CN112012984B - 一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于液压***检测或教学设施技术领域，尤其涉及一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置及其使用方法。实验装置包括恒压供油***、泄漏模拟装置、空耦声发射传感器、接触式声发射传感器；恒压供油***包括通过管路依次连接的第一油箱、液压泵、单向阀、蓄能器、球阀；还包括背压加载阀、以及入口连接至背压加载阀的电磁换向阀；泄漏模拟装置通过管路连接并设置在球阀和背压加载阀之间；泄漏模拟装置包括多个阀芯、多个与阀芯组合的阀体、复位弹簧、螺旋测微头；本申请还提供液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置使用方法，基于本装置及方法可以方便开展内泄漏量和泄漏声发射信号影响因素分析验证实验，以及泄漏量声发射检测的教学实验。

Description

一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置及其使用方法
技术领域
本发明属于液压***检测或教学设施技术领域，尤其涉及一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置及其使用方法。
背景技术
液压滑阀功能多样，优点众多，经常作为核心控制元件广泛应用在液压***当中，控制油液的流动方向、大小及压力。为保证密封和顺畅滑动，滑阀阀芯和阀套间的正常径向间隙为3～8μm。由于间隙的存在，滑阀内泄漏不可避免，但正常间隙下的内泄漏量甚小，不影响***正常工作。但液压滑阀使用率高，开启频繁，且长期在高油压环境下工作，这些因素对密封面有着极大的损伤，阀芯磨损会增大间隙，过大的径向间隙会使内泄漏量显著增加，严重时会影响执行机构正常动作，造成过多的压力损失和异常发热，甚至会导致滑阀机能失效。
在传统方法中，采集流量和压力信号都是采用介入式检测技术，即通过拆解液压油路，将传感元件直接接入油路进行测量，此方法不仅步骤复杂，而且效率较低，操作中也存在泄漏风险，而有一些液压***设计时并没有预留测试接口，介入式检测受到很大的限制。
相比其他检测方法，声发射检测技术的优点在于能进行实时动态监测。目前在气体的泄漏检测上声发射技术运用的较为广泛，但涉及到内部液体流动状态的复杂性以及固液耦合的信号衰减问题，很少见到此技术应用于液压滑阀的泄漏检测，更多停留在理论研究上。
发明内容
本发明创造的目的在于，针对上述需求，提供一种液压滑阀内泄漏声发射检测装置及试验方法，用能够实际开展液压滑阀内泄漏声发射检测实验，使得理论研究内容能够通过实际操作直观表现和观察，提高教学效果。
为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。
一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置，包括恒压供油***、泄漏模拟装置、空耦声发射传感器15、接触式声发射传感器17；
恒压供油***包括通过管路依次连接的第一油箱1、液压泵4、单向阀10、蓄能器11、球阀12；还包括背压加载阀19、以及入口连接至背压加载阀19的电磁换向阀20；
其中电磁换向阀20设有两个出口，一个出口处设有流量传感器21，另一个出口处设有量筒22；
泄漏模拟装置16通过管路连接并设置在球阀12和背压加载阀19之间；泄漏模拟装置包括多个具有不同直径的阀芯3、多个可与阀芯3组合形成不同间隙高度的阀体4、位于阀体4内壁与阀芯3之间的复位弹簧7、固定在阀体4上的螺旋测微头1；复位弹簧7和螺旋测微头1分别位于阀芯3两侧；
螺旋测微头1的主轴1a抵在阀芯3端部；阀体4的进油口5连接至球阀12，出油口9连接至背压加载阀19。
对前述液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置的进一步细化，还设置有闭环温控结构，包括：受进油口5油温参数控制的温控器7、受温控器7控制的冷却器6，还包括由液压泵4与单向阀10之间管路引出并经溢流阀8连接至冷却器6的支路；
