CN114483712B - 一种液压缸微内泄漏检测试验台及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压缸微内泄漏检测试验台及其检测方法。液压缸微内泄漏检测试验台包括电机、液压泵、三位四通电磁换向阀、液压缸、截止阀、增压缸、计量泵、电机、传动装置、压力传感器和控制器；检测方法可得到液压缸内泄漏量的实时数据，并可通过其变化曲线预测液压缸的内泄漏情况。本发明液压缸微内泄漏检测试验台及其检测方法能够对液压缸内微小泄漏量进行实时和精确的检测。

Description

一种液压缸微内泄漏检测试验台及其检测方法
技术领域
本发明属于液压缸技术领域，具体涉及一种液压缸微内泄漏检测试验台及其检测方法。
背景技术
液压缸泄漏分为外泄漏和内泄漏，是液压缸常见的一种故障，其中，内泄漏是指液压缸内部的油液由高压腔向低压腔泄漏，内泄漏故障发生率高且难以察觉。内泄漏会导致液压缸的输出力下降，严重影响液压***的性能和效率，但掌握液压缸是否存在内泄漏以及内泄漏的程度较为困难。
目前，对液压缸内泄漏进行检测的常用方法有量杯检测法和压降法等。量杯检测法是将液压油通入液压缸一腔使活塞运行至行程终点，且加压腔保持额定压力，用量杯在未加压的一腔油口测量一定时间内泄漏油的体积。其测量效率低、耗时长，且难以实现微小泄漏量的精确测量。压降法是通过测量工作腔单位时间的压降值，根据压降与内泄漏的关系，得出内泄漏量。它只能定性判断泄漏情况，无法实现对泄漏量的定量化检测。
基于现有液压缸内泄漏检测方法只能得到一段时间内的平均泄漏量，且难以实现对微小泄漏量的精确检测。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液压缸微内泄漏检测试验台及检测方法，能够对液压缸内微小泄漏量进行实时和精确的检测。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
在一实施例中，提供了一种液压缸微内泄漏检测试验台，包括：
第一电机；
液压泵，其与所述第一电机同轴连接；
三位四通电磁换向阀，其进油口与所述液压泵的出油口连通；
液压缸，其通过进出油路与所述三位四通电磁换向阀连通且共同构成油回路；
截止阀，其分别设置在所述进出油路的进油路段上的第一截止阀和所述进出油路的出油路段上的第二截止阀；
增压缸，其出油口与所述进出油路上位于所述液压缸和所述截止阀之间的管路段连接；
计量泵，其出油口与所述增压缸的进油口连通；
第二电机；
传动装置，其将所述第二电机与所述计量泵连接；
压力传感器，其设置在所述进出油路的位于所述液压缸和所述增压缸的出油口之间的管路段上；
控制器，其与所述第二电机以及所述压力传感器均连接；以及
计算机，其输入端与所述计量泵的输出端连接。
进一步的，所述计量泵采用柱塞式计量泵。
进一步的，所述控制器采用PID控制器。
在一实施例中，提供了一种液压缸微内泄漏检测试验台的检测方法，包括以下步骤：
先启动第一电机驱动液压泵工作，在保压前，通过调整三位四通电磁阀换向阀使液压缸试运行，并且第一截止阀和第二截止阀均开启；
然后液压泵通过三位四通电磁换向阀给液压缸高压腔及增压缸高压腔供油，待液压缸压力达到额定试验压力且增压缸高压腔同样达到额定试验压力平稳后，三位四通电磁换向阀换向工作于中位，并将驱动液压泵的第一电机关闭，第一截止阀和第二截止阀均关闭，使试验台处于保压状态；液压缸运动过程中，压力传感器实时测量液压缸高压腔实际工作压力，并将其与额定工作压力进行比较求得偏差，由偏差值计算得到第二电机的目标转速，控制器输出转速控制信号，调节转速使第二电机通过传动装置驱动计量泵，增压缸对计量泵输出油液进行增压后对液压缸高压腔进行补油，最终液压缸高压腔压力保持为额定工作压力；
最后通过计算机对计量泵的输出数据进行处理，得到液压缸的泄漏量以及泄漏量随时间变化的曲线，通过此曲线判断液压缸内泄漏量是否符合标准；
进一步的，将泄漏量随时间变化的曲线划分为初期泄露阶段、正常泄漏阶段和剧烈泄漏阶段，对泄漏加速度进行如下计算：
Figure BDA0003495973860000031
其中，q表示泄漏量，t表示时间，初期泄漏阶段a＜0，正常泄漏阶段a＝0，剧烈泄漏阶段a＞0，当a＞0时，计算机发出预警，此时液压缸存在发生泄漏故障的风险，需对其进行检测。
本发明实施例的液压缸微内泄漏检测试验台以及使用方法至少具有如下有益效果：
1、通过伺服控制***保持液压缸工作腔的压力恒定，继而柱塞式液压计量泵对液压缸的补油量即为液压缸的内泄漏量。较之现有液压缸内泄漏检测方法只能得到一段时间内的平均泄漏量，此发明可得到液压缸内泄漏量的实时数据，并可通过其变化曲线预测液压缸的内泄漏情况。
