CN107061414B - 一种液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置 - Google Patents

一种液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明是液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其采用带内腔Y型密封圈作为活塞杆密封，并通过光纤光栅传感器实时监测液压缸活塞杆密封副表面的接触状态变化，为密封的磨损补偿提供信息反馈，根据液压缸活塞杆密封的实际磨损状态进行相应的补偿，从而在保证液压缸密封性能和运行效率的同时，最大程度地减少液压缸油液的泄漏，以延长活塞杆密封的使用寿命。本发明能实时改变带内腔Y型密封圈与活塞杆的接触应力大小，以提高密封性能；能动态监测液压缸活塞杆密封接触应力大小，从而根据活塞杆密封磨损状态对密封接触应力大小进行动态调整和控制。采用高频率响应的比例减压阀为内腔Y型密封圈提供输出压力，其响应快，稳定性好，控制精度高。

Description

一种液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置
技术领域
本发明涉及监测装置,特别是一种液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置。
背景技术
液压缸活塞杆密封对于保证液压缸的正常工作具有重要作用。在液压缸的实际工作过程中，由于摩擦和油液中污染物质的作用，会不可避免地导致液压缸活塞杆密封的磨损，从而影响液压缸的工作性能和作业质量，甚至造成严重事故。对于该问题，通常采取两种方法，一种是更换磨损的密封，但是更换过程会影响液压缸的工作效率，而且由于缺乏合适的监测方法，何时更换也是一个尚未解决的问题；另一种方法就是设法对密封磨损进行补偿。
现有的密封磨损补偿方法主要包括以下几种形式：
(1)在密封装置中采用V型弹簧片，通过弹簧片变形产生的回弹力来补偿由于密封磨损而造成的密封接触压力下降。(中国专利2014208281935“密封磨损补偿式滚珠轴承”。)
(2)在密封体内部嵌入平衡骨架，同时在与密封唇口相对位置处设弹簧圈和弹性球，在使用过程中通过弹簧圈和弹性球对密封体内的平衡骨架施加压力，使密封唇口与密封部位保持良好接触，并对唇口的磨损进行补偿。(中国专利2012100988017“一种能补偿密封装置磨损的万向节”。)
(3)通过专门的顶丝压紧装置和干油注入系统构成能自动补偿磨损的旋转密封结构，可以用于磨机中支撑滑动轴承的密封磨损补偿。(中国专利2008202306971“一种自动补偿磨损的旋转密封装置”。)
(4)通过调节螺杆和弹簧与限位指示杆相配合对密封接触面进行调节，实现对密封磨损的补偿。(中国专利201520808524.3“自动补偿磨损量的密封装置”)
(5)在密封体中设计空腔，通过专门的装置向空腔内部注入具有一定压力的工作介质，增加密封接触压力。(德国Hunger液压集团的外部调节密封系统ExternallyAdjustable Sealing System)
通过上述分析可以看出，现有方法主要是通过弹性元件的调节或自适应的方式来实现对密封磨损的补偿。但是，在液压缸活塞杆密封的实际工作过程中，同时承受着法向接触力和切向摩擦力，其中法向接触力的作用是保证密封，切向摩擦力的作用则是阻碍往复运动，而且法向接触力的增大会引起切向摩擦力的增加。因此，如果想要在满足液压缸密封要求的同时不影响液压缸的效率，就必须根据液压缸活塞杆密封的实际状态设法找出法向接触力和切向摩擦力的最佳值。但是，由于目前的这些补偿方法对液压缸活塞杆密封的磨损状态缺少监测，会在补偿过程中出现密封的法向接触力增大，但是切向摩擦力也同时增大的问题，不仅会影响液压缸的工作效率，还会加剧密封接触部位的磨损。
