CN106837935A - 一种液压缸侧向力监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液压缸侧向力监测系统，液压缸内部设置有活塞杆以及监测装置，所述监测装置嵌设在所述活塞杆伸出的一端的外周面，所述监测装置包括环本体、弹性垫圈、卡箍、压力传感器、线缆以及线缆槽盖，所述环本体套设在所述活塞杆的外部，所述环本体的内径大于所述活塞杆的外径，所述弹性垫圈的内径与所述活塞杆的外径相同。由于压力传感器与弹性垫圈之间存在预紧力，当液压缸的活塞杆受到侧向力时，弹性垫圈会侧向移动，预紧力会发生变化，通过计算机实时记录并计算预紧力的变化值，判断液压缸四个方向的侧向力的变化情况，进而产生警报信号或者执行保护动作。本发明结构简单，在液压缸上增加该装置，成本不会大幅增加，利于推广。

Description

一种液压缸侧向力监测系统
技术领域
本发明属于液压缸监测领域，具体地涉及一种液压缸侧向力监测系统。
背景技术
液压缸常用于飞机中的执行机构，也常用于机械产品试验的加载装置。液压缸连接在液压系统中，通过控制油液的压力来调节液压缸的最大输出力，调节油液进出液压缸的方向，控制活塞杆的伸缩。液压缸输出力的范围可以做到很大，精度控制可以做到很高，是航空、航天领域最常用的液压产品。
液压缸在使用过程中，由于不正确的操作，很容易受到侧向载荷力(简称侧向力)的影响，导致液压缸轴承的损坏，这是液压缸的不足之处。以液压缸试验为例，被试液压缸和加载液压缸的安装位置要求同轴，若两个液压缸安装位置有偏差，将对活塞杆产生侧向扭矩，施加在轴承上的侧向力越大，液压缸轴承磨损越快；同时，密封圈也会受到侧向力的压迫，导致一侧压缩，一侧间隙，导致渗油现象；并且，在做寿命试验过程中，活塞杆伸缩进行反复周期性加载，侧向力将施加在试验台架上，产生周期性侧向力，试验台架在长时间工作下将产生疲劳损伤，最终会导致试验结果不正确或中断，影响项目进度。对于飞机上的液压缸来说，侧向力的影响会加速产品的磨损，缩短产品的寿命，严重情况甚至会影响飞行安全。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种液压缸侧向力监测系统，可以实时采集液压缸活塞杆受到的侧向力，将信号反馈给采集控制器，控制器发送警告或者保护命令，警告操作人员修正液压缸使用方法或限制液压缸的操作。该装置属于液压缸的内嵌装置，不影响原始液压缸的工作过程，可以大幅提高液压缸的使用寿命。
本发明是这样实现的：
具体地，本发明提供一种液压缸侧向力监测系统，所述液压缸内部设置有所述活塞杆以及监测装置，所述监测装置嵌设在所述活塞杆伸出的一端的外周面，所述监测装置包括环本体、弹性垫圈、卡箍、压力传感器、线缆以及线缆槽盖，所述环本体套设在所述活塞杆的外部，所述环本体的内径大于所述活塞杆的外径，所述弹性垫圈的内径与所述活塞杆的外径相同，
所述环本体的外侧周向设置有第一凹槽，所述环本体的内侧周向设置有第二凹槽，所述卡箍固定在所述第一凹槽内，所述卡箍与所述第一凹槽之间为过盈配合，所述弹性垫圈固定在所述第二凹槽内，所述线缆借助于所述线缆槽盖固定在所述环本体的一个端部，所述线缆的一端通过线槽引出，所述环本体的周向上均匀设置有多个传感器安装孔，所述压力传感器固定在所述传感器安装孔内部，所述卡箍为所述压力传感器与所述弹性垫圈之间提供预紧力；
所述压力传感器的输出端连接有数据采集器，所述数据采集器的输出端连接有远程控制装置；
当所述活塞杆受到侧向力时，所述弹性垫圈侧向移动，所述压力传感器实时获得所述弹性垫圈的四个侧向力，所述侧向力包括上侧径向压力、左侧径向压力、下侧径向压力以及右侧径向压力；并借助所述数据采集器将所述四个侧向力的数据发送至所述远程控制装置，所述远程控制装置根据实时接收到的所述四个侧向力的数据判断液压缸在四个方向上的每个侧向力变化值，获取合成力，所述合成力为所述四个侧向力中增幅大的两个侧向力的矢量乘积，并对所述合成力的大小进行判断，当所述合成力大于预设的侧向力阈值时，所述远程控制装置启动保护装置并进行报警。
优选地，所述卡箍上设置有安装孔，借助于所述安装孔对所述卡箍进行固定。
优选地，所述环本体与所述液压缸一体成型。
优选地，所述压力传感器设置有3-4个，所述多个压力传感器在所述环本体的周向上均匀分布。
优选地，所述弹性垫圈为金属圈，所述金属圈的内环与所述活塞杆相抵触，当所述金属圈与所述活塞杆相对滑动时，润滑油能够进入所述第二凹槽内部。
