CN107420376B - 一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置，阀体具有中空腔体，阀体的一端连接定位螺母，另一端连接堵头；调压螺钉与定位螺母通过螺纹连接，挡块、调节杆、电涡流传感器、锥阀芯及阀座依次设置在阀体内，挡块的一端顶在调压螺钉的一端，另一端连接调节杆，调节杆的一端开设有纵向切槽，中心开设有圆柱通孔，电涡流传感器呈T型结构，电涡流传感器套装在调节杆内，探头部分伸出至调节杆外，电涡流传感器内具有中空腔体，探头的中空腔体顶端安装有测量线圈，测量线圈通过延伸电缆引出至阀体外，调节杆可以轴向移动，调节弹簧套装在电涡流传感器的探头与阀芯的周向上。本发明结构简单，易于拆卸，工作稳定，且对阀腔流场性能影响小。
Description
技术领域
本发明属于液压锥阀故障诊断排查中的在线检测排查技术领域，具体涉及一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置。
背景技术
现有大型工程机械液压系统的故障排除主要依靠工况监测、故障分离定位和参数识别等技术，其优点是技术比较成熟，分析方法多样。但是，传统的状态检测技术工作流程复杂，耗费时间周期较长，效率低下，出现误判的概率较高，这些缺点会限制液压系统智能化、集成化和信息化的发展需求。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足，提供了一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置，其能直观实时检测液压锥阀阀芯位移、振动信号的在线检测，具有直观高效、简单方便和易于更换等优点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置，包括调压螺钉、定位螺母、挡块、调节杆、电涡流传感器、调节弹簧、先导阀锥阀芯、阀座和阀体；其中，
阀体具有中空腔体且两端开口，定位螺母连接在阀体的一端，阀体的另一端连接有堵头；
调压螺钉与定位螺母通过螺纹连接，挡块、调节杆、电涡流传感器、先导阀锥阀芯及阀座依次设置在阀体内，挡块的一端连接在调压螺钉的一端，另一端连接在调节杆的一端，调节杆的一端开设有纵向切槽，中心开设有圆柱通孔，电涡流传感器呈T型结构，包括测量线圈、定位销和探头，电涡流传感器套装在调节杆内，定位销安装在调节杆的纵向切槽内，探头伸出至调节杆外，电涡流传感器内具有中空腔体，探头的中空腔体顶端安装有测量线圈，测量线圈通过延伸电缆引出至阀体外，调节弹簧套装在探头与先导阀锥阀芯的周向上；
阀座与阀体固定相连，阀座上开有固定节流孔，调压弹簧利用弹簧力将先导阀锥阀芯顶在阀座上，固定节流孔被堵死，先导阀锥阀芯关闭，当系统压力超过调压弹簧预紧力时，先导阀锥阀芯与阀座相离，固定节流孔打开，先导阀锥阀芯开启。
本发明进一步的改进在于，还包括调节手柄，其连接在调压螺钉的另一端。
本发明进一步的改进在于，还包括锁紧螺母，其与调节螺钉螺纹连接，用于限制调节螺钉轴向移动。
本发明进一步的改进在于，定位螺母内部开设有圆环形凸台，阀体上与定位螺母螺纹连接处端面开有定位槽，两者配合实现电涡流传感器的固定。
本发明进一步的改进在于，电涡流传感器的定位销内和探头内开设有引出延伸电缆的中空腔体。
本发明进一步的改进在于，电涡流传感器的探头的顶部距离先导阀锥阀芯基座的距离小于1.5mm。
本发明进一步的改进在于，调节杆的周向上以及电涡流传感器的周向上均开设有密封槽，密封槽内均设置有密封圈。
本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置，该装置利用电涡流传感器测量阀芯位移信号，保留先导阀内部的基本结构，减小对流道流场性能的影响。调节杆与电涡流传感器采用套筒式连接，电涡流传感器的定位销固定在阀体定位槽内，电涡流传感器的安装不影响调节杆运动。当使用调压手柄调压时，调压螺钉带动挡块、调节杆和调压弹簧动作，调节调压弹簧的预紧力。阀芯工作时的运动区域在电涡流传感器的线性量程内，且传感器动态响应频率远大于阀芯故障时的最大振动频率。传感器探头具有耐高温、高压的特性。
进一步，探头的顶部距先导阀锥阀芯基座的距离小于1.5mm，探头内部的测量线圈具有较好的线性度和灵敏度。