针对上述问题，本发明提出一种通过光纤光栅传感监测装置，可以及时地了解液压缸活塞杆密封的法向接触载荷变化，为密封的磨损补偿提供信息反馈，根据密封的实际磨损状态进行相应的补偿，从而在保证液压缸密封性能和运行效率的同时，最大程度地减少液压缸活塞杆密封的磨损，延长使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，可以在液压缸的实际工作过程中监测活塞杆密封的磨损状态变化，从而使得磨损调节装置可以根据密封的实际磨损状态进行相应的调节。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其采用带内腔Y型密封圈作为活塞杆密封，并通过光纤光栅传感器实时监测液压缸活塞杆密封副表面的接触状态变化，为密封的磨损补偿提供信息反馈，根据液压缸活塞杆密封的实际磨损状态进行相应的补偿，从而在保证液压缸密封性能和运行效率的同时，最大程度地减少液压缸油液的泄漏，延长活塞杆密封的使用寿命。
所述的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，主要由内定位套、外定位套、带内腔的Y型密封圈、光纤光栅传感器、伸缩软管、导向定位套、缸筒、活塞杆、防尘密封圈、左密封定位环、光纤光栅解调仪、工控机、板卡组成，其中：采用带内腔Y型密封圈作为液压缸活塞杆密封，该密封圈通过针式注油管与伸缩软管连接，并与控制密封接触压力的油液相联通，通过工控机将控制信号输出至比例减压阀以改变Y型密封圈的内腔压力，从而对Y型密封圈的内腔压力进行动态调整，以实现对密封磨损的补偿和减少油液泄漏；光纤光栅传感器铺设在Y型密封圈背面的外定位套的外表面上，用于监测Y型密封圈与活塞杆之间的接触应力变化，内定位套外表面与外定位套内表面装配后形成环形空隙，用于容纳光纤光栅传感器及伸缩软管，光纤光栅传感信号通过光纤光栅解调仪输入工控机中，并通过液压往复密封磨损状态监测软件对Y型密封圈的磨损状态进行分析和判断。
所述内定位套与外定位套通过定位销连接，以保证内定位套油口与外定位套油口相通。
所述带内腔的Y型密封圈包括针式注油管和增强体，针式注油管与Y型密封圈的内腔相通。
所述增强体由耐磨材料组成，采用的耐磨材料为聚氨酯70A。
所述防尘密封圈安装于缸筒的压盖的凹槽中，用于防止外界灰尘、颗粒杂质进入液压缸中。
所述导向定位套通过导向定位套螺钉与缸筒连接，还通过内压盖螺钉与缸筒的压盖连接；所述右密封定位环，用于带内腔Y型密封圈的轴向定位。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1.能实时改变带内腔Y型密封圈与活塞杆的接触应力大小，以提高密封性能。
2.能动态监测液压缸活塞杆密封接触应力大小，并根据活塞杆密封磨损状态控制密封接触应力大小。采用高频率响应的比例减压阀为内腔Y型密封圈提供输出压力，其响应快，稳定性好，控制精度高。
3.通过液压往复密封磨损状态监测软件输出信号,对活塞杆密封接触应力进行动态调整，以实现对活塞杆密封圈磨损的补偿，提高密封圈的寿命及可靠性。
4.采用高分子材料聚氨酯70A作为活塞杆密封的增强体，与普通密封材料相比，其抗磨性能好，摩擦系数低，可靠性好。
5.只需对现有液压缸活塞杆密封处的结构进行适当改进即可适应安装要求。
附图说明
图1本发明总结构示意图。
图2液压缸活塞密封接触压力补偿控制系统示意图。
图3Y型密封圈处剖面图。
图4Y型密封圈处局部放大图。
图5压盖示意图。
图6图5右视图。
图7内定位套示意图。
图8内定位套右视图。
图9外定位套示意图。
图10外定位套右视图。
图中：1.压盖，101.凹槽，2.内定位套，201.内定位套外表面凸台，202.内定位套外表面，203.内定位套油口，204.内定位套内表面，3.外定位套，301.外定位套内表面，302.外定位套油口，4.带内腔的Y型密封圈，401.针式注油管，402.增强体，5.光纤光栅传感器，501.引出光纤，6.伸缩软管，7.导向定位套，701.导向定位套油口，8.缸筒，801.缸筒引出孔，9.整体式活塞和活塞杆，10.法兰，11.缸底，12.防尘圈，13.压盖螺钉，14.导向定位套螺钉，15.左密封定位环，16.O型密封圈，17.右密封定位环，18.缸底螺钉，19.内定位套定位销，20.外定位套定位销，21.光纤光栅解调仪，22.工控机，23.板卡，24.比例减压阀，25.液压泵，26.油箱，27.溢流阀。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