冷却器的运行受温控器控制，主要用于控制泄漏模拟装置进口的油温，以避免油温对实验结果产生影响，对于温度的控制采用PID控制，控制对象为油液的温度，温度反馈通过设置在泄漏模拟装置进口的温度传感器14实现，冷却器直接冷却油箱的液压油，实现对油液温度的控制。
对前述液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置的进一步细化，还包括设置在球阀12与泄漏模拟装置16之间管路上的进油侧压力传感器13；设置在泄漏模拟装置16和背压加载阀19之间的出油侧压力传感器18。
对前述液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置的进一步细化，阀体4包括阀体本体以及设于阀体本体两侧的挡块2和套筒6；挡块2可拆卸的设置在阀体4上，挡块2上设有与阀体4内腔同轴的测量通道，螺旋测微头1端部卡入或通过螺纹连接的方式固定设置在调节通道中，螺旋测微头1的主轴1a穿过调节通道抵在阀芯3端部；
套筒6可拆卸的设置在阀体4上，套筒6上设有与阀体4内腔同轴的调压通道，调压通道出口处设有调节螺母8，复位弹簧7设于调压通道中，复位弹簧7的两端分别抵在阀芯3和调节螺母8上。
对前述液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置的进一步细化，在球阀12与泄漏模拟装置16之间、以及泄漏模拟装置16与背压加载阀19之间分别设置有缓冲减振管路。
对前述液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置的进一步细化，缓冲减振管路采用液压软管制作，液压软管的长度不低于5m。与泄漏模拟装置进出油口采用液压软管(长度≥5m)相连，能够有效避免泵源及阀件振动噪声对泄漏声发射信号的采集产生干扰。
对前述液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置的进一步细化，还包括：设置在第一油箱1和液压泵4之间的第一过滤器2；设置在液压泵4和单向阀10之间的第二过滤器9。
本申请还提供液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置使用方法，包括如下步骤：
S1.供油截止阀关闭状态下，启动液压站，打开温控器，至温度恒定在40℃；
S2.用煤油清洗阀套和阀芯，确认阀套内和阀芯外密封圈完好后，将泄漏模拟装置安装好；
S3.确定阀芯零位，记录下此时微分头读数；
S4.连接，打开供油截止阀，打开阀口，将管路及阀内空气排干；
S5.关闭截止阀和阀口，进行背景信号采集；
S6.密封长度调整至2mm，压力调整至2、4、6、8、10MPa，待泄漏量稳定后，进行信号采集，同时用量筒或流量传感器测量泄漏量；
S7.密封长度调整至1.5mm，重复步骤6；
S8.密封长度调整至1mm，重复步骤6；
S9.密封长度调整至0.5mm，重复步骤6；
S10.密封长度调整至0mm，重复步骤6；
S11.液压站停机后，关闭供油截止阀，更换阀芯，在间隙高度0.005、0.01、0.015、0.02mm下，重复步骤1-10。
对液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置使用方法的进一步细化，在S5中，进行背景信号采集时，在压力0MPa且密封长度为2mm的情况下，采集3组背景信号，包括空耦和接触式声发射信号；在S6中，压力以试验台测压力表为准，采集前应确定信号有效性，每种工况采集3次，每次定时采集15秒；
其有益效果在于：
该装置具有模拟程度高、功能完善、可调参数多、测量精度高、操作方便等特点，十分适用于开展液压滑阀内泄漏量和泄漏声发射信号影响因素分析验证实验，以及泄漏量声发射检测的教学实验。
基于本装置，可在不同压力下展开滑阀内泄漏模拟以及声发射检测实验，供油管路上设置的蓄能器有两个作用：一是消除油源供油时产生的压力脉动，以保持压力稳定；二是在液压泵停止供油时作为辅助油源，实现在极安静环境下为泄漏模拟装置短时供油，最大限度减少声发射检测时的干扰噪声。由于滑阀内泄漏量很小，故采用量筒+流量传感器的方式对其进行测量，通过合理选择测量方式以及数据对比分析，能够获得更准确有效的数据信息，测量模式的切换通过电磁换向阀实现。
