液壓系統內洩漏的測量方法及其應用的製作方法

2023-05-30 06:26:01

專利名稱：液壓系統內洩漏的測量方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓系統內洩漏的測量方法及其應用。
背景技術：
液壓設備在機械行業中被廣泛應用，特別是在重工業中有著重要地位。長期以來，內洩漏一直是存在於液壓系統中的一個重要難題，對於設備維護人員來說猶如黑匣子，其中包含著液壓系統中很多重要信息，然而又難於直觀了解。為此有科技人員研究開發液壓系統內洩漏測量方法，如專利號為95121774.7的中國專利「液壓電梯油洩漏量的檢測方法」，其第一步，當接收到轎廂呼喚信號時執行樓層服務操作、使計時器歸零並測量油溫；第二步，當轎廂停在某樓層而門打開範圍開關未偏離門打開範圍傳感板時增加計時器計數值；第三步，測量油溫和時間直到轎廂偏離正常位置；第四步，測量計時器計數值為零時的油溫、門打開範圍開關偏離傳感板時的油溫和轎廂從正常位置偏離到非正常位置的時間；第五步，比較轎廂下降量和預先設定值；第六步，判斷電梯系統狀態；其缺陷在於測量方法比較煩瑣，而且通用性比較差，受其電梯產品的限制，不能在其它液壓系統上進行推廣應用。

發明內容
本發明所要解決的首要技術問題是提供一種液壓系統內洩漏的測量方法，其測量方法簡單快捷、通用性更強、適合在廣泛的液壓系統上進行在線檢測使用。
本發明所要解決的另一個技術問題是提供上述測量方法的應用。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種液壓系統內洩漏的測量方法，其特徵在於步驟依次為(1)利用液壓系統中液壓站或主壓力管線上原有的液壓蓄能器，或在系統中接入專用的測量用液壓蓄能器；(2)先測量蓄能器實際預充氣體壓力P0，而有效氣體容積V0值可以根據蓄能器的說明書得到或實際測得；(3)後讓液壓系統達到正常工作壓力後，停止系統對外做功，關閉液壓站工作泵，讓蓄能器單獨向系統供油，記下開始時間t1，初始壓力P1，以及中間某一時刻t2及壓力值P2；(4)通過公式計算液壓系統內洩漏量；公式可以選用小孔節流公式計算法進行計算q=2V0P01/n[p2-(2+n)/2n-p1-(2+n)/2n](2+n)(t2-t1)P]]>其中，q為液壓系統在壓力為P時的內洩露量；n為理想氣體狀態方程常數；公式還可以選用平均值計算法進行計算Q=V0[(P0/P1)1/n-(P0/P2)1/n]t2-t1]]>其中，Q為液壓系統的平均內洩露量；n為理想氣體狀態方程常數。
作為改進，上述的小孔節流公式可以簡化為等溫狀態下q=0.667V0P0[p2-1.50-p1-1.50](t2-t1)P]]>絕熱狀態下q=0.5882V0P00.7143[p2-1.214-p1-1.214](t2-t1)P]]>多變過程狀態q=0.615V0P00.8[p2-1.30-p1-1.30](t2-t1)P]]>(5)注意上述各方法計算出的液壓系統內洩漏是在系統外洩漏為0的情況下測定並計算得出的，當系統外洩漏不為0時，需從計算結果中減去外洩漏量的大小；一般情況下很容易做到0外洩漏或實際測得外洩漏值。
本發明解決上述另一個技術問題所採用的技術方案為一種上述測量方法的應用，其特徵在於在降低設備故障、提高設備的可靠性、便於系統維在修方面上應用。
有益的是，一種上述測量方法的應用，其特徵在於便於建立一種全新的液壓設備狀態數據化管理管系統。
與現有技術相比，本發明的優點在於該測量方法簡單快捷，只需測定時間和在此時間內蓄能器的壓強變化，就能很方便地計算出表徵內洩漏的流量大小，通用性更強，對廣泛的液壓系統都能適用。以此技術能進一步降低生產和設備維護成本，進一步提升維護人員的高級技能和完善液壓系統的管理手段。


圖1為一個具體實施例子中的液壓系統示意圖；圖2為一個具體應用的數據管理示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
一、基本原理在一定條件下，以蓄能器作為獨立供油源，內洩漏作為唯一負載，視內洩漏孔口為小孔節流口，所有內洩漏均經從高壓腔直接洩漏到低壓腔，單位時間內以蓄能器提供的壓力油和系統內洩漏建立方程式，可得到液壓系統內洩漏流量的兩種基本算法1、平均值算法；2、小孔節流公式計算法Q=VT=V0[(P0/P1)1/n-(P0/P2)1/n]t2-t1---I]]>q=KP=2V0P01/n[p2-(2+n)/2n-p1-(2+n)/2n](2+n)(t2-t1)P---II]]>二、液壓系統內洩漏物理模型的建立1、液壓系統內洩漏是指從液壓元件的高壓腔一側直接洩漏到低壓腔一側，本文所指系統內洩漏包括液壓執行元件和液壓控制元件的內洩，因液壓泵工作性能下降所存在的內洩不在討論範圍內。
