；步骤S5、选取初始耐磨涂层：S5.1、对步骤S4中获取的M*a*b种耐磨涂层磨损量数据进行拟合，建立磨损量与上述M*a种不同材料参数耐磨涂层材料的成分配比、b种不同涂覆厚度之间的函数关系；S5.2、从步骤S5.1中建立的函数关系中，选取磨损量最小值，所对应的耐磨涂层材料的成分配比和涂覆厚度作为初始耐磨涂层；步骤S6、获取目标耐磨涂层：S6.1、基于不确定性参数，建立高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，不确定性参数包括未涂覆耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的结构尺寸、涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的装配尺寸、耐磨涂层材料的成分配比、不同涂覆厚度、油液与齿轮泵内壁涂层的摩擦系数、齿轮泵内壁的弹性模量；S6.2、依据建立的高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，对涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵进行可靠性评估，得到涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)；S6.3、计算步骤S6.1中不确定性参数的可靠性灵敏度，并进行赋值重新优化，得到优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估，建立涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)；S6.4、将步骤S6.3中建立的涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)与步骤S6.2中的涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)进行对比；S6.5、当步骤S6.4中对比结果为优化后的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，则此次赋值优化对应的不确定性参数及对应的耐磨涂层材料配比为目标耐磨涂层；反之重复步骤S6.3直至优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，获取目标耐磨涂层；步骤S7、实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升：
根据步骤S6.6获得的目标耐磨涂层对应的材料参数和涂覆厚度，制备耐磨涂层试样，并将制备的耐磨涂层试样涂覆至高压内啮合齿轮泵上，实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升。2.根据权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S1中，M种耐磨涂层材料的选取方法，具体步骤如下：S1.1、从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，N的取值范围为20≤N≤30；S1.2、确定需要进行试验的耐磨涂层材料数量为M种，M的取值范围为10≤M≤15；S1.3、采用专家评分法对筛选出的N种耐磨涂层材料进行评分，按照评分由高到低选出评分靠前的M种耐磨涂层材料作为试验对象。3.根据权利要求2所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S1.3中采用专家评分法从N种耐磨涂层材料中筛选出M种耐磨涂层材料的步骤如下：S1.3.1、确定参与评分的专家人数为R；S1.3.2、R位专家均对筛选出的M种耐磨涂层材料进行评分，评分依据为四项性能，四项性能包括耐高温性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能、齿轮泵内壁材料结合强度性能，每项性能最高评分均为10分；记第i位专家对第j种涂层材料的耐高温性能评分为(T
i
)
j
；第i位专家对第j种涂层材料的耐磨损性能评分为(W
i
)
j
；第i位专家对第j种涂层材料的耐腐蚀性能评分为(C
i
)
j
；第i位专家对第j种涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能评分为(I
i
)
j
；S1.3.3、根据步骤S1.3.2中R位专家的评分，求得第j种涂层材料的四项性能的平均分，具体计算公式如下：具体计算公式如下：具体计算公式如下：具体计算公式如下：其中，i＝1,2，
…
，R；j＝1,2，
…
，N；AVERAGE(T
i
)
j
为第j种耐磨涂层材料的耐高温性能的平均分数；AVERAGE(W
i
)
j
为第j种耐磨涂层材料的耐磨损性能的平均分数；AVERAGE(C
i
)
j
为第j种涂层材料的耐腐蚀性能的平均分数；AVERAGE(I
i
)
j
为第j种涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的平均分数；S1.3.4、赋予四项性能的平均分分配系数Q
i
,求解N种耐磨涂层材料的综合总分，具体计算公式如下：G
j
＝Q1·
AVERAGE(T
i
)
j
+Q2·
AVERAGE(T
i
)
j
+Q3·
AVERAGE(T
i
)
j
+Q4·
AVERAGE(T
i
)
j
；其中，G
j
为第j种涂层材料的综合总分；Q1为耐磨涂层材料耐高温性能的分配系数；Q2为耐磨涂层材料耐磨损性能的分配系数；Q3为耐磨涂层材料耐腐蚀性能的分配系数；Q4为耐磨涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的分配系数；Q1+Q2+Q3+Q4＝1；S1.3.5、将步骤S1.3.4中得到的N种耐磨涂层材料的综合总分由高到低进行排序，并挑选综合总分靠前的M种耐磨涂层材料。
4.根据权利要求3所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S1.3.4中耐磨涂层材料的分配系数取值为，耐磨涂层材料耐高温性能的分配系数Q1取值为0.1；耐磨涂层材料耐磨损性能的分配系数Q2取值为0.4；耐磨涂层材料耐腐蚀性能的分配系数Q3取值为0.2；耐磨涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的分配系数Q4取值为0.3。5.根据权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S2中，M种耐磨涂层材料的材料参数均包括密度、泊松比、弹性模量、比热容、热膨胀系数、热传导率、塑性形变。6.根据权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：步骤S3中制备M*a*b种耐磨涂层，具体包括以下步骤：步骤S3.1、设置高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置处耐磨涂层的涂覆厚度范围：高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置分别为泵体内壁、内齿轮外侧、内齿轮齿面、外齿轮齿面、外齿轮的两侧端面、内齿轮的两侧端面、两个浮动侧板、月牙副板上靠近内齿轮一侧以及月牙主板上靠近外齿轮一侧；将泵体内壁所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、内齿轮齿面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、外齿轮齿面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、外齿轮的两侧端面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、内齿轮的两侧端面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、两个浮动侧板所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、月牙副板上靠近内齿轮一侧所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、月牙主板上靠近外齿轮一侧所需耐磨涂层的涂覆厚度范围均设置为[c,d]；步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜伟，卢昊，吴艳，许北练，周涛，朱真才，权江涛，王年，
申请(专利权)人：中国矿业大学圣邦集团有限公司，
类型：发明
国别省市：