基于本装置，可以在不同阀芯直径、间隙高度和密封长度的参数下进行模拟实验，阀芯直径和间隙高度的改变是通过更换阀体和阀芯的组合实现，密封长度的改变通过调节泄漏模拟装置上的螺旋测微头来实现。复位弹簧锁紧机构，能够在密封长度调整完毕后锁紧阀芯，避免阀芯因液动力的作用位置发生改变。
基于本装置及其使用方法可以方便实验人员直观了解各因素对泄漏声发射信号的影响规律以及声发射信号与泄漏量间的关系。
基于可调节的参数设置功能，积累足够的声发射数据以支撑液压滑阀内泄漏声发射检测研究。
附图说明
图1是液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置的结构示意图；
图2是泄漏模拟装置的结构示意图；
图3是液压滑阀内泄漏声发射检测实验流程图。
附图标记包括：
1、5、23、油箱 2、第一过滤器 9、第二过滤器 3、电动机 4、液压泵 6、冷却器 7、温控器 8、溢流阀 10、单向阀 11、蓄能器 12、球阀
13、18、压力传感器 14、温度传感器 15、空耦声发射传感器 16、泄漏模拟装置17、接触式声发射传感器 19、背压加载阀 20、电磁换向阀 21、流量传感器 22、量筒 1a、螺旋测微头 2a、挡块 3a、阀芯 4a、阀体 5、进油口 6a、套筒 7a、复位弹簧 8a、锁紧螺母 9a、出油口
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
本申请涉及一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置，主要用于模拟液压滑阀的工作过程中的泄漏状态，并在不同参数和条件下对泄漏情况进行声发射检测，以便于教学和实验，帮助使用者或学生更直观的连接液压滑阀的泄漏原理和特点，掌握声发射检测技术原理以及具体操作过程，将理论研究内容以可见可闻可操作的方式展示，同时实现可再现可调节参数设置的实操教学。
如图1、图2所示，液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置基本结构，包括恒压供油***、泄漏模拟装置、空耦声发射传感器15、接触式声发射传感器17；
恒压供油***包括通过管路依次连接的第一油箱1、液压泵4、单向阀10、蓄能器11、球阀12；上述几个基本结构构成了实验装置的进油结构，保证能够向泄漏模拟装置注入所需要的流体，还包括背压加载阀19、以及入口连接至背压加载阀19的电磁换向阀20；上述结构构成了泄漏模拟装置的出油结构，其中电磁换向阀20设有两个出口，一个出口处设有流量传感器21，另一个出口处设有量筒22；由于泄漏量十分微小，利用两种检测方式来完成检测，以便于根据需要采用不同方式或对比获取更准确的数据信息。
泄漏模拟装置16通过管路连接并设置在球阀12和背压加载阀19之间；泄漏模拟装置包括多个具有不同直径的阀芯3、多个可与阀芯3组合形成不同间隙高度的阀体4、位于阀体4内壁与阀芯3之间的复位弹簧7、固定在阀体4上的螺旋测微头1；复位弹簧7和螺旋测微头1分别位于阀芯3两侧；螺旋测微头1的主轴1a抵在阀芯3端部；阀体4的进油口5连接至球阀12，出油口9连接至背压加载阀19。
对前述液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置的进一步细化，还设置有闭环温控结构，包括：受进油口5油温参数控制的温控器7、受温控器7控制的冷却器6，还包括由液压泵4与单向阀10之间管路引出并经溢流阀8连接至冷却器6的支路。
还包括设置在球阀12与泄漏模拟装置16之间管路上的进油侧压力传感器13；设置在泄漏模拟装置16和背压加载阀19之间的出油侧压力传感器18。阀体4包括阀体本体以及设于阀体本体两侧的挡块2和套筒6；挡块2可拆卸的设置在阀体4上，挡块2上设有与阀体4内腔同轴的测量通道，螺旋测微头1端部卡入或通过螺纹连接的方式固定设置在调节通道中，螺旋测微头1的主轴1a穿过调节通道抵在阀芯3端部；
