CN115681121B - 一种集成化智能液压泵及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成化智能液压泵及其控制方法。包括：泵体、泵壳、传动轴、柱塞、斜盘、分油盖、温压传感器、振动传感器、检测控制装置和无线传输装置；分油盖包括出油口和回油口；传动轴设于泵体内，泵壳设于泵体外部，分油盖包括两个垂直设置的内嵌式矩形槽，检测控制装置和无线传输装置设于矩形槽中；振动传感器一个用于采集传动轴轴向方向的液压泵振动参数，另一个用于采集传动轴径向方向的液压泵振动参数；温压传感器一个设于出油口，用于采集出油口的温度参数和压力参数，另一个设于回油口，用于采集回油口的温度参数和压力参数。解决了无法实时监测获取液压泵工作状态问题。

Description

一种集成化智能液压泵及其控制方法

技术领域

本发明涉及航空技术领域，具体而言，涉及一种集成化智能液压泵及其控制方法，特别涉及一种集成化航空智能液压泵及其控制方法。

背景技术

液压泵是飞机液压系统的关键部件，用来向系统提供具有一定压力和流量的油液，把机械能转化为液压能，是飞机在起飞、飞行操纵、着陆过程中的关键核心部件，其可靠性和安全性对飞机安全举足轻重，液压主泵内部均为精密零部件，结构紧凑，功率密度大，且工作时为高压高速运转部件，工作条件严酷，为故障率较高、可靠性较低的一类产品。其工作状态直接影响到航空发动机的性能，准确地监控液压系统核心附件的工作状态是提升飞机液压系统的安全可靠性进而提升飞行任务可靠性的重要基础；相关的应用于航空领域的液压泵缺乏传感器布置，同时也不具备运行数据采集、存储与分析功能，这导致当前航空液压泵的状态无法分析与诊断，难以支撑液压系统与飞机的运行决策，难以保证飞机的安全性和任务可靠性，同时液压泵缺少的运行数据难以支撑精确的故障诊断隔离，造成不必要的拆卸和测试，增加了维修工作时间和维修工作量，增多了飞机的保障规模，目前机上计算资源和空间均有限，给航空液压系统的数据获取、分析增加了困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的不足，为解决无法实时监测获取液压泵工作状态的问题，本发明提供了一种集成化智能液压泵及其控制方法。

第一方面，本发明提供了一种集成化智能液压泵，包括：所述集成化智能液压泵包括：泵体、泵壳、传动轴、柱塞、斜盘、分油盖、温压传感器、振动传感器、检测控制装置和无线传输装置；所述分油盖包括出油口和回油口；所述传动轴设于所述泵体内，用于带动所述斜盘转动，进而带动所述柱塞在所述泵体内做往复运动，所述泵壳设于所述泵体外部，所述分油盖包括两个垂直设置的内嵌式矩形槽，所述检测控制装置和无线传输装置设于所述矩形槽中；所述振动传感器设有两个，其中，一个振动传感器用于采集所述传动轴轴向方向的液压泵振动参数，另一个振动传感器用于采集所述传动轴径向方向的液压泵振动参数；所述温压传感器设有两个，其中，一个温压传感器设于所述出油口，用于采集出油口的温度参数和压力参数，另一个所述温压传感器设于所述回油口，用于采集所述回油口的温度参数和压力参数。

在一些实施例中，所述振动传感器和所述温压传感器通过传输线连接所述检测控制装置，所述传输线通过固定胶或固定蜡固定于所述壳体。

在一些实施例中，所述检测控制装置包括电源接口和电源模块，飞机的电源系统通过电源接口对所述检测控制装置进行供电，所述检测控制装置通过电源模块对所述无线传输装置、温压传感器、振动传感器进行供电。

在一些实施例中，所述检测控制装置和所述无传输装置之间通过USB传输进行电源传输和数据传输。

在一些实施例中，所述振动传感器采集频率为0-50000Hz。

在一些实施例中，所述温压传感器采集频率为0-1000Hz。

在一些实施例中，所述振动传感器通过以下方式确定安装位置：建立所述集成化智能液压泵模型，对所述模型进行模态分析，确定振动源点，所述振动源点确定为所述振动传感器安装位置。

在一些实施例中，所述检测控制装置对采集的所述液压泵振动参数进行预处理，所述预处理包括：均值检查、非空检查、正负比例检查，上下限检查、均方根范围检查、相邻点同值检查和异值点比例检查。