2、很多內洩漏點同時發生在系統內部不同部位，每個洩漏點都可看作獨立的固定節流孔口，都適用於小孔節流公式q=CcCvA2p=CdA2p;]]>3、連接在液壓系統中壓力管線上的蓄能器，可視為獨立動力源，(液壓)蓄能器的工作原理符合理想氣體狀態特徵方程P0V0n＝P1V1n＝P2V2n＝PmVmn，其中P0＝氣體預充壓力，V0＝蓄能器有效氣體容積，
P1＝最高工作壓力，V1為P1時氣體容積；P2＝最低工作壓力，V2為P2時氣體容積；P1≥Pm≥P2為任意工作壓力，Vm為Pm時的氣體容積。
n為多變指數，由蓄能器的排放時間決定在等溫狀態下n＝1.0，絕熱狀態下n＝1.4，多變過程n＝1.25；4、把適用於內洩漏的小孔節流公式和蓄能器理想氣體狀態方程有機地結合起來，就可以得到我們所需要測量內洩的兩種基本方法。
三、計算公式的推導1、平均計算法公式推導由方程P0V0n＝P1V1n＝P2V2n＝PmVmn很容易改變成ΔV＝V0[(P0/P1)1/n-(P0/P2)1/n] ……………(a)該方程中，n、V0和P0均為常數，P2、P1可方便地獲得，同時記錄因系統內洩使系統壓力由P1→P2所經歷的時間ΔT，由平均流量定義可知Q=VT---(b)]]>聯合方程(a)和(b)得到Q=VT=V0[(P0/P1)1/n-(P0/P2)1/n]t2-t1---I]]>2、小孔節流公式計算法的推導在前面的內洩漏小孔節流公式q=CdA2p]]>中，對某一固定節流孔來說，Cd，A， 均為常數，故CdA2p]]>也為常數。令CdA2p=K,]]>則上式可簡化為q=KP.]]>為使問題進一步簡化，在液壓系統中，內洩從高壓腔經小孔流到低壓腔直通油箱，其低壓腔壓力近似可看作0，則P=P,]]>以上公式變為q=KP---(1)]]>設某系統中有n個洩漏孔，每孔的洩流量分別用qi=KiP]]>來表示，則系統總洩流量可用公式表示為1nKiP=(K1+K2+Kn)P=KP]]>即每個洩漏孔的流量和流量係數具有相加性，因此，系統中所有的內洩漏孔口可等效看成是一個內洩漏孔口所為.可以直接運用公式(1)計算.
由理想氣體狀態特徵方程可知P0V0n＝P1V1n＝PVn即V＝V0P01/nP1/n……………(2)由流量基本定義可知q=dVdt---(3)]]>聯合(2)、(3)可得q=V0P01/ndP-1/ndt---(4)]]>把(4)帶入(1)得到V0P01/ndP-1/ndt=kP---(5)]]>令V0P01/n＝ζ則上式可變為dP-1/ndt=kP,]]>即dP-1/nP=kdt---(6)]]>令P-1/n＝x，上式成為ζ.xn/2dx＝kdt ……………(7)兩邊同積分x1x2xn/2dx=t1t2kdt---(8)]]>兩邊同時進行積分運算可得C1+[22+nxn/2+1]x1x2=k[t]t1t2+C2---(9)]]>
注意到t1＝t2時x1＝x2，故C1＝C2；將V0P01/n＝ζ帶入(9)可得22+nV0P01/n[xn/2+1]x1x2=k[t]t1t2---(10)]]>用x＝p-1/n替換上式可得22+nV0P01/n[P2-(2+n)/2n-P1-(2+n)/2n]=k(t2-t1)---(11)]]>以上(11)式就是求解常數K的通用方程表達，式中n、V0、P0均為已知常數，P1、P2、t2和t1可以方便獲得，一般地，從取t1＝0開始計時計算更方便。
如果從t1＝0，則I式可以簡化為22+nV0P1/n[P2-(2+n)/2n-P1-(2+n)/2n]=kt---(12)]]>(12)式中，當系統條件滿足蓄能器氣體作等溫狀態變化時，n取1上式可簡化為2/3×V0P0(P2-1.50-P1-1.50)＝kt……………(13)(12)式中，當系統條件滿足蓄能器氣體作絕熱狀態變化時，n取1.4III式可簡化為0.588×V0P00.714(P2-1.214-P1-1.214)＝kt……………(14)(12)式中，當系統條件滿足蓄能器氣體按多變過程變化時，n取1.25可簡化為0.615×V0P00.714(P2-1.30-P1-1.30)＝kt ……………(15)將q=kP]]>帶入以上各方程式中，求得直接計算內洩漏量大小的計算公式q=2V0P01/n[p2-(2+n)/2n-P1-(2+n)/2n](2+n)(t2-t1)P]]>(通用計算公式)…………Iq=0.667V0P0[P2-1.50-P1-1.50]tP]]>(等溫狀態)…………IIIq=0.588V0P00.714[P2-1.214-P1-1.214]tP]]>(絕熱狀態)…………IVq=0.615V0P00.8[P2-1.30-P1-1.30]tP]]>(多變過程)…………V證畢.