本发明提供的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，主要由内定位套2、外定位套3、带内腔的Y型密封圈4、光纤光栅传感器5、伸缩软管6、导向定位套7、缸筒8、法兰10、缸底11、防尘密封圈12、左密封定位环15、光纤光栅解调仪21，工控机22，板卡23组成。
所述内定位套2与外定位套3通过内定位套定位销19连接，以保证内定位套油口203与外定位套油口302相通。内定位套定位销19保证内定位套油口203与外定位套油口302在周向方向位置一致，外定位套定位销20保证外定位套油口302与导向定位套油口701在周向方向位置一致。
内定位套外表面凸台201与外定位套的内表面301相配合，内定位套外表面202与外定位套内表面301共同组成环形空隙，装配时用于容纳光纤光栅传感器5及伸缩软管6。
所述带内腔的Y型密封圈4包括针式注油管401和增强体402，其中增强体402由耐磨材料组成，针式注油管401与密封圈的内腔相通，可以通过现有密封圈厂家定制获得。
所述光纤光栅传感器5铺设于外定位套3的外圆柱面上，用于监测带内腔的Y型密封圈4与活塞杆接触面的接触应力。
所述伸缩软管6经外定位套油口302与针式注油管401连接。
所述导向定位套7通过导向定位套螺钉14与缸筒8连接，还通过内压盖螺钉13与压盖1连接。
所述左密封定位环15固定于导向定位套7中。
所述法兰10与缸筒8通过螺纹连接。
所述缸底11通过缸底螺钉18固定在缸筒8上。
所述防尘密封圈12安装于压盖1的凹槽101中，用于防止外界灰尘、颗粒杂质进入液压缸中。
在导向定位套7处设置O型密封圈16，用于缸筒密封。
右密封定位环17，用于带内腔Y型密封圈4轴向定位。。
所述光纤光栅解调仪21，采用型号为LGGK-IV四通道光纤光栅解调仪，用于解调光纤光栅信号。
所述工控机22，采用研华2U工控机，其通过数据线与光纤光栅解调仪21、板卡23相连。
所述板卡23，采用模拟量输出板卡，用于输出0-10V电压信号用于控制比例减压阀。
液压缸活塞密封接触压力补偿功能由液压系统提供，该系统的结构如图2所示，主要由比例减压阀24、液压泵25、油箱26、溢流阀27组成，其中：
油箱26通过油管与泵25的吸口连接，泵25的出口通过油管与溢流阀27，比例减压阀24连接。溢流阀27的回油口与油箱26连接。比例减压阀24通过伸缩软管6与带内腔Y型密封圈4连接。
液压泵25输出一定的压力，溢流阀27用于保持液压泵25输出稳定压力，比例减压阀24用于控制带内腔Y型密封圈4中油液压力。
上述的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其工作原理如下：
当带内腔Y型密封圈4出现磨损后，通过光纤光栅传感器可以检测到密封副之间的接触状态变化，光纤光栅传感信号经过解调后输入工控机，通过其中专门设计的软件程序(液压往复密封磨损状态智能识别系统，Intelligent Condition Recognition System ofHydraulic Reciprocating Seal Wear，简称ICRSHRSW)判断活塞杆密封的磨损程度，再通过板卡输出相应的电流信号控制比例减压阀压力，使得伸缩软管6中油液压力增大，控制油液经伸缩软管6经针式注油管401作用于Y型密封圈4的内腔，使得Y型密封圈4与整体式活塞和活塞杆9之间的接触应力增大，从而实现对密封磨损的补偿。
本发明提供的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其制备包括以下步骤：
1.对活塞杆密封槽底部零件进行结构改进：
所述活塞杆密封槽底部零件是指图1中的导向定位套7，对其进行结构改进，使得其中不仅可以铺设光纤光栅传感器(详细内容见专利2014105765368一种液压往复动密封状态监测传感器)，同时还在其中设置用于密封磨损补偿的压力油通道，以便压力油通过该通道进入活塞杆密封(图1中的光纤光栅传感器5)中专门用来进行密封接触压力补偿的腔体内部。这种具有密封接触压力补偿功能的液压缸活塞杆密封可以通过专门的制造商定制获得(如德国的Hunger液压集团)。
