液压系统压力的原位检测研究

高珊

摘要：本文分析了液压系统压力原位检测的机理，提出了液压系统压力的应变片式原位检测方案，并在综合试验台和某型装甲车上进行了实时检测，发现该方案原理可行，检测原理对控制油液污染度和液压系统的故障诊断具有较大参考价值。

关键词：液压系统；应变片；原位检测

1.引言

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、车辆等地方。随着液压技术和计算机技术的迅猛发展和日益普及，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。

2.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：

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0.1ΜΡa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。

3.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為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（100mm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=10V，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=0.1mV，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。

4.压力原位检测应用

4.1 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7ΜΡa，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4ΜΡa时输出信号为零值，压力每升高0.5ΜΡa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。

4.2 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，又在装甲兵某部某型装甲车上进行了检测，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。

5.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。