在一些实施例中，所述无线传输装置与机载控制终端或地面维护终端进行无线通讯。

第二方面，本发明还提供了一种如第一方面所述集成化智能液压泵的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：S1，所述集成化智能液压泵工作后，飞机的电源系统通过电源接口对所述检测控制装置进行供电；S2，所述检测控制装置通过电源模块对所述无线传输装置、温压传感器、振动传感器进行供电；S3，所述振动传感器将采集的振动参数和/或所述温压传感器将采集的温度参数、压力参数传输至所述检测控制装置；S4，所述检测控制装置对采集的振动参数和/或温度参数、压力参数进行预处理；S5，所述检测控制装置对预处理后的参数进行实时分析和实时储存；S6，所述无线传输装置将分析后的结果传输至机载控制终端或地面维护终端。

本发明提供的技术方案具有以下有益效果：本发明通过传感器的合理布置，可以精确获得液压泵的振动数据、温度数据和压力数据，通过将检测控制装置与无线传输装置以互相垂直方向设于液压泵分油盖的安装槽中，为液压泵提供数据采集、存储与处理功能，可以保证在不影响液压泵正常工作的前提下，一方面增加液压泵的运行数据采集功能，可以为液压系统的维修决策提供液压泵的信息支撑，使得液压泵可以进行“自我诊断”，而不占用机上资源，同时，检测控制装置可以实时存储传感器原始采集数据和经过分析处理后的数据，为地面视情维修提供有力支撑；另一方面本发明通过对采集的数据进行预处理，有效保障数据的质量，并且本发明可以通过无线传输装置与飞机端和地面端均能进行无线传输；消除了不必要的大量繁琐的拆卸和测试，极大地缩短了维修工作时间，减少了维修工作量，缩小了飞机的保障队伍规模。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1示出了本发明一种集成化智能液压泵正视剖视结构示意图；

图2示出了本发明一种集成化智能液压泵俯视结构示意图；

图3示出了本发明一种集成化智能液压泵控制方法流程示意图。

具体实施方式

现在将参照若干示例性实施例来论述本公开的内容。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开的内容，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。

如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。

目前飞机机电部件仍以机械结构为主，缺乏状态自主监测、诊断等能力，传统的维修方式都是采用事后或定期维修的方式，需要经历停机后繁琐的拆装过程，再进行人工排查检修，工作效率低下且复杂，缺乏对飞机机电部件全面、准确的实时状态监测和故障诊断功能，未实现对飞机机电系统的安全和性能的实时预测评估，造成后勤保障困难，难以满足视情维护需求。

液压泵是飞机液压系统的关键部件，用来向系统提供具有一定压力和流量的油液，把机械能转化为液压能，是飞机在起飞、飞行操纵、着陆过程中的关键核心部件，其可靠性和安全性对飞机安全举足轻重，液压主泵内部均为精密零部件，结构紧凑，功率密度大，且工作时为高压高速运转部件，工作条件严酷，为故障率较高、可靠性较低的一类产品。其工作状态直接影响到航空发动机的性能，准确地监控液压系统核心附件的工作状态是提升飞机液压系统的安全可靠性进而提升飞行任务可靠性的重要基础；相关的应用于航空领域的液压泵缺乏传感器布置，同时也不具备运行数据采集、存储与分析功能，这导致当前航空液压泵的状态无法分析与诊断，难以支撑液压系统与飞机的运行决策，难以保证飞机的安全性和任务可靠性，同时液压泵缺少的运行数据难以支撑精确的故障诊断隔离，造成不必要的拆卸和测试，增加了维修工作时间和维修工作量，增多了飞机的保障规模，目前机上计算资源和空间均有限，给航空液压系统的数据获取、分析增加了困难。

