液压阀微小内泄漏检测技术研究

2023-09-23李志丰谭彦显黄正茂

设备管理与维修 2023年16期

关键词：液压阀管体单向阀

李志丰，谭彦显，黄正茂

（湖南省产商品质量检验研究院，湖南长沙 410007）

0 引言

液压阀是液压系统的控制元件，用来控制液体的压力、流量和方向，在装备领域应用广泛。内泄漏量是液压阀的重要性能指标，内泄漏量过大会使液压系统装配主机的执行机构动作不到位，难以精确控制动作轨迹，严重时可能造成安全事故。

1 内泄漏原因分析

液压阀工作时，液压油通过阀芯和阀体之间的间隙，从阀的高压区流向低压区，从而造成内泄漏。引起液压阀内泄漏的原因有很多，液压阀生产过程中的装配质量问题，例如：阀芯前端锥面与阀芯外圆不同轴、阀体孔与阀芯同轴度差、阀芯装配时外圆与阀体孔配合间隙大而在孔内产生歪斜。液压阀在使用过程中，容易受油液污染等因素的影响，引起阀芯与阀套之间密封面的磨损、拉伤、腐蚀、偏心等，都会造成内泄漏的变化。

2 液压阀内泄漏量要求

根据标准JB/T 10364—2014《液压单向阀》规定，以矿物油型液压油或性能相当的其他液体为工作介质的部分板式单向阀、叠加式单向阀、管式单向阀、板式液控单向阀、叠加式液控单向阀、管式液控单向阀内泄漏量≤0.2 mL/min。普通单向阀的内泄漏量要求见表1。

表1 普通单向阀内泄漏量要求

根据标准JB/T 10368—2014《液压节流阀》规定，以矿物油型液压油或性能相当的其他液体为工作介质的部分节流截止阀内泄漏量≤1.0 mL/min，具体要求见表2。

表2 节流截止阀内泄漏量要求

3 液压阀内泄漏量检测存在的问题

现有的各种流量传感器和流量计（包括液压试验常用的椭圆齿轮流量计、蜗轮流量计和齿轮流量计）均不能测量1.0 mL/min 以下的微小内泄漏。这是因为微小流量不足以使现有流量计的传感元件产生转动，而且现有流量计的计量发信装置不能识别微小的角位移。液压阀微小内泄漏测量的常用方法有量杯和秒表法，是通过向液压阀油口注满液压油并加压至规定压力，在另一油口用量杯测量泄漏油的体积，并用秒表记录泄漏时间，这种测量方法测得的是平均内泄漏量，需要时间较长，而且检测精度低。

针对液压阀微小内泄漏难以精确检测的问题，专家学者们对内泄漏进行了相关研究，并提出了许多解决办法。宋飞[1]等对液压滑阀内泄漏规律进行研究，搭建了滑阀内泄漏模拟实验台，对10 mm、16 mm、20 mm 阀芯直径的滑阀正常间隙（5 μm）和过大间隙（40 μm）下的泄漏规律进行了试验研究。结果表明，无论在正常间隙还是过大间隙下，滑阀内泄漏都是层流，并得到了径向间隙、密封长度、压差、阀芯直径等因素对泄漏量的影响规律。此外，发现由层流公式得出的理论泄漏量与实测泄漏量总会存在一定的偏差，分析得出偏差可能是由于油液温度、阀芯偏心、倾斜和流态的变化引起的。余忠华、陆彬[2]发明了一种液压阀的内泄漏量检测装置，该装置通过称重传感器/变送器将泄漏油的重量转换成电信号，并经A/D 转换成数字信号，输入到单片机，再换算成内泄漏量。沈延康[3]等发明了一种液压阀内泄漏的检测方法及其装置，该装置采用液压油缸和位移传感器组合方式，通过检测液压油缸活塞的位移，换算出一段时间内被测试液压阀的泄漏量，进行液压阀内泄漏的检测。

4 新型内泄漏检验装置设计

为了解决上述问题，提出了一种新型液压阀微小内泄漏检验装置，其原理如图1 所示。

图1 新型液压阀微小内泄漏检验装置

磁致伸缩液位传感器包括探测管体、探测杆、浮子和信号处理模块。探测管体竖直设置并与测试油管连通，泄漏的油液由测试油管流入探测管体中，引起探测管体内部的油液液位变化。探测杆位于探测管体内部，且探测杆与探测管体同轴设置。浮子滑动设置于探测杆上，内部设有磁环，漂浮于探测管体内部的油液液面上，随油液液面的变化发生高度位置的变化。信号处理模块与探测杆连接，用于向探测杆发送和接收电磁信号。

探测杆内部设有波导丝的波导管，与带有磁环的浮子配合，磁环连接浮子，在波导管上产生一个磁场。通过磁致伸缩技术来实现探测管体内部液位变化的检测。探测杆内部设有两层用于保护波导丝的绝缘套管，探测杆还包括返回导线和末端的阻尼元件等。

信号处理模块包括相互连接的信号发生组件、回波检测组件和控制器，通过信号发生组件发送激励脉冲，通过回波检测组件检测回波脉冲，通过控制器进行内泄漏量的计算。控制器为PLC 可编程逻辑控制器，具有自动计时功能，通过测量激励脉冲发射和回波之间的时间间隔精确测量波导管内的超声波速度，将接收返回信号所需的时间转换为高精度、可重复的线性位移测量值，从而转化为被测体的位移量，即液面变化量L。若探测管体内部的横截面与探测杆的横截面之差为S，则待测液压阀的内泄漏量Q=LS/T。

探测管体上设有与液压油箱连通的支管，支管水平设置，管上设有第三控制阀。当进行待测液压元件的内泄漏量测量时将第三控制阀打开，当待测液压阀内泄漏量过大时会造成探测管体内部的油液液面过高，此时油液可从支管流入液压油中，实现对磁致伸缩液位传感器的保护。

该装置包括可移动安装座，可移动安装座上设置有测试油管、液压油箱和磁致伸缩液位传感器，便于实现测量装置的整体移动，可以在不同试验台进行液压阀的内泄漏检测。可移动安装座上设有安装架，用于固定安装测试油管、液压油箱和磁致伸缩液位传感器，可移动安装座底部设有万向轮，用于安装座的自由移动。

装置的磁致伸缩液位传感器采用MTS 的RHM0590MR021A01型传感器，其具体的技术参数为：D/A 分辨率16 bit，0.001 5%满量程（最小1 μm）；行程590 mm；非线性度＜满量程的±0.01%（最小±50 μm）；重复精度＜满量程的±0.001%（最小±1 μm）；滞后精度＜4 μm。数据采集卡采用NI USB-6210 型采集卡，其具体技术参数为：总线连接器USB；最大单端模拟输入通道数量16 个；最大差分模拟输入通道数量8 个；最大采样率250 kS/s；模拟输入分辨率16 bit；模拟输入绝对精度2960 μV；计数器/定时器数量2 个；正面连接方式为螺栓端子；电源输入为总线供电方式；缓存容量4095 个样本。