液壓系統壓力的原位檢測研究

高珊

摘要：本文分析了液壓系統壓力原位檢測的機理，提出了液壓系統壓力的應變片式原位檢測方案，并在綜合試驗臺和某型裝甲車上進行了實時檢測，發現該方案原理可行，檢測原理對控制油液污染度和液壓系統的故障診斷具有較大參考價值。

關鍵詞：液壓系統；應變片；原位檢測

1.引言

液壓系統具有體積小、重量輕、比功率大、運行平穩、可無級調速等優點，廣泛應用于飛機、火箭、船艦、車輛等地方。隨著液壓技術和計算機技術的迅猛發展和日益普及，液壓系統中大量采用伺服構件，為保證伺服構件和液壓系統的正常工作，要求液壓系統油液清潔度比較高，如飛機的液壓伺服閥要求油液清潔度不低于GJB420A-6A級。目前對液壓系統壓力的檢測仍采用在管路中并聯測量元件的方法測量，該方法工序復雜，不能保正油液的清潔度和系統的工作安全。為此我們對液壓系統壓力進行原位檢測研究，在此基礎上研制出便攜式液壓系統故障原位診斷儀，附加于診斷部位，即可迅速查明液壓附件的運行狀態，進而評估液壓系統的動態品質。

2.壓力原位檢測機理

液壓系統利用工作介質——液壓油所具有的壓力能進行能量的傳遞和轉換，各種形式的液壓伺服閥或舵機實現對壓力的控制和分配。壓力能是液體分子內能的一種表現形式，在其作用下液壓附件和導管產生一定穩度的彈性變形。液壓導管壁厚和導管平均直徑之比值一般小于0.1，因此可把液壓導管看作承受內部壓力的薄殼構件進行理論計算。導管在內部壓力作用下產生的軸向應變ε和壓力Ρ的關系如下：

上式說明，在導管的幾何尺寸和金屬材料確定后，導管的軸向應變與承受的內壓成正比。例：r=8mm，h=1mm的碳鋼管，在壓力變化為0.1ΜΡa時，對應2個微應變。同樣，根據這一原理，在實際檢測過程中，可以檢測出具體的應變值，再將此應變值轉化為電壓信號，按預定程序分析處理該信號，即可得出壓力的變化情況，從而可以判斷液壓系統故障。

3.壓力的原位檢測實現

在計算機十分普及的今天，可采用多種方式檢測應變量。例如：應變片式，電感式，電容式和光導纖維式等。經過反復試驗對比，相對而言，采用應變片式非接觸式檢測壓力可行性較好，主要優點：操作簡單，抗環境干擾能力強，壓力信號穩定，成本低廉。為此，我們采用了這一方法。

采用應變片原位檢測導管內壓力的方法如下：選用與被測導管尺寸相同的金屬片作彈性體（筆者采用紫銅片），在彈性體外測粘貼4片應變片R1，R2，R3，R4。如圖1所示。

R1與R3為工作片，R2和R4為彈性彈性體溫度補償片，電信號采用差動方法輸出，組成如圖2所示電橋。

將彈性體兩端緊固于導管外壁，在彈性體長度范圍內（100mm內），被測導管的直線度與橢圓度均應符合要求（不超過0.5%）。給電橋供直流恒壓，在電橋兩臂取得壓力變換的電信號，當E=10V，液壓導管內每變化一個壓力時（約0.1ΜΡa）輸出信號變化約為0.1mV，即ΔV0=0.1mV，經信號放大，濾波和A/D轉換后，計算機進行實時采集，可得出液壓系統的壓力。

4.壓力原位檢測應用

4.1 在飛機綜合試驗臺上的檢測

將上述應變片傳感器連接在飛機綜合測試系統臺上（VXI），并進行45次動態測試，壓力從零值上升到7ΜΡa，然后逐漸降為零值，根據飛機液壓系統的實際情況，設壓力為4ΜΡa時輸出信號為零值，壓力每升高0.5ΜΡa自動記錄一次，試驗結果證明傳感器線性良好，其中連續幾次檢測的正反行程模擬信號見表1。

這一良好的線性關系說明了這樣一個重要問題：即可以通過電壓信號的變化反映液壓的變化，從而獲得液壓系統的壓力值，進而判斷液壓系統壓力故障，例如，把模擬信號經A/D轉換輸入計算機，繪制出如圖3所示動態檢測曲線。

4.2 某型裝甲車上的實地檢測是為檢驗液壓系統故障的應變片或傳感器診斷技術的通用性，又在裝甲兵某部某型裝甲車上進行了檢測，其檢測的壓力——時間曲線如圖4所示，發現被測車輛左側助力器工作失效的故障與實際情況吻合。

5.結束語

試驗證明液壓系統的壓力可以進行原位檢測，通過壓力信號的提取利用計算機可對液壓系統故障進行原位診斷，該技術具有較好的應用前景，在這一方面，我們進行了初步嘗試，當然，還有許多地方需要改進，以期達到完全實用化。