进一步，调节杆内外表面与探头外壁、阀体流道内壁接触面均装有密封圈，调节杆在调压范围内运动时，保证密封圈均在密封有效区域内。
综上所述，本发明在原始液压阀内部结构的基础上作微改造，实现了传感器探头在阀腔内部的安装，且安装结构便于拆卸，元件便于更换，能够实时检测锥阀芯的工作状态。进而，借助电涡流传感器实时检测阀芯工作状态，可实时掌握锥阀芯是否发生卡紧、振动故障和正常工作时的阀芯开口度，属液压锥阀故障诊断排查中的在线检测排查技术。
附图说明
图1是溢流阀先导阀内置式电涡流传感器的安装示意图。
图2是定位螺母的结构示意图，其中，图2(a)为定位螺母的轴测图，图2(b)为定位螺母的剖面图。
图3是挡块的结构示意图，其中，图3(a)为挡块的轴测图，图3(b)为挡块的剖面图。
图4是调节杆的结构示意图，其中，图4(a)为调节杆的轴测图，图4(b)为调节杆的剖面图。
图5是电涡流传感器的结构示意图，其中，图5(a)为电涡流传感器的轴测图，图5(b)为电涡流传感器的剖面图及局部放大图。
图6是电涡流传感器安装示意图，其中，图6(a)为电涡流传感器的安装轴测图，图6(b)为电涡流传感器的安装剖面图。
图7是涡流检测工作原理图及等效电路图，其中，图7(a)为涡流检测工作原理图，图7(b)为涡流检测等效电路图。
图8是电涡流传感器检测性能分析图。
图9内置电涡流传感器溢流阀先导阀腔流场分布图，其中，图9(a)先导阀腔压力云图，图9(b)为节流口处局部压力云图，图9(c)为阀腔流线图，图9(d)为节流口两侧压力分布图。
图中：1-调压手柄，2-调压螺钉，3-锁紧螺母，4-定位螺母，5-挡块；6-调节杆，7-电涡流传感器，8-调压弹簧，9-先导阀锥阀芯，10-阀座，11-阀体，12-堵头，13-延伸电缆，14-测量线圈，15-密封圈，16-定位销，17-探头，18-探头骨架，19-金属外壳。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
在图1-6中，溢流阀先导阀中的系统压力主要由调压装置进行调节，调压装置主要由调压手柄1、调压螺钉2、定位螺母4、挡块5、调节杆6和调压弹簧8组成。其中，调压手柄1与调压螺钉2通过螺纹连接，并借助螺钉进行固定。调压螺钉2与定位螺母4通过螺纹连接，挡块5和调节杆6也是通过螺纹连接。调压时，转动调压手柄1，带动调压螺钉2、挡块5和调节杆6一起运动，改变调压弹簧8的压缩量，实现先导阀锥阀芯9开启压力的调节。阀座10与阀体11固定相连，阀座10上开有固定节流孔。调压弹簧8利用弹簧力将先导阀锥阀芯9顶在阀座10上，固定节流孔被堵死，先导阀锥阀芯9关闭。当系统压力超过调压弹簧8预紧力时，先导阀锥阀芯9与阀座10相离，固定节流孔打开，先导阀锥阀芯9开启。
阀体11上开设有阶梯孔，该阶梯孔为先导阀流道，经主阀芯中间孔与主阀出油口相连。当系统压力超过弹簧预紧力时，先导阀芯打开，油液进入先导阀腔而后经先导阀流道和主阀芯中间孔流至主阀出油口。
电涡流传感器7的定位是由定位螺母4与阀体11的配合实现的。电涡流传感器呈“T”型结构，由定位销16和探头17两部分构成，定位销16用于定位，探头17用于测量位移。电涡流传感器“T”型结构的定位销16为长25mm、宽5mm、高4mm的长方体，探头17部分为直径5mm、长40mm的圆柱体；定位螺母4内腔铸有高18mm、厚3mm、外直径25mm的圆环形突台；阀体11上开有定位槽，定位槽为宽5mm，深4mm、内外直径分别为15mm、25mm的两段圆环。定位螺母4把电涡流传感器7的定位销16紧压在阀体11的定位槽内，实现电涡流传感器7的定位。
调节杆的内径为5mm、外径为15mm、高为27mm，一侧开有宽5mm、深15mm的纵向切槽，切槽前端开有直径10mm，深5mm的螺孔，调节杆的轴向位移有效长度为6mm，调节滑块外距端面4.2mm处开有密封槽。调节杆6轴向运动不受电涡流传感器7的影响。电涡流传感器7和调节杆6通过滑动套筒连接。调节杆6为空心圆柱，一端开有纵向切槽，纵向切槽前端开有螺孔，电涡流传感器7安装于调节杆6内部，挡块5和调节杆6通过螺纹进行连接，调压时电涡流传感器7不会影响调节杆6的轴向运动。挡块5的外螺纹直径10mm，挡块5和调节杆6的螺纹连接深度为5mm，调节杆6纵向切槽宽5mm、深15mm，有效轴向位移长度为6mm，而调压弹簧8的最大压缩量不大于4mm，该结构保证了调节杆6的轴向运动不受电涡流传感器7的约束。
