專利名稱：減速器應(yīng)變測(cè)試裝置及數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減速器的測(cè)試及數(shù)據(jù)處理，具體涉及直升飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 減速器的應(yīng)變測(cè)試裝置及數(shù)據(jù)處理方法。
技術(shù)背景直升飛機(jī)靠旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的升力進(jìn)行飛行，旋翼旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力由 發(fā)動(dòng)機(jī)提供，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)減速器傳到旋翼軸上,從而驅(qū)動(dòng)旋翼 旋轉(zhuǎn)，減速器是直升飛機(jī)的重要部件。減速器是由齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)組成， 它將發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速減速以滿足旋翼要求的轉(zhuǎn)速。在飛行中減速器會(huì)產(chǎn) 生損傷，隨著飛行時(shí)數(shù)的增加減速器各零件的損傷也在增加，使用 壽命逐漸減少。零部件損傷程度和剩余壽命，是由實(shí)驗(yàn)計(jì)算和使用經(jīng) 驗(yàn)積累獲得并在此基礎(chǔ)上編制維護(hù)資料，它規(guī)定了維護(hù)的時(shí)間間隔并 提供了減速器各零件的壽命值。雖然這些數(shù)據(jù)對(duì)保證直升飛機(jī)的飛行 起到了重要的作用，但是該資料無(wú)通用性。對(duì)于不同用途、不同型號(hào) 的直升飛機(jī)，隨著飛行時(shí)數(shù)的增加，各零部件的損傷程度也不同，僅 依靠維護(hù)資料來(lái)預(yù)估每次飛行后各個(gè)重要的零部件損傷程度及剩余 壽命，不能及時(shí)準(zhǔn)確地提供零部件損傷程度及剩余壽命。尤其是遇有 大載荷的特殊任務(wù)時(shí)，難于保障飛行的正常安全進(jìn)行。為保證飛行的 安全，提高直升飛機(jī)的出勤率和機(jī)動(dòng)性，對(duì)直升飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)減速器各 零部件的損傷程度及剩余壽命進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控是非常重要的，這就要有
一套測(cè)試裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，安裝方便，操作簡(jiǎn) 單，能實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)直升飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)減速器零部件損傷和壽命的減速 器應(yīng)變測(cè)試裝置及其數(shù)據(jù)處理方法。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)實(shí)現(xiàn)以上目的的。本發(fā)明的減速器應(yīng)變測(cè)試裝置，包括應(yīng)變片，應(yīng)變采集器，含 有峰谷處理器和雨流計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，損傷與壽命計(jì)算器，報(bào) 警蜂鳴器和顯示器并依次連接組成。減速器應(yīng)變測(cè)試數(shù)據(jù)處理方法，其所述方法的步驟如下(1) 、貼應(yīng)變片在被檢測(cè)的零部件上貼上應(yīng)變片，應(yīng)變采集器通過(guò)應(yīng)變片以一定的時(shí)間間隔連續(xù)獲得貼片部位的應(yīng)變大小或經(jīng)標(biāo)定后的載荷大小，并轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號(hào)，生成含各零部件載荷或應(yīng)變值的數(shù)據(jù)文件，輸入到 含峰谷處理器和雨流計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(2) 、峰-谷預(yù)處理以一定的時(shí)間間隔采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，將采集到的隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接成應(yīng)變-時(shí)間歷程曲線，去掉相鄰峰谷間的中間點(diǎn)，保留峰谷 占.八、、9(3) 、雨流計(jì)數(shù)將只保留峰-谷點(diǎn)的應(yīng)變-時(shí)間坐標(biāo)系連同歷程曲線順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90度，使時(shí)間坐標(biāo)朝下，應(yīng)變坐標(biāo)朝右，在新坐標(biāo)系下，以絕對(duì)值
