基于电阻应变计的液压系统应变监测技术研究

　　引言

　　随着自动化程度的不断提高,现代的液压系统已经向质量轻、体积小、高压化、功率密度大和变压力等方向发展,人们迫切希望提高系统的可靠性与安全性。因此,及时有效地监测、预防和预报液压系统的运行状态就显得尤为重要。

　　目前用于液压系统状态监测的参数中油液压力信号是最直接、最易获得的。我们通过理论分析和大量的实验研究,提出了一种基于电阻应变计的液压系统应变监测技术。该技术主要是通过粘贴在管路上的应变片(即电阻应变计)的应变来反映系统油液压力变化情况。通过对监测信号的提取和分析,说明了液压系统管路设计应减少弯管数量,并优先选取主油路上的测点进行监测,阐述了如何选取信号检测桥路和应变监测信号。因此,液压系统应变监测技术的应用前景十分广阔。

　　1　管路应变片粘贴方式

　　管路应变片的粘贴方式主要与液压管路的压力分布有关,图1为液压管的剖面图,p₁和p₂分别为管壁所受的内压和外压。在管路受力分析中往往只考虑内压的作用,而外压常常被忽略不计(即p2=0),其管壁单元体受力分析如图2所示[1]。

　　根据轴对称性,作用于单元体柱面ad上的径向应力σr和作用于径向面ab上的周向应力σθ都只是r的函数,与θ角无关,而且单元体周围四个面上剪力作用为零。所以σr和σθ都是主应力。

　　因此根据实际应用中主应力方向已知的平面应力测量方法[2],管路应变片粘贴时只需沿主应力方向贴两个应变片,同时采取温度补偿措施即可,其贴片方式如图3所示。

　　2　实验条件

　　液压系统在运行时,会产生多种动态信号。为了研究液压系统典型工况的特点、形成机理以及动态信号间的相互关系,按照液压系统的常见模式以及运行特点设计了如图4所示实验系统。

　　实验系统采用双回路供油方式:柱塞泵1供油方式和齿轮泵2供油方式。液压泵出口压力由溢流阀6-1、2调节;通过电磁换向阀8可以控制马达9换向;比例溢流阀10可以给系统模拟加载。因此,在该实验系统中可以实现或模拟液压系统工作时的多种常见工况,满足了液压系统应变监测技术的研究与应用。

　　根据系统油液流向,管路应变片的布置如图5所示。其中,①~⑧为工作片,⑨~○11为温度补偿片,且补偿片布置在回油管路上。

　　3　管路对压力信号的影响分析

　　管路在液压系统中不仅起着连接液压泵与控制阀、控制阀与执行器的作用,还具有传递系统能量的功能[3-4]。因此,当液压管路发生弯曲或改变方向时,由于油液分子间的内摩擦、油液和管壁之间的外摩擦,使得部分压力能转换为热能,致使油液压力损失。