套筒6可拆卸的设置在阀体4上，套筒6上设有与阀体4内腔同轴的调压通道，调压通道出口处设有调节螺母8，复位弹簧7设于调压通道中，复位弹簧7的两端分别抵在阀芯3和调节螺母8上。
在球阀12与泄漏模拟装置16之间、以及泄漏模拟装置16与背压加载阀19之间分别设置有缓冲减振管路。
缓冲减振管路采用液压软管制作，液压软管的长度不低于5m。与泄漏模拟装置进出油口采用液压软管(长度≥5m)相连，能够有效避免泵源及阀件振动噪声对泄漏声发射信号的采集产生干扰。
还包括：设置在第一油箱1和液压泵4之间的第一过滤器2；设置在液压泵4和单向阀10之间的第二过滤器9。
供油管路安装有闭环温控器，回油管路设置背压阀，采用量筒+流量传感器配合的方式测量内泄漏量，进回油管路通过两条长橡胶软管与泄漏模拟装置相连，可对油液温度、进出口压力等三个参数进行调节；滑阀内泄漏模拟装置由阀芯、阀体、进给机构、复位锁紧机构组成，真实模拟阀芯和阀体间的泄漏流道，通过更换阀体、阀芯、进给机构可对阀芯直径、间隙高度和密封长度等三个参数进行调节。
该装置可调参数为：油液温度、进口压力、出口压力、阀芯直径、间隙高度和密封长度；油液温度可调范围20℃～60℃，控制精度±1℃；滑阀内泄漏模拟装置进出口压力可调，范围0～10MPa，精度±0.5MPa；泄漏模拟装置阀芯和阀套可更换，阀芯直径有10mm、16mm、20mm三个系列，间隙高度有0.005mm、0.01mm、0.015mm、0.02mm四个系列；泄漏模拟装置密封长度可调，范围0～2mm，调整精度±0.01mm；流量测量要具有较高的精度，采用量筒+高精度流量传感器配合测量的方式，流量测量范围为0.05L/min～10L/min；声发射传感器检测范围20～100kHz，采样频率最高1MHz，油源与泄漏模拟装置之间采用软管连接，距离≥5m。
本申请还提供液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置使用方法，包括如下步骤：
S1.供油截止阀关闭状态下，启动液压站，打开温控器，至温度恒定在40℃；
S2.用煤油清洗阀套和阀芯，确认阀套内和阀芯外密封圈完好后，将泄漏模拟装置安装好；
S3.确定阀芯零位，记录下此时微分头读数；
S4.连接，打开供油截止阀，打开阀口，将管路及阀内空气排干；
S5.关闭截止阀和阀口，进行背景信号采集；
进行背景信号采集时，在压力0MPa且密封长度为2mm的情况下，采集3组背景信号，包括空耦和接触式声发射信号；
S6.密封长度调整至2mm，压力调整至2、4、6、8、10MPa，待泄漏量稳定后，进行信号采集，同时用量筒或流量传感器测量泄漏量；压力以试验台测压力表为准，采集前应确定信号有效性，每种工况采集3次，每次定时采集15秒；
S7.密封长度调整至1.5mm，重复步骤6；
S8.密封长度调整至1mm，重复步骤6；
S9.密封长度调整至0.5mm，重复步骤6；
S10.密封长度调整至0mm，重复步骤6；
S11.液压站停机后，关闭供油截止阀，更换阀芯，在间隙高度0.005、0.01、0.015、0.02mm下，重复步骤1-10。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置，其特征在于，包括恒压供油***、泄漏模拟装置、空耦声发射传感器(15)、接触式声发射传感器(17)；
恒压供油***包括通过管路依次连接的第一油箱(1)、液压泵(4)、单向阀(10)、蓄能器(11)、球阀(12)；还包括背压加载阀(19)、以及入口连接至背压加载阀(19)的电磁换向阀(20)；
其中电磁换向阀(20)设有两个出口，一个出口处设有流量传感器(21)，另一个出口处设有量筒(22)；
泄漏模拟装置(16)通过管路连接并设置在球阀(12)和背压加载阀(19)之间；
泄漏模拟装置包括多个具有不同直径的阀芯(3a)、多个可与阀芯(3a)组合形成不同间隙高度的阀体(4a)、位于阀体(4a)内壁与阀芯(3a)之间的复位弹簧(7a)、固定在阀体(4a)上的螺旋测微头(1a)；复位弹簧(7a)和螺旋测微头(1a)分别位于阀芯(3a)两侧；
