液壓系統目前已經廣泛應用於部隊武器裝備、民用裝置、航空航天等領域中,液壓系統的故障機理分析、狀態監測與故障診斷技術也日趨成熟。但是,對液壓系統分析、監測與診斷技術需要到工程實踐中進行可靠性檢驗,一般檢驗週期長,成本高。多功能液壓實驗臺能模擬液壓系統常見故障,加速裝置執行,縮短檢驗週期,降低成本,縮短診斷理論、技術到工程應用轉化時間。下面經實驗,多功能實驗臺執行可靠、穩定,能全面模擬液壓系統、液壓元件特別是液壓泵、液壓缸的故障,並可運用嵌入在實驗臺中多種感測器實現多源資訊採集,能有效地為液壓系統的狀態監測與故障診斷技術的研究提供科學實驗基礎和科學的資料、資訊依據。
設計方法
多功能液壓實驗臺組成與特點
多功能液壓實驗臺能全面模擬液壓系統常見的各類故障,並可運用嵌入在其中的加速度、壓力、流量、溫度、液位、汙染度、位移等多種感測器檢測液壓系統在正常或異常狀態下的各種資訊,可為液壓系統、元件的故障機理分析、狀態監測及故障診斷技術積累資訊,提供資料。
1)多功能液壓實驗臺組成
多功能液壓實驗臺的原理如圖1所示,部分元件結構如圖2所示。實驗臺液壓泵4由75 kW交流電動機驅動。溢流閥7 為安全閥, 8、11為二級調壓閥,調節實驗臺最高工作壓力。電磁換向閥12、單向節流閥13、14,節流閥17、18、19、液壓缸20、溢流閥23構成液
壓缸故障模擬系統,流量計15、16、21,壓力感測器31、33、34構成液壓缸測試系統。電磁換向閥25和溢流閥28模擬溢流閥和電磁閥工作。
2）多功能液壓實驗臺特點
多功能液壓實驗臺工作最高壓力24 MPa,系統最大流量為91 L /min,能夠完全模擬工程機械、武器裝備液壓系統、元件(尤其是液壓泵和液壓缸)故障;採用背壓方式產生液壓缸工作負載,降低了成本;系統採用模組化設計,可擴充套件性強,系統維護簡單。
多功能液壓實驗臺功能
多功能液壓實驗臺用來模擬液壓系統及液壓元件在工作中發生的常見故障,並對其執行的狀態資訊、故障徵兆進行檢測。具體功能為: ①液壓泵故障模擬與檢測; ②液壓缸故障模擬與檢測; ③溢流閥和電磁閥檢測; ④液壓元件、系統故障加速。
1）液壓泵故障模擬與檢測
液壓泵常見故障為磨損和氣穴,齒輪泵是最常見的液壓泵,本文以齒輪泵為例研究液壓泵故障模擬與檢測。齒輪泵磨損又分為齒輪磨損和側板磨損。齒輪磨損故障設定是通過人工打磨主動齒輪上輪齒的齧合面,使其齧合曲線失形,人工模擬磨損,如圖3a所示。側板磨損故障設定是根據齒輪泵的出油口工作壓力高,磨損概率大的特點,人工打磨側板靠近出油口端的端面,形成側板偏磨的故障,如圖3b所示。氣穴故障設定是通過調整多功能液壓實驗臺中的節流閥3 (圖1) ,使其開口度變小,並將齒輪泵進油口擰鬆,造成進油口吸入空氣,形成氣穴。
液壓泵故障檢測過程:截止閥24、27關閉,電磁換向閥12位於中位,液壓實驗臺工作在液壓泵的檢測狀態。電機開啟後,泵工作,油液從油箱1、截止閥2、節流閥3進入液壓泵4,經流量計6、溢流閥7和8、流量計9、濾油器10回油箱。溢流閥8、11調節液壓泵的工作壓力。液壓泵的狀態資訊由粘接在液壓泵的多路振動感測器(如圖4) 、轉速計29、流量計6、9、壓力感測器35、油箱中的液位、溫度等感測器獲取。
2）液壓缸故障模擬與檢測
液壓缸檢測過程:截止閥24、27關閉,液壓實驗臺工作在液壓缸檢測狀態。液壓缸正向行程時,電磁換向閥12工作在右位,油液從油箱1、截止閥2、節流閥3、液壓泵4、流量計6經過電磁換向閥12右位進入單向節流閥13、流量計15進入液壓缸的無杆腔,有杆腔的油液經過流量計16、單向節流閥14、電磁換向閥12的左位、流量計21、溢流閥23、過濾器10回油箱。反向行程時,電磁換向閥工作在左位,油液流向相反。調節溢流閥23,液壓缸產生不同的背壓,模擬液壓缸的工作負載,測試液壓缸不同負載下的動態特性曲線,研究液壓缸的執行規律。
液壓缸洩漏故障模擬由節流截止閥17、18、19實現。調節節流截止閥17開口度模擬液壓缸的內洩漏,調節節流截止閥18、19開口度模擬液壓缸二腔的外洩漏。液壓缸爬行通過增加負載和洩漏實現。
3）溢流閥檢測
電磁換向閥12位於中位,截止閥24、27開啟,液壓實驗臺工作在溢流閥、電磁閥檢測狀態。電磁閥25控制溢流閥工作狀態,通過不斷更改電磁閥25工作狀態,檢測溢流閥和電磁閥效能。
4）故障加速
在對液壓系統進行狀態監測與故障診斷時,往往需要監測系統從正常到異常故障狀態的執行過程。如系統正常磨損執行,監測時間長,成本高。在液壓實驗臺液壓油中加入少量水、固體顆粒物可以加速系統磨損,縮短監測時間。液壓油中水、顆粒汙染一方面由嵌入在液壓實驗臺汙染度感測器檢測,另一方面通過定期抽取回路液壓油油樣,由潤滑油液檢測實驗室分析
汙染情況、裝置磨損狀態並監測系統執行。