2.各零部件装配：
将法兰10通过螺纹与缸筒8连接，再将缸底11通过缸底螺钉18与法兰10连接；
将整体式活塞和活塞杆9装配于缸体8中，通过内六角螺钉将导向定位套7固定于缸筒8上。
将光纤光栅传感器5铺设固定在内定位套外表面202，将带内腔的Y型密封圈4装配于内定位套内表面204，使其针式注油管401从内定位套油口203伸出。然后将伸缩软管6与针式注油管401连接，将伸缩软管6和引出光纤501一起放于内定位套与外定位套组成的环形空隙中，并通过引线将两者绑定，然后再将外定位套3套在内定位套外表面凸台201上，引线经外定位套油口302、导向定位套油口701、缸筒引出孔801引出。最终将该部分整体一起装入导向定位套7中。
最后通过压盖螺钉13将压盖1与导向定位导向套7连接。

Claims (6)

1.一种液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其特征在于：采用带内腔Y型密封圈作为活塞杆密封，并通过光纤光栅传感器实时监测液压缸活塞杆密封副表面的接触状态变化，为密封的磨损补偿提供信息反馈，根据液压缸活塞杆密封的实际磨损状态进行相应的补偿，从而在保证液压缸密封性能和运行效率的同时，最大程度地减少液压缸油液的泄漏，以延长活塞杆密封的使用寿命；
该液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置主要由内定位套（2）、外定位套（3）、带内腔的Y型密封圈（4）、光纤光栅传感器（5）、伸缩软管（6）、导向定位套（7）、缸筒（8）、活塞杆（9）、防尘密封圈（12）、左密封定位环（15）、光纤光栅解调仪（21）、工控机（22）、板卡（23）组成，其中：采用带内腔Y型密封圈（4）作为液压缸活塞杆密封，该密封圈通过针式注油管与伸缩软管（6）连接，并与控制密封接触压力的油液相联通，通过工控机将控制信号输出至比例减压阀（24）以改变Y型密封圈（4）的内腔压力，从而对Y型密封圈（4）的内腔压力进行动态调整，以实现对密封磨损的补偿和减少油液泄漏；光纤光栅传感器（5）铺设在Y型密封圈背面的外定位套（3）的外表面上，用于监测Y型密封圈（4）与活塞杆（9）之间的接触应力变化，内定位套外表面（202）与外定位套内表面（301）装配后形成环形空隙，用于容纳光纤光栅传感器（5）及伸缩软管（6），光纤光栅传感信号通过光纤光栅解调仪（21）输入工控机（22）中，并通过液压往复密封磨损状态监测软件对Y型密封圈（4）的磨损状态进行分析和判断。
2.根据权利要求1所述的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其特征在于：所述内定位套（2）与外定位套（3）通过定位销连接，以保证内定位套油口与外定位套油口相通。
3.根据权利要求1所述的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其特征在于：所述带内腔的Y型密封圈（4）包括针式注油管和增强体，针式注油管与Y型密封圈的内腔相通。
4.根据权利要求3所述的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其特征在于：所述增强体（402）由耐磨材料组成，采用的耐磨材料为聚氨酯70A。
5.根据权利要求1所述的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其特征在于：所述防尘密封圈（12）安装于缸筒的压盖（1）的凹槽中，用于防止外界灰尘、颗粒杂质进入液压缸中。
6.根据权利要求1所述的液压缸活塞杆密封磨损补偿监测装置，其特征在于：所述导向定位套（7）通过导向定位套螺钉（14）与缸筒（8）连接，还通过内压盖螺钉（13）与缸筒的压盖（1）连接；设有右密封定位环（17），用于带内腔Y型密封圈（4）的轴向定位。
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