液壓系統壓力的原位檢測研究
發布時間：2017-11-22
液壓系統具有體積小、重量輕、比功率大、運行平穩、可無級調速等優點，廣泛應用于飛機、火箭、船艦、車輛等裝備中。隨著液壓技術和計算機技術的迅猛發展及日益普及，液壓系統中大量采用伺服構件，為保證伺服構件和液壓系統的正常工作，要求液壓系統油液清潔度比較高。如飛機的液壓伺服閥，要求油液清潔度不低于 GJB420A- 6A 級。目前對液壓系統壓力的檢測，仍采用在管路中并聯測量元件的方法測量，該方法工序復雜，不能保正油液的清潔度和系統的工作安全。為此，我們對液壓系統壓力進行原位檢測研究，在此基礎上研制出便攜式液壓系統故障原位診斷儀，附加于診斷部位，即可迅速查明液壓附件的運行狀態，進而評估液壓系統的動態品質。
1壓力原位檢測機理
液壓系統利用工作介質―――液壓油所具有的壓力能進行能量的傳遞和轉換，各種形式的液壓伺服閥或舵機實現對壓力的控制和分配。壓力能是液體分子內能的一種表現形式，在其作用下，液壓附件和導管產生一定穩度的彈性變形。液壓導管壁厚和導管平均直徑之比值一般小于 0.1，因此可把液壓導管看作承受內部壓力的薄殼構件，進行理論計算。導管在內部壓力作用下，產生的軸向應變 ε 和壓力 Ρ 的關系如下：
式中ε ―――導管軸向應變;
Ρ ―――導管內部壓力;
r ―――導管平均半徑;
E―――導管彈性模量;
h―――導管壁厚。
上式說明，在導管的幾何尺寸和金屬材料確定后，導管的軸向應變與承受的內壓成正比。例：r = 8mm，h = 1mm 的碳鋼管，在壓力變化為0.1 ΜΡa時，對應2個微應變。同樣，根據這一原理，在實際檢測過程中，可以檢測出具體的應變值，再將此應變值轉化為電壓信號，按預定程序分析處理該信號，即可得出壓力的變化情況，從而可以判斷液壓系統故障。
2 壓力的原位檢測實現
在計算機十分普及的今天，可采用多種方式檢測應變量。例如：應變片式，電感式，電容式和光導纖維式等。經過反復試驗對比，相對而言，采用應變片式非接觸式檢測壓力可行性較好，主要優點：操作簡單，抗環境干擾能力強，壓力信號穩定，成本低廉。為此，我們采用了這一方法。采用應變片原位檢測導管內壓力的方法如下：選用與被測導管尺寸相同的金屬片作彈性體(筆者采用紫銅片)，在彈性體外測粘貼 4 片應變片 R1, R2, R3,R4。如圖 1 所示。
R1與 R3為工作片，R2和 R4為彈性彈性體溫度補償片，電信號采用差動方法輸出，組成如圖 2 所示電橋。
將彈性體兩端緊固于導管外壁，在彈性體長度范圍內(100 mm 內)，被測導管的直線度與橢圓度均應符合要求(不超過0.5%)。給電橋供直流恒壓，在電橋兩臂取得壓力變換的電信號，當E = 10 V，液壓導管內每變化一個壓力時 (約0.1ΜΡa)輸出信號變化約為0.1mV，即ΔV0= 0.1 mV，經信號放大，濾波和A/D轉換后，計算機進行實時采集，可得出液壓系統的壓力。
3壓力原位檢測應用
3.1在飛機綜合試驗臺上的檢測
將上述應變片傳感器連接在飛機綜合測試系統臺上(VXI)，并進行 45 次動態測試，壓力從零值上升到 7 MPa，然后逐漸降為零值，根據飛機液壓系統的實際情況，設壓力為4MPa 時輸出信號為零值，壓力每升高 0.5 MPa 自動記錄一次，試驗結果證明傳感器線性良好，其中連續幾次檢測的正反行程模擬信號見表 1。
這一良好的線性關系，說明了這樣一個重要問題：即可以通過電壓信號的變化反映液壓的變化，從而獲得液壓系統的壓力值，進而判斷液壓系統壓力故障，例如，把模擬信號經A/D 轉換輸入計算機，繪制出如圖 3 所示動態檢測曲線。
3.2在某型裝甲車上的實地檢測
在某型裝甲車上的實地檢測，是為檢驗液壓系統故障的應變片或傳感器診斷技術的通用性，其檢測的壓力―時間曲線如圖 4 所示，發現被測車輛左側助力器工作失效的故障與實際情況吻合。
4 結束語
試驗證明，液壓系統的壓力可以進行原位檢測，通過壓力信號的提取，利用計算機可對液壓系統故障進行原位診斷，該技術具有較好的應用前景。在這一方面，我們進行了初步嘗試，當然還有許多地方需要改進，以期達到完全實用化。
摘自：中國計量測控網