优选地，所述远程控制装置设置有报警装置，所述报警装置用于进行报警。
优选地，所述报警装置为声光报警装置。
优选地，所述传感器安装孔为纵向洞穿所述环本体的内侧和外侧的长方形通孔。
优选地，所述侧向力阈值为液压缸允许承受的最大侧向力。
本发明可达到以下有益效果：
①由于压力传感器与弹性垫圈之间存在预紧力，当液压缸的活塞杆受到侧向力时，弹性垫圈会侧向移动，预紧力会发生变化，通过计算机实时记录并计算预紧力的变化值，判断液压缸四个方向的侧向力的变化情况，进而产生警报信号或者执行保护动作。
②采用该装置对现有液压缸进行改进，可以防止操作人员的不正确的使用方式，减少液压缸轴承的磨损，延长液压缸的使用寿命。
③本发明结构简单，在液压缸上增加该装置，成本不会大幅增加，利于推广。
附图说明
图1为本发明的液压缸的结构示意图；
图2为本发明的监测装置的结构示意图；
图3为本发明的监测装置的分解结构示意图；
图4为本发明的结构示意框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明提供一种液压缸侧向力监测系统，该装置嵌入液压缸的缸体内部，可以实时采集液压缸活塞杆受到的侧向力，将信号反馈给采集控制器，控制器发送警告或者保护命令，警告操作人员修正液压缸使用方法或限制液压缸的操作。该装置属于液压缸的内嵌装置，不影响原始液压缸的工作过程，可以大幅提高液压缸的使用寿命。
液压缸101内部设置有活塞杆200以及监测装置100，监测装置100嵌设在活塞杆200伸出的一端的外周面。
监测装置100包括环本体1、弹性垫圈2、卡箍3、压力传感器4、线缆5以及线缆槽盖6，环本体1套设在活塞杆200的外部，弹性垫圈2设置在环本体1的内侧，环本体1的内径大于活塞杆200的外径，弹性垫圈2的内径与活塞杆200的外径相同，构成间隙配合，并通过液压油进行密封。
环本体1的外侧周向设置有第一凹槽7，环本体1的内侧周向设置有第二凹槽8，卡箍3固定在第一凹槽7内，卡箍3与第一凹槽7之间为过盈配合，弹性垫圈2固定在第二凹槽8内，弹性垫圈2经液压油润滑后，嵌入第二凹槽8内部，线缆5借助于线缆槽盖6固定在环本体1的一个端部，压力传感器4的线缆5的一端通过线槽10引出，线槽10为在环本体的内壁上纵向开设的槽。
卡箍3上设置有安装孔，借助于安装孔对卡箍3进行固定，在具体实施例中，安装孔可以为螺纹孔，借助螺纹和螺纹孔，对卡箍3进行固定。
环本体1的周向上均匀开设有多个压力传感器安装孔，压力传感器4固定在传感器孔9内部，与卡箍3为压力传感器4与弹性垫圈2之间提供预紧力。
弹性垫圈2为金属圈，其内环与活塞杆200接触，相对滑动，液压油润滑，嵌入在第二凹槽中；压力传感器4共4个，均匀分布在环本体1的传感器安装孔中，压力传感器4与弹性垫圈2接触，检测弹性垫圈2的径向力。
卡箍3可以嵌入第一凹槽的槽中，为压力传感器4和弹性垫圈2提供预紧力。压力传感器的线缆5通过线槽10引出，线缆槽盖6阻止液压油与线缆5接触，提供干燥环境，保护线缆5。
压力传感器4的输出端连接有数据采集器11，数据采集器11的输出端连接有远程控制装置12。
当活塞杆200受到侧向力时，弹性垫圈2会侧向移动，弹性垫圈2与压力传感器4之间的预紧力会发生变化，压力传感器4获得弹性垫圈的四个方向的侧向力，并借助数据采集器11将四个方向的侧向力发送至远程控制装置12，远程控制装置12实时记录并计算四个方向的侧向力的变化值，判断液压缸四个方向的侧向力的变化值，当液压缸四个方向的侧向力的变化值超出设定的阈值时，远程控制装置进行报警或者执行保护动作。
优选地，远程控制装置12设置有报警装置13进行报警。
优选地，报警装置13为声光报警装置。
在具体应用中，报警装置13可以为指示灯或蜂鸣器，也可以通过向操作者发送报警信息的方式进行报警。
在具体实施例中，环本体1的内径需大于活塞杆的外径，预留约1mm的偏移间隙；弹性垫圈2的内径与活塞杆的外径相同，构成间隙配合，液压油密封，外径小于垫圈槽的外径，预留约1mm的偏移间隙；压力传感器与弹性垫圈之间有预紧力；卡箍与第一凹槽之间为过盈配合，装配过程中提供预紧力，卡箍上的螺纹孔用于卸载该零件。
环本体1在液压缸中的安装位置是嵌入式的，该装置不限于作为独立的装置，也可以将环本体的结构特征制作在液压缸缸体上，即环本体1可以与液压缸一体成型，也可以分体设计。
