液压油和软管的等效体积弹性模量测定

　　弹性模量是液压油和软管的固有特性,对它的取值精确与否将直接影响到对液压系统分析的精度和正确性。影响弹性模量的因素主要有以下几点: (1)油液特性; (2)油液中空气含量; (3)系统工作压力; (4)工作温度; (5)软管长度和内径。在目前的弹性模量测量中,可靠、实用的测量设备还仅仅局限于学术上的讨论,缺乏这类设备成了开展相关实际工作时的一大难点[1]。作者根据弹性模量的定义设计一种检测装置,经过实验验证此方法可行。

　　1　弹性模量检测装置的设计

　　弹性模量的定义如下:

式中:βe为油液的弹性模量;

　　V为初始状态的油液体积;

　　ΔV为油液体积的改变量;

　　Δp为与ΔV对应的油液压力的改变量。

　　根据式(1)可知,只要知道油液和软管的初始体积V,压力变化量Δp和体积变化量ΔV就可以计算出油液和软管的等效体积弹性模量。该装置设计就是依托上述原理,由于软管弹性模量计算过程中用到油液弹性模量,所以先测量油液体积弹性模量,利用普通液压油作为研究对象,对测试腔内一定体积的油液施加压力,改变力的大小,得到相应的油液体积变化量和压力变化量,根据上述直接测得的参数,按油液弹性模量的定义求得油液的弹性模量值。

　　检测装置结构原理如图1所示,该实验依靠疲劳实验机给实验液压缸提供稳定外力来改变油液的压力和体积。图1中主要元件有疲劳实验机自带的位移传感器1、疲劳实验机上压头2、实验液压缸3、托盘4、疲劳实验机下压头5、截止阀6、油压传感器7。检测装置中实验油缸是自行设计的,按普通柱塞油缸设计,活塞杆行程50 mm,活塞杆直径22 mm,缸内径63 mm。油压传感器7的示数通过万用表读出。

　　实验过程如下:

　　(1)首先给实验油缸进油,进油依靠现有泵站进行,由于液压缸是柱塞缸,所以无杆腔和有杆腔是相通的,进油口接无杆腔或有杆腔都可以,注满油后有杆腔一侧油口接截止阀,无杆腔一侧油口接油压传感器如图2所示。

　　(2)油缸加满油后,将油缸活塞杆卡在疲劳实验机上卡头上,如图2所示,通过油压传感器读出油缸内初始压力p0=0·945 3MPa,然后疲劳实验机下卡头卡住托盘不动,缓慢向下动作疲劳机上卡头,当油缸底部和托盘刚刚接触时停止动作,读出位移传感器读数h0=17·20 mm,油液初始体积按油缸的结构图算出为V0=250·481 9 cm3。初始参数已经读出,下一步给油缸施加压力,初始压力为0·2 kN,活塞杆向下压下,稳定后读出压力p1=2·556 3MPa和位移h1=20·696 mm,此时式(1)中的参数都可以算出,所以弹性模量可按定义算出: