一种基于环境和任务的装备发动机剩余寿命预测方法
本发明涉及发动机，尤其涉及一种基于环境和任务的装备发动机剩余寿命预测方法。
背景技术：
1、发动机是装备的“心脏”，其技术状况直接影响装备机动性能，使用寿命直接决定了装备的修理间隔期，同时在很大程度上制约着装备动用管控策略的制定，影响着日常训练与战备工作。
2、目前，依据装备消耗的摩托小时数，判定装备发动机剩余寿命。由于装备个体使用强度及环境不同，此方法粗泛不精确，不能有效评判装备发动机的实际使用寿命。简而言之，在装备实际使用中缺乏有效预测发动机寿命的科学方法。
技术实现思路
1、本发明提供一种基于环境和任务的装备发动机剩余寿命预测方法，旨在有效预测发动机剩余寿命。
2、本发明提供了一种基于环境和任务的装备发动机剩余寿命预测方法，所述方法包括：获取装备发动机执行每个任务的地域环境、任务模式和执行时间，其中，所述地域环境包括高原地区和平原地区，所述任务模式包括驾驶训练、通信训练、射击训练；根据所述装备发动机执行每个任务的地域环境、任务模式和执行时间，确定所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度；根据所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度，确定所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时，其中，1等量摩托小时指实车使用条件下发动机缸套磨损深度等于保险期台架试验条件下缸套磨损0.2μm时实车所消耗的摩托小时；利用所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时，对所述装置发动机的剩余寿命进行预测，得到所述装置发动机的剩余寿命。
3、优选地，所述根据所述装备发动机执行每个任务的地域环境、任务模式和执行时间，确定所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度包括：根据所述装备发动机执行每个任务的地域环境和任务模式，从基于地域环境与任务模式的运行工况谱中得到每个任务的地域环境及任务模式下47个任务工况中每种任务工况的分布比例；根据所述装备发动机执行每个任务的执行时间和在每个任务的地域环境及任务模式下47个任务工况中每种任务工况的分布比例，确定在不同地域环境下所述装备发动机在47个任务工况中每个任务工况的运行时间；根据不同地域环境下所述装备发动机在47个任务工况中每个任务工况的运行时间及平均磨损率，确定所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度。
4、优选地，通过以下步骤建立基于地域环境与任务模式的运行工况谱：针对某一地域环境及某一任务模式，统计在该地域环境及该任务模式下通过实车测试得到的包括发动机转速、油耗量及采样时刻的测试数据；根据该地域环境及该任务模式下通过实车测试得到的包括包括发动机转速、油耗量及采样时刻的测试数据，确定该地域环境及该任务模式下47个任务工况及每种任务工况的运行时间；根据该地域环境及该任务模式下47个任务工况及每种任务工况的运行时间，绘制表征该地域环境及该任务模式下47个任务工况分布比例的运行工况谱。
5、优选地，所述根据不同地域环境下所述装备发动机在47个任务工况中每个任务工况的运行时间及平均磨损率，确定所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度包括：针对每个地域环境，将所述装备发动机在47个任务工况中每个任务工况的运行时间及平均磨损率相乘，得到所述装备发动机在该地域环境每个任务工况下的缸套磨损深度。
6、优选地，在不同地域环境下47个任务工况中每个任务工况的平均磨损率是通过发动机缸套磨损模型确定的，其中，通过以下步骤构建发动机缸套磨损模型：基于发动机工作过程仿真模型，构建缸套-活塞环磨损热力学边界条件模型和缸套-活塞环磨损动力学边界条件模型，以分别得到缸套-活塞环磨损热力学边界条件和缸套-活塞环磨损动力学边界条件；基于所述缸套-活塞环磨损热力学边界条件和所述缸套-活塞环磨损动力学边界条件，构建发动机缸套磨损模型。
7、优选地，所述发动机缸套磨损模型由以下四个公式构成：
8、
9、
10、
11、c1＝c11+c12p+c13u+c14p2+c15u2+c16pu+c17p3+c18u3
12、c2＝c21+c22p+c23u+c24p2+c25u2+c26pu+c27p3+c28u3
13、d1＝d11+d12p+d13u+d14p2+d15u2+d16pu+d17p3+d18u3
14、d2＝d21+d22p+d23u+d24p2+d25u2+d26pu+d27p3+d28u3
15、d3＝d31+d32p+d33u+d34p2+d35u2+d36pu+d37p3+d38u3
16、其中：hw为综合粘着磨损和磨粒磨损的缸套磨损深度；kd为缸套-活塞环动载荷磨损系数；l为磨损距离；fw为考察点处微凸体载荷；hd为金属材料维氏硬度；f(t)为时间t内摩擦副之间往复摩擦次数；rq为缸套表面粗糙度；c1,c2,d1,d2,d3为摩擦学系统表征参数；u为摩擦副相对运动速度；p为微凸体接触压强；c11,c12,c13,c14,c15,c16,c17,c18,c21,c22,c23,c24,c25,c26,c27,c28,d11,d12,d13,d14,d15,d16,d17,d18,d21,d22,d23,d24,d25,d26,d27,d28,d31,d32,d33,d34,d35,d36,d37,d38为磨损系数。