为解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种集成化智能液压泵，如图1-图2所示，集成化智能液压泵可以包括：泵体2、泵壳1、传动轴10、柱塞12、斜盘11、分油盖5、温压传感器4,6、振动传感器8,9、检测控制装置3和无线传输装置7；分油盖5包括出油口和回油口；传动轴10设于泵体2内，用于带动斜盘11转动，进而带动柱塞12在泵体2内做往复运动，泵壳1设于泵体2外部，分油盖5包括两个垂直设置的内嵌式矩形槽，检测控制装置3和无线传输装置7设于矩形槽中；振动传感器8,9设有两个，其中，一个振动传感器8用于采集传动轴10轴向方向的液压泵振动参数，另一个振动传感器9用于采集传动轴10径向方向的液压泵振动参数；温压传感器4,6设有两个，其中，一个温压传感器4设于出油口，用于采集出油口的温度参数和压力参数，另一个温压传感器6设于回油口，用于采集回油口的温度参数和压力参数。在本实施例中，液压泵在工作时，传动轴10带动斜盘11做圆周运动，柱塞12在柱塞缸孔中做往复运动，因此柱塞12的运动分为两部分，牵连运动为柱塞缸的旋转，相对运动为柱塞12相对于缸孔的往复运动。在柱塞缸旋转过程中柱塞12实现柱塞腔容积周期性的变化。斜盘11倾角由变量机构控制，改变斜盘11倾角可以改变柱塞12的往复行程，进而改变泵的出油流量。液压泵中油液的温度和压力、以及液压泵自身工作时产生的振动均对液压泵自身结构产生影响，通过设置温压传感器4,6和振动传感器8,9可以实时获得对液压泵产生较大影响的主要数据，为实时获得液压泵的工作状态提供支持；检测控制装置3获得传感器采集液压泵在运行过程中的温度、压力和振动数据，将数据保存，同时将采集的数据进行初步分析；保存的数据可以通过无线传输装置7进行数据传输。

在本实施例中，检测控制装置3可以通过无线传输装置7与地面维修终端进行无线通信连接，地面维修终端可以获取机载端液压泵的运行数据，通过地面维修终端对获取数据全面的分析和处理，完成对机载液压泵的故障诊断与定位，还可以进一步利用基于历史数据搭建的性能退化趋势预测模型，对运行数据的退化趋势进行预测获取剩余寿命并支撑检修决策。

在本实施例中，检测控制装置3和无线传输装置7以相互垂直形式内嵌设于分油盖5中，液压泵外部主要为弧面，且空间有限，通过相互垂直的形式减小了占用面积，同时分油盖的厚度也可以满足检测控制装置3和无线传输装置7的高度要求，同时，将检测控制装置3和无线传输装置7设于分油盖上，不影响液压泵的正常工作，使其更稳定地工作。

在一些实施例中，液压泵通过3D打印的方式将其内嵌式结构打印出来，与其余部分形成一体化结构，增加液压泵强度。

在一些实施例中，无线传输装置7采用5G传输装置，5G传输可以更好地满足传输时延、带宽等要求。

在一些实施例中，振动传感器8,9和温压传感器4,6通过传输线连接检测控制装置3，传输线通过固定胶或固定蜡固定于壳体。检测控制装置3可通过传输线与传感器进行电源和数据的传输，并且，由于液压泵在工作过程中会产生剧烈振动，传输线容易发生断裂，采用固定胶或者固定蜡进行固定可以避免传输线断裂，减少故障的发生，保证检测控制装置3数据采集连续性。

在一些实施例中，检测控制装置3包括电源接口和电源模块，飞机的电源系统通过电源接口对检测控制装置3进行供电，检测控制装置3通过电源模块对无线传输装置7、温压传感器4,6、振动传感器8,9进行供电。在本实施例中，无线传输装置7、温压传感器4,6、振动传感器8,9所需电源的电压均不同，飞机供电电压为28V直流电，飞机上的电源供给检测控制装置3后，电源模块会将其电压转换成不同结构所需的电压，保证各结构能正常工作。

在一些实施例中，检测控制装置3和无传输装置之间通过USB传输进行电源传输和数据传输。

在一些实施例中，振动传感器8,9采集频率为0-50000Hz。振动信号属于高频信号，提高采集频率可以获得更精确的数据。

在一些实施例中，温压传感器4,6采集频率为0-1000Hz。

在一些实施例中，振动传感器8,9通过以下方式确定安装位置：建立集成化智能液压泵模型，对模型进行模态分析，确定振动源点，振动源点确定为振动传感器8,9安装位置。在本实施例中，在液压泵工作时，其结构上个组成部分的振动强度不同，通过建立液压泵仿真模型，并对其进行模态分析可以确定能最准确反映液压泵振动强度的振动源点，将振动传感器8,9设置该振动源点可以保证数据的真实性。