最大點(diǎn)為分割點(diǎn)，將整個(gè)應(yīng)變-時(shí)間歷程曲線分為上下兩段，將上下 兩段互換位置，這些應(yīng)變值依次從每個(gè)峰或谷的內(nèi)側(cè)向下落，形成雨 流，當(dāng)下落的應(yīng)變值遇到來(lái)自上層落下的應(yīng)變值時(shí)，即行停止，既完成了一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)；根據(jù)壽命計(jì)算公式獲得零件的壽命值;式中S為交變應(yīng)力幅值 ^為疲勞極限H, A， B， C為S^"N曲線的形狀參數(shù) N為與S值相對(duì)應(yīng)的破壞循環(huán)數(shù)，即壽命值 (4)、損傷計(jì)算杼據(jù)公式 A=lTV,式中D/為第/次損傷值，N/為第/次壽命值，下標(biāo)/表示第/次飛行；(5)、損傷累積計(jì)算 根據(jù)公式^ =五/),式中D為損傷累積值當(dāng)"=1時(shí)，剩余壽命減少到零，零件到壽，更換或修復(fù)。本發(fā)明的減速器應(yīng)變測(cè)試裝置及數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)點(diǎn)是監(jiān)測(cè) 裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量少，數(shù)據(jù)處理速度快，精度高， 自動(dòng)批處理和顯示數(shù)據(jù)采集、處理進(jìn)程和結(jié)果，操作簡(jiǎn)單，直接安裝 到飛機(jī)上，由飛行員在飛行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警。


圖1是本發(fā)明的減速器應(yīng)變測(cè)試裝置流程圖 圖2應(yīng)變隨時(shí)間變化時(shí)間歷程3峰-谷預(yù)處理后應(yīng)變隨時(shí)間變化歷程圖 圖4應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)變化中1、應(yīng)變采集器，2、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，3、峰谷處理器，4、 雨流計(jì)數(shù)器，5、損傷與壽命計(jì)算器，6、顯示器，7、應(yīng)變片，8、報(bào) 警蜂鳴器。
具體實(shí)施方式
由圖1可見(jiàn)，本發(fā)明的減速器應(yīng)變測(cè)試裝置由應(yīng)變采集器l，數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)2，損傷與壽命計(jì)算器5，顯示器6，應(yīng)變片7，報(bào)警蜂鳴 器8連接組成。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2內(nèi)含有峰谷處理器3和雨流計(jì)數(shù)器4。 減速器應(yīng)變測(cè)試數(shù)據(jù)處理方法，其所述方法的步驟如下(1) 、貼應(yīng)變片應(yīng)變片7貼在被檢測(cè)減速器的零件上，應(yīng)變采集器1通過(guò)應(yīng)變 片7以一定的時(shí)間間隔(如每過(guò)0.001秒將測(cè)到的值保存起來(lái)，1秒 鐘內(nèi)將有1000個(gè)按時(shí)間順序排列的測(cè)試的數(shù)據(jù))連續(xù)獲得貼片部位 的應(yīng)變大小或經(jīng)標(biāo)定后的載荷大小，并轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號(hào)，生成含各零 部件載荷或應(yīng)變值的數(shù)據(jù)文件，應(yīng)變隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程圖(如圖 2所示)，輸入到含峰谷處理器3和雨流計(jì)數(shù)器4的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2;(2) 、峰-谷預(yù)處理以一定的時(shí)間間隔(如每過(guò)0.001秒將測(cè)到的值保存起來(lái)，l秒 鐘內(nèi)將有iooo個(gè)按時(shí)間順序排列的測(cè)試的數(shù)據(jù))采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，將采集到的隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接成應(yīng)變-時(shí)間歷程曲線，峰谷處理器3將應(yīng)變隨時(shí)間變化時(shí)間歷程圖(如圖2所示)去掉相鄰峰谷間的 中間點(diǎn)，保留峰谷點(diǎn)，得到應(yīng)變隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程圖(如圖3所 示)；(3)、雨流計(jì)數(shù)雨流計(jì)數(shù)器4將只保留峰-谷點(diǎn)的應(yīng)變-時(shí)間歷程圖(如圖3所示)坐標(biāo)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，使時(shí)間坐標(biāo)朝下，應(yīng)變坐標(biāo)朝右，在新坐標(biāo)系下，以絕對(duì)值最大點(diǎn)為分割點(diǎn)，將整個(gè)應(yīng)變-時(shí)間歷程曲線分為上下兩段，將上下兩段互換位置，此時(shí)起點(diǎn)和終點(diǎn)的值相等，且具有最大的絕對(duì)值(如圖4所示)，這些具有最大的絕對(duì)值的應(yīng)變值依次從每個(gè)峰或谷的內(nèi)側(cè)向下落，形成雨流，當(dāng)下落的應(yīng)變值遇到來(lái)自上層落下的應(yīng)變值時(shí)，即行停止，既完成了一個(gè)峰谷循環(huán)的雨流計(jì)數(shù)處理，如此反復(fù)直至完成所有的循環(huán)計(jì)數(shù)，并獲得各循環(huán)的幅值；根據(jù)壽命計(jì)算公式<formula>formula see original document page 8</formula>式中S為交變應(yīng)力幅值，其值為-306——475 ^為疲勞極限，其值為319.8H， A, B， C為S~"N曲線的形狀參數(shù)，與材料、工藝、受力形式、平均應(yīng)力、應(yīng)力集中、微動(dòng)磨損等因素有關(guān)，由試驗(yàn)確定 H為l.O， A為29. 84， B為0.3316， C為12. 0N為與S值相對(duì)應(yīng)的破壞循環(huán)數(shù)，即零件的壽命值