2、利用液压油的可压缩特性，采用高精度伺服补偿方式来补偿被测液压缸的内泄漏量，可实现液压缸微小内泄漏量的定量检测，检测精度高。
附图说明
图1为本发明一实施例中补偿油泵法液压试验台原理图；
图2为本发明一实施例中控制器功能框图；
图3为本发明一实施例中增压缸工作原理图；
图4为本发明一实施例中液压缸泄漏趋势曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，在一实施例中，提供了一种液压缸微内泄漏检测试验台，包括：
第一电机11、液压泵10、三位四通电磁换向阀12、液压缸1、截止阀、增压缸8、计量泵6、第二电机4、传动装置5、压力传感器2和控制器3。
液压泵10与第一电机11同轴连接，三位四通电磁换向阀12的进油口与液压泵10的出油口连通，液压缸1通过进出油路与三位四通电磁换向阀12连通且共同构成油回路，截止阀分别设置在进出油路的进油路段上的第一截止阀131和进出油路的出油路段上的第二截止阀132，增压缸8的出油口与进出油路上位于液压缸1和截止阀之间的管路段连接，计量泵6的出油口与增压缸8的进油口连通，传动装置5将第二电机4与计量泵6连接，压力传感器2设置在进出油路的位于液压缸1和增压缸8的出油口之间的管路段上，控制器3与第二电机4以及压力传感器2均连接，计算机7的输入端与计量泵6的输出端连接。液压泵9出油口与溢流阀8连接。
优选地，第二电机4采用伺服电机，计量泵6采用柱塞式计量泵6，控制器3采用PID控制器3。
液压泵10由第一电机11驱动，为被测缸按照国家标准进行试运行等测试项目时提供动力油。
三位四通电磁换向阀12工作于左位时，液压缸1无杆腔的油路开启，液压缸1活塞杆伸出；三位四通电磁换向阀12工作于右位时，液压缸1有杆腔的油路开启，液压缸1活塞杆缩回；三位四通电磁换向阀12工作于中位时，在M型中位机能的作用下，液压缸1活塞可靠停止。
第一截止阀131和第二截止阀132通过对液压缸1主油路的闭锁，实现对***检测回路的可靠保压。
液压缸1运动过程中，压力传感器2测量液压缸1无杆腔实际工作压力，并将其与额定工作压力进行比较求得偏差，偏差值输入PID控制器3，PID控制器3根据偏差值输出转速控制信号，调节转速使第二电机4通过传动装置5驱动计量泵6根据液压缸1无杆腔压差值进行补油，最终液压缸1无杆腔压力保持为额定工作压力。因计量泵6工作压力远小于液压缸1工作压力，在计量泵6出口连接一个增压缸8，将计量泵6输出油液增压后对被试缸进行补油，使液压缸1无杆腔压力始终保持为额定试验压力，由计量泵6在保持无杆腔压力恒定条件下的补油量可计算出液压缸1的内泄漏量。
如图2所示，PID控制器3是工业过程控制中广泛采用的一种控制器3，其中，P、I、D分别为比例(Proportion)、积分(Integral)、微分(Differential)的简写；将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，用该控制量对受控对象进行控制，称为PID算法。在PID控制器3使用过程中，对比例系数KP、积分系数KI和微分系数KD分别进行调节。通过调节比例系数KP加快调节，减小误差；通过调节积分系数KI消除稳态误差，提高无差度；通过调节微分系数KD产生超前的控制效果，改善***的动态性能。
增压缸8增压原理，图3如下所示，无杆腔压力为P1，活塞面积为A1，有杆腔压力为P2，活塞面积为A2，由力守恒定律可得P1·A1＝P2·A2，公式变换得P2/P1＝A1/A2，故增压缸8使得油液压力增大A1/A2倍。通过增压缸8可利用工作压力较低的计量泵6对工作压力较高的液压缸1进行补油，达到精密测量液压缸1泄漏量的目的。
计量泵6输出流量为Q1，增压缸8输入流量即为计量泵6输出流量Q1＝P1·A1，增压缸8输出流量Q2＝P2·A2，计量泵6可直接输出Q1值，由
Figure BDA0003495973860000052
变换得
Figure BDA0003495973860000051
Q2为输入液压缸1的流量，即为液压缸1的泄漏量。通过计算机7对计量泵6输出值进行处理，并绘制出液压缸1补油量随时间变化的曲线，通过此曲线根据行业标准JB/T10205-2010可判断液压缸1内泄漏量是否符合标准。
在一实施例中，提供了一种液压缸1微内漏检测试验台的使用方法，包括以下步骤：
先启动第一电机11驱动液压泵10工作，在保压试验之前，通过调整三位四通电磁阀换向阀使液压缸1试运行几次，以排除液压试验台内的残留空气，第一截止阀131和第二截止阀132均开启；