四、測定液壓系統內洩的方法和步驟舉例例，如圖1為某液壓系統原理圖，其液壓站自帶2臺皮囊式蓄能器，氣體充氮容積為160L×2，半年前初始充氮壓力為88kg/cm2，系統最大工作壓力為140kg/cm2，系統外洩漏為0，系統中共有n支液壓迴路。
測量工具氣壓表、油壓表，秒表或手機(選擇手機中的秒表功能)，筆和筆記本。
測量前的準備工作利用氣壓表測得現蓄能器實際氮氣壓力為60kg/cm2。
測量內容1、系統在某狀態下總洩漏量；2、第n支迴路的內洩漏大小。
1、系統某狀態下總洩漏量注意，該液壓系統中有多支液壓迴路，每件液壓執行機構所處狀態不同，其實際內洩漏大小可能相差很大，我們測試該系統內洩漏大小可以測試系統最大可能值讓全部液壓缸迴路均處於帶壓靜止狀態且迴路自然暢通；或測量最具有代表性工況下的內洩量。為了測量數據具有可比性，每次測試內洩漏均需在相同工況相同條件下測定。
當系統壓力達到額定工作壓力P1下，停止液壓執行機構對外做功，關閉工作泵(此時蓄能器向系統提供壓力源)，同時按下秒表，現測得因內洩使系統壓力從140kg/cm2降到120kg/cm2的時間間隔為ΔT＝45.0秒，因內洩漏較大，取n＝1.4。
算法一應用小孔節流公式計算在壓力為140kg/cm2下系統內洩漏量的大小q=KP=2V0P01/n[p2-(2+n)/2n-p1-(2+n)/2n](2+n)(t2-t1)P]]> =0.0397140]]> 即0.469×60＝28.14(升/分鐘)算法二平均流量計算法Q=VT=V0[(P0/P1)1/n-(P0/P2)1/n]t2-t1]]>=320[(60/120)0.714-(60/140)0.714]45]]>
即0.452×60＝27.12(升/分鐘)從以上過程可以看出，應用小孔節流公式可以求解在任何壓力下的內洩大小，而平均值算法存在一定誤差， 值越大誤差就越大， 越接近1越準確。一般地，為計算準確，我們取P1-P2＝20～30kg/cm2狀態下測得系統內洩相當準確，只要內洩不是特別大，應用該方法很實用。
2、單獨測量某一液壓迴路(或某液壓執行機構)如上所示，我們已經測量並計算了包括某支路n在內的總內洩為Q1＝28.14L/MIN.。(測量時n支路油缸一腔始終處於供油狀態，且油缸處於相對靜止狀態。)現，在相同條件下關斷n支路進油截止閥門，保持其它條件不變，應用小孔節流公式重新測量並計算出該系統內洩大小為Q2＝10.2L/MIN.，則n支路內洩為ΔQ＝Q1-Q2＝17.94L/MIN.這說明該支路內洩已經相當大，必須儘快得到處理。
五、測定液壓系統內洩漏的意義及應用前景1、提高設備的可靠性。在很多重要場合，液壓系統的可靠性直接關係到生產者和設備的生命財產安全。準確掌握了液壓設備的內洩漏情況，在很大程度上就把握住了設備的可靠性。
2、節約電能。在液壓系統中，內洩漏損耗的能量全部轉化為熱能，其耗能可由公式P=pq600]]>計算(壓力P的單位為kg/cm2，流量單位為L/min.)計算，得出的內洩漏壓力損失功率為KW。如某液壓系統的工作壓力為137kg/cm2，測得內洩漏為50L/min.，最後算出的內洩漏耗損功率為11.4KW，設機械能轉化為液壓能的效率為70％，則實際內洩漏消耗的電功率為16.3KW。這樣，該機組每年將多耗能142663kwh，每年的直接經濟損失將高達7萬元以上。另一方面，大量的電能轉變為熱能，加重液壓系統熱交換器的負擔，為系統冷卻又要額外消耗一部分電能，如果油液溫度升高較多，也會加速油液的氧化變質。