作为优选，压力传感器数量为4个，也可以设置3个，压力传感器均匀的设置在环本体的周向上，侧向力可以通过相邻2个反馈力合成计算得出。假设四个传感器的读取的侧向力值为Fa(上)、Fb(左)、F-a(下)、F-b(右),由于合成力的方向只能有一个，先判断四个方向力的大小，计算增大的两个力的矢量合成值，如Fa和Fb的数值变大，则合成力为
例如20KN的液压缸，在运动过程中，可以允许承受的最大侧向力为250N,将液压缸警告或报警的侧向力阈值设定在250N。假设当Fa＝200N、Fb＝200N时，合成力为280N，超过设定的阈值，此时系统会根据用户的设定，或使液压缸的运动停止，或暂停程序的执行，或发出报警声音。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述液压缸内部设置有所述活塞杆以及监测装置，所述监测装置嵌设在所述活塞杆伸出的一端的外周面，所述监测装置包括环本体、弹性垫圈、卡箍、压力传感器、线缆以及线缆槽盖，所述环本体套设在所述活塞杆的外部，所述环本体的内径大于所述活塞杆的外径，所述弹性垫圈的内径与所述活塞杆的外径相同，
所述环本体的外侧周向设置有第一凹槽，所述环本体的内侧周向设置有第二凹槽，所述卡箍固定在所述第一凹槽内，所述卡箍与所述第一凹槽之间为过盈配合，所述弹性垫圈固定在所述第二凹槽内，所述线缆借助于所述线缆槽盖固定在所述环本体的一个端部，所述线缆的一端通过线槽引出，所述环本体的周向上均匀设置有多个传感器安装孔，所述压力传感器固定在所述传感器安装孔内部，所述卡箍为所述压力传感器与所述弹性垫圈之间提供预紧力；
所述压力传感器的输出端连接有数据采集器，所述数据采集器的输出端连接有远程控制装置；
当所述活塞杆受到侧向力时，所述弹性垫圈侧向移动，所述压力传感器实时获得所述弹性垫圈的四个侧向力，所述侧向力包括上侧径向压力、左侧径向压力、下侧径向压力以及右侧径向压力；并借助所述数据采集器将所述四个侧向力的数据发送至所述远程控制装置，所述远程控制装置根据实时接收到的所述四个侧向力的数据判断液压缸在四个方向上的每个侧向力变化值，获取合成力，所述合成力为所述四个侧向力中增幅大的两个侧向力的矢量乘积，并对所述合成力的大小进行判断，当所述合成力大于预设的侧向力阈值时，所述远程控制装置启动保护装置并进行报警。
2.根据权利要求1所述的液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述卡箍上设置有安装孔，借助于所述安装孔对所述卡箍进行固定。
3.根据权利要求1所述的液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述环本体与所述液压缸一体成型。
4.根据权利要求1所述的液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述压力传感器设置有四个，所述四个压力传感器在所述环本体的周向上均匀分布。
5.根据权利要求1所述的液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述弹性垫圈为金属圈，所述金属圈的内环与所述活塞杆相抵触，当所述金属圈与所述活塞杆相对滑动时，润滑油能够进入所述第二凹槽内部。
6.根据权利要求1所述的液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述远程控制装置设置有报警装置，所述报警装置用于进行报警。
7.根据权利要求6所述的液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述报警装置为声光报警装置。
8.根据权利要求1所述的液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述传感器安装孔为纵向洞穿所述环本体的内侧和外侧的长方形通孔。
9.根据权利要求1所述的液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述线槽为在环本体的内壁上纵向开设的槽。
10.根据权利要求4所述的液压缸侧向力监测系统，其特征在于：所述侧向力阈值为液压缸允许承受的最大侧向力。
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