(4)、損傷計(jì)算 根據(jù)公式<formula>formula see original document page 9</formula>式中Df為第/次損傷值，N/為第/次壽命值，下標(biāo)/表示第/次飛行；(5)、損傷累積計(jì)算 損傷累積計(jì)算式式中D損傷累積值 當(dāng)D大于等于0.99時(shí)，報(bào)警蜂鳴器8自動(dòng)報(bào)警，并在飛行時(shí)可在 顯示器6實(shí)時(shí)監(jiān)控，提示飛行員減速器的零件損傷嚴(yán)重，已達(dá)到壽命 極限，立即停飛進(jìn)行維護(hù)檢査。
權(quán)利要求
1、一種減速器應(yīng)變測(cè)試裝置，其特征在于包括有應(yīng)變采集器(1)，含有峰谷處理器(3)和雨流計(jì)數(shù)器(4)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(2)，損傷與壽命計(jì)算器(5)，顯示器(6)，應(yīng)變片(7)和報(bào)警蜂鳴器(8)連接組成。
2、 一種減速器應(yīng)變測(cè)試數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述方法的步驟如下(一) 、貼應(yīng)變片在被檢測(cè)的零部件上貼上應(yīng)變片(7)，應(yīng)變采集器通過(guò)應(yīng)變片以一定的時(shí)間間隔連續(xù)獲得貼片部位的應(yīng)變大小或經(jīng)標(biāo)定后的載荷大 小，并轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號(hào)，生成含各零部件載荷或應(yīng)變值的數(shù)據(jù)文件，輸入到含峰谷處理器(3)和雨流計(jì)數(shù)器(4)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(2);(二) 、峰-谷預(yù)處理以 一定的時(shí)間間隔采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，將采集到的隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù) 點(diǎn)連接成應(yīng)變-時(shí)間歷程曲線，去掉相鄰峰谷間的中間點(diǎn)，保留峰谷點(diǎn)；(三) 、雨流計(jì)數(shù)將只保留峰-谷點(diǎn)的應(yīng)變-時(shí)間坐標(biāo)系連同歷程曲線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，使時(shí)間坐標(biāo)朝下，應(yīng)變坐標(biāo)朝右，在新坐標(biāo)系下，以絕對(duì)值 最大點(diǎn)為分割點(diǎn)，將整個(gè)應(yīng)變-時(shí)間歷程曲線分為上下兩段，將上下 兩段互換位置，這些應(yīng)變值依次從每個(gè)峰或谷的內(nèi)側(cè)向下落，形成雨 流，當(dāng)下落的應(yīng)變值遇到來(lái)自上層落下的應(yīng)變值時(shí)，即行停止，既完成了一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)；根據(jù)壽命計(jì)算公式獲得零件的壽命值式中S為交變應(yīng)力幅值 ^為疲勞極限H， A， B， C為S-N曲線的形狀參數(shù)， N為與S值相對(duì)應(yīng)的破壞循環(huán)數(shù)，即壽命值(四) 、損傷計(jì)算根據(jù)公式<formula>formula see original document page 3</formula>式中D,'為第/次損傷值，N!'為第/次壽命值，下標(biāo);表示第,飛行；(五) 、損傷累積計(jì)算 根據(jù)公式=<formula>formula see original document page 3</formula>式中D為損傷累積值 當(dāng)1> = 1時(shí)，剩余壽命減少到零，零件到壽，更換或修復(fù)。
全文摘要
本發(fā)明減速器應(yīng)變測(cè)試裝置及數(shù)據(jù)處理方法，由應(yīng)變片、應(yīng)變采集器、含有峰谷處理器和雨流計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、損傷及剩余壽命計(jì)算器、報(bào)警蜂鳴器和顯示器依次連接組成。其數(shù)據(jù)處理方法為貼應(yīng)變片——峰-谷預(yù)處理——雨流計(jì)數(shù)——損傷計(jì)算——損傷累積計(jì)算。本發(fā)明的減速器應(yīng)變測(cè)試裝置及數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)點(diǎn)是監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量少，數(shù)據(jù)處理速度快，精度高，自動(dòng)批處理和顯示數(shù)據(jù)采集、處理進(jìn)程和結(jié)果，操作簡(jiǎn)單，直接安裝到飛機(jī)上，由飛行員在飛行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警。
文檔編號(hào)G01B7/16GK101158570SQ20071003615
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者向金明, 吳春來(lái), 華 徐, 蔡顯新, 龍海躍, 龔立峰 申請(qǐng)人:中國(guó)航空動(dòng)力機(jī)械研究所