3、降低設備故障。對於連續化大生產線，設備停機就意味著重大損失。在液壓系統中，因液壓缸、液壓馬達和液壓控制元件引起的故障還是相當高，準確測量液壓系統內洩漏在很大程度上可幫助我們提前發現故障隱患。
4、便於進行狀態維修。液壓系統的內洩漏的測定，為液壓設備特別是對液壓執行元件進行狀態維修提供了最有力的依據，便於人們正確維護設備，最大限度地延長設備使用壽命，引導維修人員適時地更換零部件，防止欠維修和過維修，降低設備維修成本，起著重要的作用。
5、便於對設備進行精細化、數據化管理。液壓系統的內洩漏信息中，包含著液壓缸、液壓馬達內部密封件磨損、異常等信息，對於各類控制閥也包含著壓力參數變化或控制閥體內部磨損異常等情況。堅持定期精密測定液壓系統內洩漏參數，以此描繪出系統各支路制元件的劣化傾向性曲線，從整體上、從局部上綜合把握液壓系統的狀態信息，並建立起一套全新的液壓系統數據化管理平臺非常有意義。
如圖2所示為長期、連續測得某液壓系統內洩漏曲線圖，該系統在第十七次測得內洩發生躍變，說明該系統某支路內洩異常，需及時進行維修。
權利要求
1.一種液壓系統內洩漏的測量方法，其特徵在於步驟依次為(1)利用液壓系統中液壓站或主壓力管線上原有的液壓蓄能器，或在系統中接入專用的測量用液壓蓄能器；(2)先測量蓄能器實際預充氣體壓力P0，而有效氣體容積V0值可以根據蓄能器的說明書得到或實際測得；(3)後讓液壓系統達到正常工作壓力後，停止系統對外作功，關閉液壓站工作泵，讓蓄能器單獨向系統供油，記下開始時間t1，初始壓力P1，以及中間某一時刻t2及壓力值P2；(4)通過公式計算液壓系統內洩漏量；公式可以選用小孔節流公式計算法進行計算q=2V0P01/n[p2-(2+n)/2n-p1-(2+n)/2n](2+n)(t2-t1)p]]>其中，q為液壓系統的內洩露量；n為理想氣體狀態方程常數；公式還可以選用平均值計算法進行計算Q=V0[(P0/P1)1/n-(P0/P2)1/n]t2-t1]]>其中，Q為液壓系統的內洩露量；n為理想氣體狀態方程常數。(5)上述各方法計算出的液壓系統內洩漏是在系統外洩漏為0的情況下測定並計算得出的，當系統外洩漏不為0時，需從計算結果中減去外洩漏量的大小。
2.根據權利要求1所述的測量方法，其特徵在於所述的小孔節流公式可以簡化為等溫狀態下q=0.667V0P0[p2-1.50-p1-1.50](t2-t1)P]]>
3.根據權利要求1所述的測量方法，其特徵在於所述的小孔節流公式可以簡化為絕熱狀態下q=0.5882V0P00.7143[p2-1.214-p1-1.214](t2-t1)P]]>
4.根據權利要求1所述的測量方法，其特徵在於所述的小孔節流公式可以簡化為多變過程狀態q=0.615V0P00.8[p2-1.30-p1-1.30](t2-t1)P]]>
5.一種權利要求1的測量方法的應用，其特徵在於在降低設備故障、提高設備的可靠性或便於系統維修方面上應用。
6.一種權利要求1的測量方法的應用，其特徵在於在液壓系統方面進行數據化管理上應用。
全文摘要
一種液壓系統內洩漏的測量方法，其步驟依次為(1)利用液壓系統中液壓站或主壓力管線上原有的液壓蓄能器，或在系統中接入專用的測量用液壓蓄能器；(2)先測量蓄能器實際預充氣體壓力P
文檔編號G01M3/26GK1869626SQ20051004985
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月27日 優先權日2005年5月27日
發明者何榮志 申請人:寧波寶新不鏽鋼有限公司