FAST液压促动器群系统寿命预测与可靠性增长研究

Hydraulic actuator group system of Five hundred meter Aperture Spherical radio Telescope(FAST) is a typical group system which is large scale electro-mechanical liquid equipment in local area. As the most important moving parts group, the reliability running of actuators is critical basis of normal observing for the telescope..System vibration, oil pollution, component aging and bad working environment are potential failure mode for accelerating failures of actuators group system, which will influence the normal work of FAST. For this problem, this foundation is focus on research of life predict and reliability growth for the hydraulic actuator group system. The constructed healthy monitoring and failure diagnose system and reliability test data are the basis of this foundation. Firstly, the existing monitoring and testing data is analyzed to establish the life modeling of a hydraulic actuator and the group of hydraulic actuators. Secondly, the roots for the failure or life reduce of actuators are found out. Finally, the improved scheme and best maintenance strategy will be designed, which are verified by reliability growth tests. .The research of this foundation can guarantee the reliable running of FAST telescope. Moreover, it can provide theoretical and technological supports for the designation and construction of other big telescope.

FAST液压促动器群系统是典型局部大规模机电液一体化设备群系统，作为FAST望远镜主动反射面系统中最为重要的运动部件群，其可靠运行是望远镜正常观测的重要基础。系统振动、油液污染、元件老化以及恶劣的工作环境都将加速促动器群系统的故障产生及元件失效，影响FAST望远镜的正常工作。本项申请针对这一问题，依托在建的FAST大型射电望远镜工程，以搭建完成的健康监测与故障诊断系统及可靠性试验数据为基础，进行液压促动器群系统的寿命预测及可靠性增长方向的研究。通过对现有监测及试验数据的分析，建立液压促动器单体寿命模型及液压促动器群系统寿命模型，从而判别促动器故障产生、寿命降低的根源。提供完善的液压促动器维护维修策略和升级改进方案，并通过可靠性增长试验加以验证，以保障FAST工程的可靠运行；丰富与完善可靠性工程体系，为其它类似工程的设计与建设提供理论和技术支持。

FAST液压促动器是典型局部大规模机电液一体化设备群系统，其可靠运行是望远镜正常观测的基础。随着运行时间的增长，促动器逐渐暴露了液压油清洁度超标、联轴器装配尺寸超差、活塞杆生锈等问题，导致促动器可靠性明显降低，严重影响望远镜的正常观测。.课题针对FAST促动器群系统可靠性增长问题，提出了群系统、群系统可靠性及群系统可靠性增长模型，建立了以权重值为核心要义的群系统可靠性数学模型。并以促动器群前期的运行和维护数据，通过群系统可靠性模型对FAST促动器群系统的可靠性进行了定量描述。同时，根据群系统可靠性模型分析得到群系统可靠性增长的路径包括增加子系统MTBF和降低子系统MTTR。.通过对FAST促动器群前期的运行和维护数据进行分析，得到促动器故障分类和产生机理。采用独立多次的局部可靠性增长设计和试验，最后集中一两次整体缺陷纠正的高性价比的可靠性增长过程，得到了促动器整机优化方案。方案通过多台样机试验验证，其可靠性相比原促动器得到了极大提高。.针对现有促动器故障等待时间长的维护问题，提出了基于PHM系统的故障诊断与预测系统解决方案。通过对促动器群实时运行状态数据的监测和评估，将促动器维护模式从现有的被动式事后维护变为主动式状态维护，从而实现促动器群系统可靠性增长。.课题通过提高促动器可靠性、降低促动器修复时间的研究方法达到了FAST液压促动器群系统可靠性增长的目的。群系统可靠性模型的建立为群系统可靠性研究和群系统增长研究提供了理论依据，也进一步丰富了可靠性工程研究内容。课题提出独立多次局部可靠性增长设计和试验与集中一两次整体纠正的高性价比可靠性增长过程，及基于PHM技术的故障诊断和预测方案将维护模型从被动式变为主动式，为解决FAST工程促动器群系统可靠性增长实际问题提供了有效的解决方案，也为其他类似群系统理论研究和实际工程问题提供了参考。