在一些实施例中，检测控制装置3对采集的液压泵振动参数进行预处理，预处理包括：均值检查、非空检查、正负比例检查，上下限检查、均方根范围检查、相邻点同值检查和异值点比例检查。在本实施例中，均值检查用于检查采集样本的平均值与标准样本的平均值之间是否有显著的差异，从而剔除有显著差异的样本，非空检查用于检查采集样本中是否有大量的空值信号，从而剔除有大量空值的样本，正负比例检查用于检查采集样本中振动信号的正值与负值的比例，从而剔除丢失大量正值或大量负值的样本，上下限检查用于检查采集样本中是否有大量的超过传感器量程的上下限，从而剔除超量程的样本，相邻点同值检查用于检查采集样本中是否有大量的相邻点的数值一致，从而剔除异常的样本，异值点比例检查用于检查采集样本中是否有大量的异常数值，从而剔除异常的样本，检测控制装置3通过温压传感器4,6与振动采集液压泵中液压的温度与压力、液压泵的轴向和径向振动信号，同时，检测控制装置3将采集的信号通过信号预处理：均值检查、非空检查、正负比例检查，上下限检查、均方根范围检查、相邻点同值检查、异值点比例检查等，对采集的样本数据进行清洗，剔除异常数据点，提升数据的质量。在本实施例中，液压泵运行中的振动包括其自身产生的振动，飞机其他设备工作时产生的振动，以及飞机飞行中，外界大气环境对飞机产生的振动，通过数据的预处理可以将干扰振动的数据进行剔除，保证振动数据的真实准确。在一些实施例中，无线传输装置7与机载控制终端或地面维护终端进行无线通讯。

在一些实施例中，检测控制装置3对采集的温度数据和压力数据进行时域分析，时域分析包括：峰值分析、均值分析和均方根值分析；检测控制装置3对采集的振动数据进行时域分析、频域分析和时频域分析，时域分析包括：峭度分析、峰值分析、均值分析和均方根值分析；频域分析包括：频谱分析、倒频谱分析和包络谱分析；时频域分析包括：短时傅里叶变换、小波变换和经验模态分解。在本实施例中，对于压力、温度等低频信号而言，一般可以采用时域分析方法进行参数统计，时域诊断方法的最大特点是能直观的判断有无故障，但如信号的频率构成、幅值和频率变化情况等，是无法通过观察故障振动信号的时域波形获取的，故难以判断出故障的类型，因此，对振动类高频信号需要关注其频率成分变化，频域分析则是以傅里叶分析为基础，频谱分析通常能够提供比时域波形更加直观的特征信息，用于观察其基频、倍频以及噪声频带。由于机电产品采集到的振动一般为非线性非平稳信号，直接频谱分析导致谱模糊现象，其故障特征在频谱中无法直接识别，从而使得传统的故障诊断方法不再适用。因此对振动高频信号除了采用时域分析、频域分析方法之外，还需要采用时频分析等技术方法。时频域特征兼具时域特征的直观性和良好的时频聚集性，能够同时反映信号的时域和频域特性。常用的时频域分析方法主要有短时傅里叶变换、小波变换、经验模态分解等。可以实现非平稳信号的隐藏特征提取。

在一些实施例中，无线传输装置7与机载控制终端或地面维护终端进行无线通讯。在本实施例中，飞机机上端和地面端的计算资源存在差异，检测控制装置3将传感器采集的数据进行处理分析后，可以将处理结果发送至机载控制终端，共机上人员进行状态判断，飞机进入地面端后，可通过无线传输装置7将传感器采集的原始数据或检测控制装置3处理分析后的数据无线传输至地面维护终端，进行更全面的故障诊断以及寿命预测。

基于同一公开构思，本发明还公开了一种集成化智能液压泵的控制方法，如图3所示，控制方法包括以下步骤：S1，集成化智能液压泵工作后，飞机的电源系统通过电源接口对检测控制装置3进行供电；S2，检测控制装置3通过电源模块对无线传输装置7、温压传感器4,6、振动传感器8,9进行供电；S3，振动传感器8,9将采集的振动参数和/或温压传感器4,6将采集的温度参数、压力参数传输至检测控制装置3；S4，检测控制装置3对采集的振动参数和/或温度参数、压力参数进行预处理；S5，检测控制装置3对预处理后的参数进行实时分析和实时储存；S6，无线传输装置7将分析后的结果传输至机载控制终端或地面维护终端。本实施例中，集成化智能液压泵可通过传感器实时采集其运行过程中的状态数据，传感器将采集的数据实时传输至检测控制装置3，检测控制装置3可将该原始传感器数据存储，也可以对该原始传感器数据进行处理、计算分析，实现对液压泵状态的实时监测，得到液压泵的工作状态，检测控制装置3可将液压泵的工作状态实时发送至机上控制终端，机上人员可根据该实时工作状态进行相应操作，同时当飞机处于地面端时，地面人员可进一步通过无线传输装置7将检测控制装置3中存储的数据下载至地面分析设备，进行更全面的分析。