然后液压泵10通过三位四通电磁换向阀12给液压缸1无杆腔及增压缸8高压腔供油，待液压缸1的活塞杆向右伸出到底、压力达到额定试验压力(液压缸1公称压力)且增压缸8高压腔同样达到额定试验压力平稳后，三位四通电磁换向阀12换向工作于中位，并将驱动液压泵10的第一电机11关闭，第一截止阀131和第二截止阀132关闭使***处于保压状态；液压缸1运动过程中，压力传感器2实时测量液压缸1无杆腔实际工作压力，并将其与额定工作压力进行比较求得偏差，由偏差值计算得到第二电机4的目标转速，PID控制器3输出转速控制信号，调节转速使第二电机4通过传动装置5驱动计量泵6，增压缸8对计量泵6输出油液进行增压后对液压缸1无杆腔进行补油，最终液压缸1无杆腔压力保持为额定工作压力。
最后通过计算机7对计量泵6的输出数据进行处理，得到液压缸1的补油量(泄漏量)，并绘制出泄漏量随时间变化的曲线，如图1所示，通过此曲线根据行业标准JB/T10205-2010可判断液压缸1内泄漏量是否符合标准。
优选的，将泄漏量随时间变化的曲线划分为初期泄露阶段、正常泄漏阶段和剧烈泄漏阶段，对泄漏加速度进行如下计算：
Figure BDA0003495973860000061
其中，q表示泄漏量，t表示时间，初期泄漏阶段a＜0，正常泄漏阶段a＝0，剧烈泄漏阶段a＞0，当a＞0时，计算机发出预警，此时液压缸存在发生泄漏故障的风险，需对其进行检测。
对被测液压缸1有杆腔进行内泄漏检测的方法与上述无杆腔内泄漏检测方法类似。
本发明实施例的液压缸微内泄漏检测试验台以及检测方法至少具有如下有益效果：
1、通过伺服控制***保持液压缸1工作腔的压力恒定，继而柱塞式液压计量泵6对液压缸1的补油量即为液压缸1的内泄漏量。较之现有液压缸1内泄漏检测方法只能得到一段时间内的平均泄漏量，此发明可得到液压缸1内泄漏量的实时数据，并可通过其变化曲线预测液压缸1的内泄漏情况。
2、利用液压油的可压缩特性，采用高精度伺服补偿方式来补偿被测液压缸1的内泄漏量，可实现液压缸1微小内泄漏量的定量检测，检测精度高。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (2)

1.一种液压缸微内泄漏检测试验台的检测方法，其特征在于，试验台包括：
第一电机；
液压泵，其与所述第一电机同轴连接；
三位四通电磁换向阀，其进油口与所述液压泵的出油口连通；
液压缸，其通过进出油路与所述三位四通电磁换向阀连通且共同构成油回路；
截止阀，其分别设置在所述进出油路的进油路段上的第一截止阀和所述进出油路的出油路段上的第二截止阀；
增压缸，其出油口与所述进出油路上位于所述液压缸和所述截止阀之间的管路段连接；
计量泵，其出油口与所述增压缸的进油口连通；所述计量泵采用柱塞式计量泵
第二电机；
传动装置，其将所述第二电机与所述计量泵连接；
压力传感器，其设置在所述进出油路的位于所述液压缸和所述增压缸的出油口之间的管路段上；
控制器，其与所述第二电机以及所述压力传感器均连接；所述控制器采用PID控制器；
以及计算机，其输入端与所述计量泵的输出端连接；
所述方法步骤如下：先启动第一电机驱动液压泵工作，在保压前，通过调整三位四通电磁阀换向阀使液压缸试运行，并且第一截止阀和第二截止阀均开启；
然后液压泵通过三位四通电磁换向阀给液压缸高压腔及增压缸高压腔供油，待液压缸压力达到额定试验压力且增压缸高压腔同样达到额定试验压力平稳后，三位四通电磁换向阀换向工作于中位，并将驱动液压泵的第一电机关闭，第一截止阀和第二截止阀均关闭，使试验台处于保压状态；液压缸运动过程中，压力传感器实时测量液压缸高压腔实际工作压力，并将其与额定工作压力进行比较求得偏差，由偏差值计算得到第二电机的目标转速，控制器输出转速控制信号，调节转速使第二电机通过传动装置驱动计量泵，增压缸对计量泵输出油液进行增压后对液压缸高压腔进行补油，最终液压缸高压腔压力保持为额定工作压力；
最后通过计算机对计量泵的输出数据进行处理，得到液压缸的泄漏量以及泄漏量随时间变化的曲线，通过此曲线判断液压缸内泄漏量是否符合标准。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，将泄漏量随时间变化的曲线划分为初期泄露阶段、正常泄漏阶段和剧烈泄漏阶段，对泄漏加速度进行如下计算：
Figure FDA0004058636790000021
其中，q表示泄漏量，t表示时间，初期泄漏阶段a＜0，正常泄漏阶段a＝0，剧烈泄漏阶段a＞0，当a＞0时，计算机发出预警，此时液压缸存在发生泄漏故障的风险，需对其进行检测。
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