液压系统压力的原位检测研究
发布时间：2017-11-22
液压系统具有体积小、重量轻、比功率大、运行平稳、可无级调速等优点，广泛应用于飞机、火箭、船舰、车辆等装备中。随着液压技术和计算机技术的迅猛发展及日益普及，液压系统中大量采用伺服构件，为保证伺服构件和液压系统的正常工作，要求液压系统油液清洁度比较高。如飞机的液压伺服阀，要求油液清洁度不低于 GJB420A- 6A 级。目前对液压系统压力的检测，仍采用在管路中并联测量元件的方法测量，该方法工序复杂，不能保正油液的清洁度和系统的工作安全。为此，我们对液压系统压力进行原位检测研究，在此基础上研制出便携式液压系统故障原位诊断仪，附加于诊断部位，即可迅速查明液压附件的运行状态，进而评估液压系统的动态品质。
1压力原位检测机理
液压系统利用工作介质―――液压油所具有的压力能进行能量的传递和转换，各种形式的液压伺服阀或舵机实现对压力的控制和分配。压力能是液体分子内能的一种表现形式，在其作用下，液压附件和导管产生一定稳度的弹性变形。液压导管壁厚和导管平均直径之比值一般小于 0.1，因此可把液压导管看作承受内部压力的薄壳构件，进行理论计算。导管在内部压力作用下，产生的轴向应变 ε 和压力 Ρ 的关系如下：
式中ε ―――导管轴向应变;
Ρ ―――导管内部压力;
r ―――导管平均半径;
E―――导管弹性模量;
h―――导管壁厚。
上式说明，在导管的几何尺寸和金属材料确定后，导管的轴向应变与承受的内压成正比。例：r = 8mm，h = 1mm 的碳钢管，在压力变化为0.1 ΜΡa时，对应2个微应变。同样，根据这一原理，在实际检测过程中，可以检测出具体的应变值，再将此应变值转化为电压信号，按预定程序分析处理该信号，即可得出压力的变化情况，从而可以判断液压系统故障。
2 压力的原位检测实现
在计算机十分普及的今天，可采用多种方式检测应变量。例如：应变片式，电感式，电容式和光导纤维式等。经过反复试验对比，相对而言，采用应变片式非接触式检测压力可行性较好，主要优点：操作简单，抗环境干扰能力强，压力信号稳定，成本低廉。为此，我们采用了这一方法。采用应变片原位检测导管内压力的方法如下：选用与被测导管尺寸相同的金属片作弹性体(笔者采用紫铜片)，在弹性体外测粘贴 4 片应变片 R1, R2, R3,R4。如图 1 所示。
R1与 R3为工作片，R2和 R4为弹性弹性体温度补偿片，电信号采用差动方法输出，组成如图 2 所示电桥。
将弹性体两端紧固于导管外壁，在弹性体长度范围内(100 mm 内)，被测导管的直线度与椭圆度均应符合要求(不超过0.5%)。给电桥供直流恒压，在电桥两臂取得压力变换的电信号，当E = 10 V，液压导管内每变化一个压力时 (约0.1ΜΡa)输出信号变化约为0.1mV，即ΔV0= 0.1 mV，经信号放大，滤波和A/D转换后，计算机进行实时采集，可得出液压系统的压力。
3压力原位检测应用
3.1在飞机综合试验台上的检测
将上述应变片传感器连接在飞机综合测试系统台上(VXI)，并进行 45 次动态测试，压力从零值上升到 7 MPa，然后逐渐降为零值，根据飞机液压系统的实际情况，设压力为4MPa 时输出信号为零值，压力每升高 0.5 MPa 自动记录一次，试验结果证明传感器线性良好，其中连续几次检测的正反行程模拟信号见表 1。
这一良好的线性关系，说明了这样一个重要问题：即可以通过电压信号的变化反映液压的变化，从而获得液压系统的压力值，进而判断液压系统压力故障，例如，把模拟信号经A/D 转换输入计算机，绘制出如图 3 所示动态检测曲线。
3.2在某型装甲车上的实地检测
在某型装甲车上的实地检测，是为检验液压系统故障的应变片或传感器诊断技术的通用性，其检测的压力―时间曲线如图 4 所示，发现被测车辆左侧助力器工作失效的故障与实际情况吻合。
4 结束语
试验证明，液压系统的压力可以进行原位检测，通过压力信号的提取，利用计算机可对液压系统故障进行原位诊断，该技术具有较好的应用前景。在这一方面，我们进行了初步尝试，当然还有许多地方需要改进，以期达到完全实用化。
摘自：中国计量测控网