17、优选地，所述根据所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度，确定所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时包括：针对某一地域环境，通过等量摩托小时计算模型确定该地域环境下所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时，所述等量摩托小时计算模型由以下公式构成：
18、
19、
20、其中，td为发动机累积消耗的等量摩托小时；β为实车使用过程中发动机使用寿命损耗修正系数；αi为任务工况i下发动机寿命损耗修正系数，i＝1,2,...z；z＝47，为发动机任务工况种类；tmi为任务工况i下发动机运行的摩托小时数；hwi是任务工况i下运行tmi时间累积的缸套磨损深度。
21、优选地，所述方法还包括：根据人员操作对发动机使用寿命损耗影响的修正系数β1、初始装配状况对发动机使用寿命损耗影响的修正系数β2、当前技术状况对发动机使用寿命损耗影响的修正系数β3和包括发动机润滑油品质、燃油质量、空气湿度以及空气沙尘含量的因素对发动机使用寿命损耗影响的修正系数β4，确定实车使用过程中发动机使用寿命损耗修正系数β。
22、优选地，所述方法还包括：构建47个任务工况的划分标准以确定47个任务工况，具体为：根据实车试验得到的包括发动机转速、油耗量及采样时刻的试验数据，确定发动机转速变化率、循环供油量和循环供油量变化率；根据发动机转速、发动机转速变化率、循环供油量和循环供油量变化率，将发动机工况拆分为47个任务工况，并得到所述47个任务工况的划分标准。
23、优选地，所述利用所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时，对所述装置发动机的剩余寿命进行预测，得到所述装置发动机的剩余寿命包括：将发动机统一使用寿命标准与所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时的差值作为所述装置发动机的剩余寿命。
24、本发明将装备发动机执行每个任务所处的地域环境和任务模式融入到确定缸套磨损深度及累积消耗的等量摩托小时的过程，得到的装备发动机累积消耗的等量摩托小时更准确，从而有效预测发动机剩余寿命。
技术特征：
1.一种基于环境和任务的装备发动机剩余寿命预测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述装备发动机执行每个任务的地域环境、任务模式和执行时间，确定所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下步骤建立基于地域环境与任务模式的运行工况谱：
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据不同地域环境下所述装备发动机在47个任务工况中每个任务工况的运行时间及平均磨损率，确定所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在不同地域环境下47个任务工况中每个任务工况的平均磨损率是通过发动机缸套磨损模型确定的，其中，通过以下步骤构建发动机缸套磨损模型：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发动机缸套磨损模型由以下公式构成：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度，确定所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
9.根据权利要求2-8任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：构建47个任务工况的划分标准以确定47个任务工况，具体为：
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时，对所述装置发动机的剩余寿命进行预测，得到所述装置发动机的剩余寿命包括：
技术总结
本发明公开一种基于环境和任务的装备发动机剩余寿命预测方法，涉及发动机，所述方法包括：获取装备发动机执行每个任务的地域环境、任务模式和执行时间；根据所述装备发动机执行每个任务的地域环境、任务模式和执行时间，确定所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度；根据所述装备发动机在不同地域环境下执行任务的缸套磨损深度，确定所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时；利用所述装置发动机累积消耗的等量摩托小时，对所述装置发动机的剩余寿命进行预测，得到所述装置发动机的剩余寿命。本发明将装备发动机执行每个任务所处的地域环境和任务模式融入缸套磨损量及等量摩托小时的确定过程，使得所确定的缸套磨损量及等量摩托小时更准确，从而有效预测发动机剩余寿命。
技术研发人员：乔新勇,张仕新,刘艳斌,徐玉国,宁智,吕明,王少衡,张少亮,李少锋,李庆强
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军装甲兵学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23