液壓閥微小內泄漏檢測技術研究

李志豐，譚彥顯，黃正茂

（湖南省產商品質量檢驗研究院，湖南長沙 410007）

0 引言

液壓閥是液壓系統的控制元件，用來控制液體的壓力、流量和方向，在裝備領域應用廣泛。內泄漏量是液壓閥的重要性能指標，內泄漏量過大會使液壓系統裝配主機的執行機構動作不到位，難以精確控制動作軌跡，嚴重時可能造成安全事故。

1 內泄漏原因分析

液壓閥工作時，液壓油通過閥芯和閥體之間的間隙，從閥的高壓區流向低壓區，從而造成內泄漏。引起液壓閥內泄漏的原因有很多，液壓閥生產過程中的裝配質量問題，例如：閥芯前端錐面與閥芯外圓不同軸、閥體孔與閥芯同軸度差、閥芯裝配時外圓與閥體孔配合間隙大而在孔內產生歪斜。液壓閥在使用過程中，容易受油液污染等因素的影響，引起閥芯與閥套之間密封面的磨損、拉傷、腐蝕、偏心等，都會造成內泄漏的變化。

2 液壓閥內泄漏量要求

根據標準JB/T 10364—2014《液壓單向閥》規定，以礦物油型液壓油或性能相當的其他液體為工作介質的部分板式單向閥、疊加式單向閥、管式單向閥、板式液控單向閥、疊加式液控單向閥、管式液控單向閥內泄漏量≤0.2 mL/min。普通單向閥的內泄漏量要求見表1。

表1 普通單向閥內泄漏量要求

根據標準JB/T 10368—2014《液壓節流閥》規定，以礦物油型液壓油或性能相當的其他液體為工作介質的部分節流截止閥內泄漏量≤1.0 mL/min，具體要求見表2。

表2 節流截止閥內泄漏量要求

3 液壓閥內泄漏量檢測存在的問題

現有的各種流量傳感器和流量計（包括液壓試驗常用的橢圓齒輪流量計、蝸輪流量計和齒輪流量計）均不能測量1.0 mL/min 以下的微小內泄漏。這是因為微小流量不足以使現有流量計的傳感元件產生轉動，而且現有流量計的計量發信裝置不能識別微小的角位移。液壓閥微小內泄漏測量的常用方法有量杯和秒表法，是通過向液壓閥油口注滿液壓油并加壓至規定壓力，在另一油口用量杯測量泄漏油的體積，并用秒表記錄泄漏時間，這種測量方法測得的是平均內泄漏量，需要時間較長，而且檢測精度低。

針對液壓閥微小內泄漏難以精確檢測的問題，專家學者們對內泄漏進行了相關研究，并提出了許多解決辦法。宋飛[1]等對液壓滑閥內泄漏規律進行研究，搭建了滑閥內泄漏模擬實驗臺，對10 mm、16 mm、20 mm 閥芯直徑的滑閥正常間隙（5 μm）和過大間隙（40 μm）下的泄漏規律進行了試驗研究。結果表明，無論在正常間隙還是過大間隙下，滑閥內泄漏都是層流，并得到了徑向間隙、密封長度、壓差、閥芯直徑等因素對泄漏量的影響規律。此外，發現由層流公式得出的理論泄漏量與實測泄漏量總會存在一定的偏差，分析得出偏差可能是由于油液溫度、閥芯偏心、傾斜和流態的變化引起的。余忠華、陸彬[2]發明了一種液壓閥的內泄漏量檢測裝置，該裝置通過稱重傳感器/變送器將泄漏油的重量轉換成電信號，并經A/D 轉換成數字信號，輸入到單片機，再換算成內泄漏量。沈延康[3]等發明了一種液壓閥內泄漏的檢測方法及其裝置，該裝置采用液壓油缸和位移傳感器組合方式，通過檢測液壓油缸活塞的位移，換算出一段時間內被測試液壓閥的泄漏量，進行液壓閥內泄漏的檢測。

