● 摘要
液压系统关键元部件的性能退化和失效是影响伺服机构工作寿命的关键因素，液压系统的高可靠性和长寿命对航空航天的诸多产品有着巨大作用。一般情况下，产品寿命试验是获得产品寿命的重要手段，但对液压系统关键元部件来说，其寿命一般比较长，采用常规寿命试验的方法往往需要耗费很长的试验时间和大量的试验费用，甚至所需要的试验时间远远大于研制周期，几乎不可能在投入使用前完成寿命评估与验证。因此液压系统关键元部件的加速寿命试验逐渐受到研究者的重视。
加速寿命试验是在不改变产品失效机理的前提下，通过加强产品的环境应力或工作应力，加快产品故障、缩短试验时间，从而在较短的时间预测出产品在正常应力作用下寿命特征的方法。液压系统由于故障模式繁多、故障机理复杂、应力耦合严重和承受变应力载荷谱，存在着多种失效机理，通过分析失效机理确定加速应力的过程也相对困难。此外，液压系统还有一个重要的特点：样本量小、有些样本很难做到故障，这一特点使得加速寿命试验的参数估计难以实现。加速寿命试验的另一个关键是加速寿命试验载荷谱，加速寿命试验载荷谱是实现加速寿命试验的指导，目前，液压泵的加速寿命载荷谱设计方法虽然存在，并且在工程上有一定应用，但是缺乏理论依据，没有完整的液压系统加速寿命试验载荷谱的设计方法理论。本论文针对以上问题，选择液压系统关键元部件——液压泵、电磁换向阀和作动筒作为研究对象，首先通过宏观和微观故障物理和化学分析深入探讨其故障机理，研究产品故障发展规律，确定关键失效机理，同时选定加速应力。本论文从以下几个方面展开研究工作。
加速模型利用加速寿命试验结果来估计产品在任意工作条件下的可靠性指标，是加速寿命试验理论研究和工程应用中的重要内容。液压泵、电磁换向阀和作动筒都属于机械产品，目前还没有专门针对它们的基于失效物理的加速模型。本论文针对液压泵、电磁换向阀和作动筒的结构和实际工况，分别建立了符合自身特点的加速模型。其中液压泵由于其结构复杂，造成其失效的部位有多个，且相互之间存在影响。文本采用Copula函数描述液压泵失效子部件之间的相关性，以比例风险效应描述应力水平对可靠度函数的影响。将两者结合起来，建立了基于Copula函数的液压泵相关性加速模型。因为该模型中参数数量较大，样本量较少。本论文提出了基于极大似然估计和遗传算法的参数估计方法来进行参数估计。对于电磁换向阀和作动筒，两者的失效机理相对简单，相关性影响较小，本论文采用常规的物理失效加速模型结合威布尔分布，建立两者的加速模型。
加速寿命试验载荷谱对加速寿命试验有指导性意义。加速寿命试验载荷谱的目的是在较短时间内实现常规载荷谱达到的损伤效果。液压系统的失效的主要原因是摩擦磨损，本论文针对摩擦磨损的失效机理，从常规实测谱出发，利用雨流法、波动中心理论对常规实测谱进行整理变换。运用能量磨损理论，实现摩擦磨损的折算，通过提高载荷幅值而缩短达到失效的时间，实现了基于摩擦磨损的加速寿命试验的载荷谱设计。
实现液压系统关键元部件加速寿命试验的物理实验台，完成了液压系统油液流动的完整回路。在试验台上布置了多路传感器，用于检测液压泵、电磁换向阀和作动筒在加速寿命试验过程中的状态，判断关键元部件的失效。设计并完成了信号调理箱，主要的功能是实现对传感器采集信号的转换并传输给上位机，对上位机控制信号的调理，传给下位机。完成上位机控制、显示软件的设计，控制上实现的主要功能是控制液压泵转速、控制电磁换向阀换向；显示上实现的主要功能是把下位机采集的压力、流量、位移信号通过曲线的形式表现出来，并存储数据。