直动式溢流阀的压力波动可靠性灵敏度分析

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.12.009

摘要/Abstract

摘要：

液压设备服役环境复杂，常面临强振动、冲击等极端条件，这些因素与结构相关不确定性参数耦合极易引起溢流阀调定压力波动从而造成设备工作异常.考虑环境振动及不确定性因素的影响，提出了一种直动式溢流阀压力波动失效的可靠性分析模型.通过建立振动环境下溢流阀的动力学模型实现溢流阀动态特性分析，并以其调定压力波动偏差是否超过标准规定值为判别条件，建立溢流阀压力波动失效的极限状态方程；进一步地使用Kriging模型进行可靠性灵敏度分析以获取各参数对压力波动失效现象的贡献程度.结果表明：振动频率对可靠性的影响最为显著，阀芯质量和振动幅度次之，受控腔容积和敏感腔容积影响最小.研究结果可为振动环境下溢流阀发生压力波动失效行为的调控提供理论参考.

关键词: 溢流阀, 振动, 压力波动, Kriging模型, 可靠性灵敏度

Abstract:

Hydraulic equipment commonly is operated under complex conditions， characterized by adverse factors such as intense vibration and impact. These factors， combined with the uncertainty of structural parameters， can easily lead to pressure fluctuations in relief valves， potentially resulting in equipment failure. To address this issue， a reliability analysis model for the pressure fluctuation failure of direct‑acting relief valves is presented， considering the influence of environmental vibration and uncertainty factors. A dynamic model for the relief valve under environmental vibration is developed， and then its corresponding dynamic characteristics are analyzed. Moreover， based on the dynamic characteristics analysis of the relief valve and the released value of the national standard， a limit‑state function for pressure fluctuation failure is established. Furthermore， the reliability sensitivity analysis is performed using the Kriging model to evaluate the contribution of each parameter to the occurrence of pressure fluctuation failure. The results indicate that the vibration frequency has the most significant impact on reliability， followed by the spool mass and vibration amplitude， while the controlled chamber volume and sensitive chamber volume show a minimal contribution. The research results can provide a theoretical basis for regulating the pressure fluctuation failure of relief valves under environmental vibration.

Key words: relief valve, vibration, pressure fluctuation, Kriging model, reliability sensitivity

中图分类号:

TB 114.3

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图/表 15

图1 直动式溢流阀（a）—结构简图；（b）—阀芯运动分析.

Fig.1 Direct‑acting relief valve

图2 溢流阀的仿真框图

Fig.2 Simulation block diagram of the relief valve

图3 基于Kriging模型的可靠性灵敏度分析流程图

Fig.3 Flowchart of the reliability sensitivity analysis based on the Kriging model

表1 溢流阀的主要参数

Table 1 Primary parameters of the relief valve

参数	数值	参数	数值
Q/（L·min^-1）	25	V/m³	3.2×10^-3
m/kg	0.062	E/Pa	2×10⁹
B（N∙s∙m^-1）	700	δ/m	9×10^-4
k/（N∙m^-1）	1.3×10⁵	A_v/m²	6.2×10^-5
d₀/m	0.005	C_d	0.62
ρ/（kg∙m^-3）	896	W/m	0.025 1
V_c/m³	5×10^-6	l/m	5×10^-3
α/（°）	69	μ/（Pa∙s）	0.062

图4 溢流阀的动态特性

Fig.4 Dynamic characteristics of the relief valve

图5 频率恒定下的压力波动幅值

Fig.5 Pressure fluctuation amplitude at a constant frequency

图6 振幅恒定下的压力波动幅值

Fig.6 Pressure fluctuation amplitude at a constant amplitude

表2 输入变量的分布及参数

Table 2 Distribution and parameters of input variables

变量	分布类型	均值	方差
m/kg	正态分布	0.062	6.2×10^-3
V_c/m³	正态分布	5×10^-6	5×10^-7
V/m³	正态分布	3.2×10^-3	3.2×10^-4
A/m	正态分布	0.003	3×10^-4
f/Hz	正态分布	40	4

图7 Kriging预测值与真实值对比

Fig.7 Comparison between Kriging predicted values and actual values

图8 Kriging预测值与真实值的绝对误差

Fig.8 Absolute errors of the Kriging predicted values and actual values

表3 不同方法的可靠性结果

Table 3 Reliability results of different methods

方法	样本数	失效概率	时间/s
MC法	6×10⁴	0.041 6	6 073.6
Kriging	110	0.041 1	130

图9 响应值G( x )

Fig.9 Response values G( x )

图10 响应值G( x )的频率直方图

Fig.10 Frequency histogram of response values G( x )

图11 均值灵敏度分析

Fig.11 Mean sensitivity analysis

图12 标准差灵敏度分析

Fig.12 Standard deviation sensitivity analysis

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