可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。

进一步可以理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

进一步可以理解的是，除非有特殊说明，“连接”包括两者之间不存在其他构件的直接连接，也包括两者之间存在其他元件的间接连接。

进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种集成化智能液压泵，其特征在于，所述集成化智能液压泵包括：泵体、泵壳、传动轴、柱塞、斜盘、分油盖、温压传感器、振动传感器、检测控制装置和无线传输装置；所述分油盖包括出油口和回油口；所述传动轴设于所述泵体内，用于带动所述斜盘转动，进而带动所述柱塞在所述泵体内做往复运动，所述泵壳设于所述泵体外部，所述分油盖包括两个垂直设置的内嵌式矩形槽，所述检测控制装置和无线传输装置分别设于其中一个矩形槽中；所述振动传感器设有两个，其中，一个振动传感器用于采集所述传动轴轴向方向的液压泵振动参数，另一个振动传感器用于采集所述传动轴径向方向的液压泵振动参数；所述温压传感器设有两个，其中，一个温压传感器设于所述出油口，用于采集出油口的温度参数和压力参数，另一个所述温压传感器设于所述回油口，用于采集所述回油口的温度参数和压力参数，所述检测控制装置包括电源接口和电源模块，检测控制装置将原始传感器数据存储或对原始传感器数据进行处理、计算分析，实现对液压泵状态的实时监测，得到液压泵的工作状态，检测控制装置将液压泵的工作状态实时发送至机上控制终端，机上人员根据该实时工作状态进行相应操作，当飞机处于地面端时，地面人员进一步通过无线传输装置将检测控制装置中存储的数据下载至地面分析设备，进行更全面的分析；所述集成化智能液压泵包括以下控制步骤：S1，所述集成化智能液压泵工作后，飞机的电源系统通过电源接口对所述检测控制装置进行供电；S2，所述检测控制装置通过电源模块对所述无线传输装置、温压传感器、振动传感器进行供电；S3，所述振动传感器将采集的振动参数和/或所述温压传感器将采集的温度参数、压力参数传输至所述检测控制装置；S4，所述检测控制装置对采集的振动参数和/或温度参数、压力参数进行预处理；S5，所述检测控制装置对预处理后的参数进行实时分析和实时储存；S6，所述无线传输装置将分析后的结果传输至机载控制终端或地面维护终端。

2.根据权利要求1所述的一种集成化智能液压泵，其特征在于，所述振动传感器和所述温压传感器通过传输线连接所述检测控制装置，所述传输线通过固定胶或固定蜡固定于所述泵壳。

3.根据权利要求1所述的一种集成化智能液压泵，其特征在于，所述检测控制装置和所述无线传输装置之间通过USB传输进行电源传输和数据传输。

4.根据权利要求1所述的一种集成化智能液压泵，其特征在于，所述振动传感器采集频率为0-50000Hz。

5.根据权利要求1所述的一种集成化智能液压泵，其特征在于，所述温压传感器采集频率为0-1000Hz。

6.根据权利要求1所述的一种集成化智能液压泵，其特征在于，所述振动传感器通过以下方式确定安装位置：建立所述集成化智能液压泵模型，对所述模型进行模态分析，确定振动源点，所述振动源点确定为所述振动传感器安装位置。

7.根据权利要求1所述的一种集成化智能液压泵，其特征在于，所述检测控制装置对采集的所述液压泵振动参数进行预处理，所述预处理包括：均值检查、非空检查、正负比例检查，上下限检查、均方根范围检查、相邻点同值检查和异值点比例检查。

8.根据权利要求1所述的一种集成化智能液压泵，其特征在于，所述无线传输装置与机载控制终端或地面维护终端进行无线通讯。