螺旋测微头(1a)的主轴(1b)抵在阀芯(3a)端部；阀体(4a)的进油口(5a)连接至球阀(12a)，出油口(9a)连接至背压加载阀(19)；
还设置有闭环温控结构，包括：受进油口(5)油温参数控制的温控器(7)、受温控器(7)控制的冷却器(6)，还包括由液压泵(4)与单向阀(10)之间管路引出并经溢流阀(8)连接至冷却器(6)的支路；
冷却器的运行受温控器控制，主要用于控制泄漏模拟装置进口的油温，以避免油温对实验结果产生影响，对于温度的控制采用PID控制，控制对象为油液的温度，温度反馈通过设置在泄漏模拟装置进口的温度传感器（14）实现，冷却器直接冷却油箱的液压油，实现对油液温度的控制。
2.根据权利要求1所述一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置，其特征在于，还包括设置在球阀(12)与泄漏模拟装置(16)之间管路上的进油侧压力传感器(13)；设置在泄漏模拟装置(16)和背压加载阀(19)之间的出油侧压力传感器(18)。
3.根据权利要求1所述一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置，其特征在于，所述阀体(4a)包括阀体本体以及设于阀体本体两侧的挡块(2a)和套筒(6a)；
挡块(2a)可拆卸的设置在阀体(4a)上，挡块(2a)上设有与阀体(4a)内腔同轴的测量通道，螺旋测微头(1a)端部卡入或通过螺纹连接的方式固定设置在调节通道中，螺旋测微头(1a)的主轴(1b)穿过调节通道抵在阀芯(3a)端部；
套筒(6a)可拆卸的设置在阀体(4a)上，套筒(6a)上设有与阀体(4a)内腔同轴的调压通道，调压通道出口处设有锁紧螺母(8a)，复位弹簧(7a)设于调压通道中，复位弹簧(7a)的两端分别抵在阀芯(3a)和锁紧螺母(8a)上。
4.根据权利要求1所述一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置，其特征在于，在球阀(12)与泄漏模拟装置(16)之间、以及泄漏模拟装置(16)与背压加载阀(19)之间分别设置有缓冲减振管路。
5.根据权利要求4 所述一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置，其特征在于，所述缓冲减振管路采用液压软管制作，液压软管的长度不低于5m。
6.根据权利要求1所述一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置，其特征在于，还包括：设置在第一油箱(1)和液压泵(4)之间的第一过滤器(2)；设置在液压泵(4)和单向阀(10)之间的第二过滤器(9)。
7.一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.供油截止阀(12)关闭状态下，启动液压站，打开温控器，至温度恒定在40℃；
S2.用煤油清洗阀套和阀芯，确认阀套内和阀芯外密封圈完好后，将泄漏模拟装置安装好；
S3.确定阀芯零位，记录下此时微分头读数；
S4.连接，打开供油截止阀(12)，打开阀口，将管路及阀内空气排干；
S5.关闭截止阀和阀口，进行背景信号采集；
S6.密封长度调整至2mm，压力调整至2、4、6、8、10MPa，待泄漏量稳定后，进行信号采集，同时用量筒或流量传感器测量泄漏量；
S7.密封长度调整至1.5mm，重复步骤6；
S8.密封长度调整至1mm，重复步骤6；
S9.密封长度调整至0.5mm，重复步骤6；
S10.密封长度调整至0mm，重复步骤6；
S11.液压站停机后，关闭供油截止阀，更换阀芯，在间隙高度0.005、0.01、0.015、0.02mm下，重复步骤1-10。
8.根据权利要求7 所述一种液压滑阀内泄漏声发射检测实验装置使用方法，其特征在于，在S5中，进行背景信号采集时，在压力0MPa且密封长度为2mm的情况下，采集3组背景信号，包括空耦和接触式声发射信号；在S6中，压力以泄漏模拟装置进口压力传感器(13)为准，采集前应确定信号有效性，每种工况采集3次，每次定时采集15秒。
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