液壓系統(tǒng)壓力的原位檢測研究

高珊

摘要：本文分析了液壓系統(tǒng)壓力原位檢測的機理，提出了液壓系統(tǒng)壓力的應變片式原位檢測方案，并在綜合試驗臺和某型裝甲車上進行了實時檢測，發(fā)現(xiàn)該方案原理可行，檢測原理對控制油液污染度和液壓系統(tǒng)的故障診斷具有較大參考價值。

關鍵詞：液壓系統(tǒng)；應變片；原位檢測

1.引言

液壓系統(tǒng)具有體積小、重量輕、比功率大、運行平穩(wěn)、可無級調(diào)速等優(yōu)點，廣泛應用于飛機、火箭、船艦、車輛等地方。隨著液壓技術和計算機技術的迅猛發(fā)展和日益普及，液壓系統(tǒng)中大量采用伺服構件，為保證伺服構件和液壓系統(tǒng)的正常工作，要求液壓系統(tǒng)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(tǒng)壓力的檢測仍采用在管路中并聯(lián)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(tǒng)的工作安全。為此我們對液壓系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)，進而評估液壓系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)。

2.壓力原位檢測機理

液壓系統(tǒng)利用工作介質(zhì)——液壓油所具有的壓力能進行能量的傳遞和轉(zhuǎn)換，各種形式的液壓伺服閥或舵機實現(xiàn)對壓力的控制和分配。壓力能是液體分子內(nèi)能的一種表現(xiàn)形式，在其作用下液壓附件和導管產(chǎn)生一定穩(wěn)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(nèi)部壓力的薄殼構件進行理論計算。導管在內(nèi)部壓力作用下產(chǎn)生的軸向應變ε和壓力Ρ的關系如下：

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(nèi)壓成正比。例：r=8mm，h=1mm的碳鋼管，在壓力變化為0.1ΜΡa時，對應2個微應變。同樣，根據(jù)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(zhuǎn)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(tǒng)故障。

3.壓力的原位檢測實現(xiàn)

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(jīng)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(yōu)點：操作簡單，抗環(huán)境干擾能力強，壓力信號穩(wěn)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(nèi)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(nèi)（100mm內(nèi)），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=10V，液壓導管內(nèi)每變化一個壓力時（約0.1ΜΡa）輸出信號變化約為0.1mV，即ΔV0=0.1mV，經(jīng)信號放大，濾波和A/D轉(zhuǎn)換后，計算機進行實時采集，可得出液壓系統(tǒng)的壓力。

4.壓力原位檢測應用

4.1 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(tǒng)臺上（VXI），并進行45次動態(tài)測試，壓力從零值上升到7ΜΡa，然后逐漸降為零值，根據(jù)飛機液壓系統(tǒng)的實際情況，設壓力為4ΜΡa時輸出信號為零值，壓力每升高0.5ΜΡa自動記錄一次，試驗結果證明傳感器線性良好，其中連續(xù)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(tǒng)的壓力值，進而判斷液壓系統(tǒng)壓力故障，例如，把模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入計算機，繪制出如圖3所示動態(tài)檢測曲線。

4.2 某型裝甲車上的實地檢測是為檢驗液壓系統(tǒng)故障的應變片或傳感器診斷技術的通用性，又在裝甲兵某部某型裝甲車上進行了檢測，其檢測的壓力——時間曲線如圖4所示，發(fā)現(xiàn)被測車輛左側助力器工作失效的故障與實際情況吻合。

5.結束語

試驗證明液壓系統(tǒng)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(tǒng)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。