4 新型內泄漏檢驗裝置設計

為了解決上述問題，提出了一種新型液壓閥微小內泄漏檢驗裝置，其原理如圖1 所示。

圖1 新型液壓閥微小內泄漏檢驗裝置

磁致伸縮液位傳感器包括探測管體、探測桿、浮子和信號處理模塊。探測管體豎直設置并與測試油管連通，泄漏的油液由測試油管流入探測管體中，引起探測管體內部的油液液位變化。探測桿位于探測管體內部，且探測桿與探測管體同軸設置。浮子滑動設置于探測桿上，內部設有磁環，漂浮于探測管體內部的油液液面上，隨油液液面的變化發生高度位置的變化。信號處理模塊與探測桿連接，用于向探測桿發送和接收電磁信號。

探測桿內部設有波導絲的波導管，與帶有磁環的浮子配合，磁環連接浮子，在波導管上產生一個磁場。通過磁致伸縮技術來實現探測管體內部液位變化的檢測。探測桿內部設有兩層用于保護波導絲的絕緣套管，探測桿還包括返回導線和末端的阻尼元件等。

信號處理模塊包括相互連接的信號發生組件、回波檢測組件和控制器，通過信號發生組件發送激勵脈沖，通過回波檢測組件檢測回波脈沖，通過控制器進行內泄漏量的計算。控制器為PLC 可編程邏輯控制器，具有自動計時功能，通過測量激勵脈沖發射和回波之間的時間間隔精確測量波導管內的超聲波速度，將接收返回信號所需的時間轉換為高精度、可重復的線性位移測量值，從而轉化為被測體的位移量，即液面變化量L。若探測管體內部的橫截面與探測桿的橫截面之差為S，則待測液壓閥的內泄漏量Q=LS/T。

探測管體上設有與液壓油箱連通的支管，支管水平設置，管上設有第三控制閥。當進行待測液壓元件的內泄漏量測量時將第三控制閥打開，當待測液壓閥內泄漏量過大時會造成探測管體內部的油液液面過高，此時油液可從支管流入液壓油中，實現對磁致伸縮液位傳感器的保護。

該裝置包括可移動安裝座，可移動安裝座上設置有測試油管、液壓油箱和磁致伸縮液位傳感器，便于實現測量裝置的整體移動，可以在不同試驗臺進行液壓閥的內泄漏檢測。可移動安裝座上設有安裝架，用于固定安裝測試油管、液壓油箱和磁致伸縮液位傳感器，可移動安裝座底部設有萬向輪，用于安裝座的自由移動。

裝置的磁致伸縮液位傳感器采用MTS 的RHM0590MR021A01型傳感器，其具體的技術參數為：D/A 分辨率16 bit，0.001 5%滿量程（最小1 μm）；行程590 mm；非線性度＜滿量程的±0.01%（最小±50 μm）；重復精度＜滿量程的±0.001%（最小±1 μm）；滯后精度＜4 μm。數據采集卡采用NI USB-6210 型采集卡，其具體技術參數為：總線連接器USB；最大單端模擬輸入通道數量16 個；最大差分模擬輸入通道數量8 個；最大采樣率250 kS/s；模擬輸入分辨率16 bit；模擬輸入絕對精度2960 μV；計數器/定時器數量2 個；正面連接方式為螺栓端子；電源輸入為總線供電方式；緩存容量4095 個樣本。

5 新型內泄漏檢驗裝置使用方法

該裝置使用方法如下：

（1）將待測液壓閥內部的空氣排出。

（2）打開第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥，使液壓油箱中的油液輸入至待測液壓閥的出油口一端，然后關閉第二控制閥。

（3）通過進油管向待測液壓閥的進油口一端輸入油液，使待測液壓閥內部的液壓油壓力達到額定壓力或用戶指定的壓力，使磁致伸縮液位傳器的探測管體內部的油液達到基礎液位。

（4）對待測液壓閥的內泄漏進行檢測，通過磁致伸縮液位傳感器的信號處理模塊得到待測液壓閥的內泄漏量。

6 結論

研究液壓閥微小內泄漏的檢測方法，設計的檢測裝置將液壓閥的內泄漏量轉化為液位的上升量，通過磁致伸縮液位傳感器測量液位變化，從而得到液壓閥的內泄漏量。該方法可以在裝置的有效行程內實現連續測量，具有效率高、精度高、自動化程度高等特點。