液壓系統(tǒng)振動位移傳感器的設(shè)計*

蔡彥 單長吉 杜國芳 楊海濤

(昭通學(xué)院物理與信息工程學(xué)院 云南 昭通 657000)

1 引言

液壓系統(tǒng)中的壓力沖擊和振動通過液壓管路傳遞，如聲波樣輻射到周圍環(huán)境，發(fā)出噪音并污染環(huán)境．在振動的情況下，導(dǎo)致測量的壓力和流速等存在較大誤差，當(dāng)振幅較大時，檢測部件還可能被損壞或其工作壽命受到影響．此外，當(dāng)振動的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相同時，系統(tǒng)會產(chǎn)生共振，不僅會導(dǎo)致系統(tǒng)中元件的疲勞，還會導(dǎo)致噪聲輻射的急劇增加，以至于導(dǎo)致元件的損壞，降低系統(tǒng)的效能，影響執(zhí)行部件的精度，并降低了液壓機構(gòu)的使用壽命．因此，必須充分重視振動和噪聲對系統(tǒng)的影響．

為了更好地衰減振動及噪聲，本文將基于液壓系統(tǒng)的的特點，設(shè)計一套測定液壓系統(tǒng)振動幅度的位移傳感器，為下一步構(gòu)建自適應(yīng)液壓系統(tǒng)減振消音器打下基礎(chǔ)．

2 位移傳感器的設(shè)計與工作機理

為了實現(xiàn)位移的精確測定，將此裝置裝備在液壓系統(tǒng)的泵上，或其他振動較強的部位．設(shè)計的位移傳感器的核心部件有壓力傳感器及其顯示器、有輕質(zhì)彈簧．其中，彈簧一端固定于振動部位外殼上，另一端與壓力傳感器相連接，彈簧的使用是為了防止直接使用壓力傳感器導(dǎo)致的壓力過載．壓力傳感器固定在支架上，并通過信號線與顯示器相連接，支架底座固定在液壓系統(tǒng)相對穩(wěn)定的主支架上，如圖1所示.

圖1 位移傳感器設(shè)計圖

虛線框中各部件為對外不可見，只有壓力傳感器顯示器對外可見，以便于觀察．

液壓系統(tǒng)工作中，泵振動連帶管路、油箱振動或共振時，亦或是空氣進(jìn)入液壓缸引起振動時，此位移傳感器開始工作．振動發(fā)生時，彈簧即開始伸縮，彈簧的伸縮量就是振動部位的振幅Δx．選取的彈簧的勁度系數(shù)κ較小，由胡克定律可知，彈簧將壓力F傳遞給壓力傳感器，壓力傳感器將力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘朓傳輸至顯示器，通過記錄顯示器的電信號數(shù)值即可反演出振幅Δx．

整個位移傳感器系統(tǒng)中，壓力傳感器是關(guān)鍵部件.本系統(tǒng)中，精度要求高，并且為便于輸出電信號至顯示器，選擇壓電壓力傳感器．

為了能精確測定振幅，安裝前需要對壓力傳感器輸入與輸出量的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，以便讓傳感器工作在線性范圍內(nèi)．標(biāo)定方法為靜態(tài)標(biāo)定，在彈簧的彈性限度內(nèi)，給定多個不同的壓力值，獲得一系列壓力傳感器的輸出電信號，并形成一條壓力F與電信號I的靜態(tài)標(biāo)定曲線，標(biāo)定曲線的直線段就是其有效工作范圍，通過一系列的標(biāo)定還可以得到壓力傳感器的遲滯、重復(fù)性、精度等靜態(tài)指標(biāo)，完成標(biāo)定后，即可進(jìn)行振幅的測量．

圖1所示的位移傳感器除了可以用來測定液壓系統(tǒng)振動位移，還可以用于其他機械系統(tǒng)中，測定機械振動的幅度．

3 總結(jié)

結(jié)合液壓系統(tǒng)的特點，以液壓系統(tǒng)振動部位的振幅為研究對象，當(dāng)液壓系統(tǒng)里的振幅發(fā)生改變時，液壓系統(tǒng)位移傳感器在有效工作范圍內(nèi)能夠即時匹配相應(yīng)的振幅，達(dá)到最佳的測量效果．如果液壓系統(tǒng)特性分析顯示，該傳感器能夠及時匹配振幅及振動頻率的變化，且系統(tǒng)響應(yīng)時間及系統(tǒng)穩(wěn)定性均符合設(shè)計要求，將具有實際的應(yīng)用價值．