所述的电涡流传感器呈T型结构，由定位销和探头两部分构成，定位销用于定位，探头用于测量位移。探头内部开有阶梯孔，头部安装测量线圈，尾部小孔与定位销和阀体小孔通连，用于引出延伸电缆。探头金属外壳分为两段，安装骨架和线圈后，两段金属外壳以及外壳和定位销焊接成一体。电涡流传感器“T”型结构的定位销为长25mm、宽5mm、高4mm的长方体，探头部分为直径5mm、长40mm的圆柱体，距离探头顶端25mm处开有密封槽。
内外密封圈分别安装于调节杆和电涡流传感器外表面，用于提升调节杆与阀体内流道以及调节杆与电涡流传感器之间缝隙的密封效果。密封槽位置在距离探头顶端25mm处和距离调节滑块端面4.2mm处。
电涡流传感器的检测部件是测量线圈14，测量线圈14的顶部距先导阀锥阀芯(9)基座的距离为1mm，距离0～1.5mm时，测量线圈14具有较好的线性度和灵敏度。
为满足整个系统的密封性，在调节杆6近油腔侧4.2mm处以及电涡流传感器7近油腔侧11mm处分别使用密封圈进行密封。
在图7中，测量线圈14通过电磁感应感知先导阀锥阀芯9信号，先导阀锥阀芯9处于高频正弦激励电压
的探头线圈所产生的交变磁场
中，先导阀锥阀芯9基座中产生闭合的涡流环i2，涡流产生与交变磁场φ1方向相反的磁场φ2阻碍φ1的变化，检测线圈14的阻抗也相应的发生变化。其变化程度取决于线圈尺寸、阀芯材料、线圈激励频率以及检测距离等参数。保持其余参数不变时，测量线圈14的阻抗值与检测距离存在一一对应的关系。
电涡流传感器中线圈阻抗与影响线圈阻抗的诸多因素之间存在一定的函数关系。图中将阀芯抽象为短路线圈，其与检测线圈发生磁场耦合，两者之间互感系数为M，其中R1和L1表示检测线圈电阻和电感，R2和L2表示阀芯等效电阻和电感。输入激励条件为电压U，由克希霍夫定律可知：
线圈等效电阻和等效电感分别为：
在图8中，在电涡流传感器有效量程范围(3.0mm)内，每移动被测物0.1mm，观察并记录传感器前置器输出电压值的变化，并对电涡流传感器检测先导阀锥阀芯的散点图进行线性拟合。拟合后，曲线非线性度0.89％，实际灵敏度为4.55V/mm，线性中点为1.94mm，中点输出为5.55V。这表明传感器的输出特性较好，能够满足先导阀锥阀芯位移信号的测量。
在图9中，建立溢流阀先导阀腔流场有限元模型，设置进油口压力为35MPa，出油口压力为10MPa。经计算，先导阀锥阀芯9与阀座10结合的节流口处存在较大的压力差，先导阀锥阀芯9入口处压力值为27.5MPa，出口压力值为10MPa，进出口压力差为17.5MPa。另外，在先导阀锥阀芯9和阀座10之间的节流口位置流速为304m/s。与此同时，先导阀锥阀芯9上下两侧的压力差(即下侧静压值减去上侧静压值)最大值为10MPa。这表明溢流阀先导阀内置电涡流传感器后，阀腔内部流场性能较好，结构的改变对阀腔流场性能影响较小。
Claims (5)
1.一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置，其特征在于，包括调节手柄（1）、调压螺钉（2）、锁紧螺母（3）、定位螺母（4）、挡块（5）、调节杆（6）、电涡流传感器（7）、调节弹簧（8）、先导阀锥阀芯（9）、阀座（10）和阀体（11）；其中，
阀体（11）具有中空腔体且两端开口，定位螺母（4）连接在阀体（11）的一端，阀体（11）的另一端连接有堵头（12）；
调压螺钉（2）与定位螺母（4）通过螺纹连接，挡块（5）、调节杆（6）、电涡流传感器（7）、先导阀锥阀芯（9）及阀座（10）依次设置在阀体（11）内，挡块（5）的一端连接在调压螺钉（2）的一端，另一端连接在调节杆（6）的一端，调节杆（6）的一端开设有纵向切槽，中心开设有圆柱通孔，电涡流传感器（7）呈T型结构，包括测量线圈（14）、定位销（16）和探头（17），电涡流传感器（7）套装在调节杆（6）内，定位销（16）安装在调节杆（6）的纵向切槽内，探头（17）伸出至调节杆（6）外，电涡流传感器（7）内具有中空腔体，探头（17）的中空腔体顶端安装有测量线圈（14），测量线圈（14）通过延伸电缆（13）引出至阀体（11）外，调节弹簧（8）套装在探头（17）与先导阀锥阀芯（9）的周向上；
阀座（10）与阀体（11）固定相连，阀座（10）上开有固定节流孔，调压弹簧（8）利用弹簧力将先导阀锥阀芯（9）顶在阀座（10）上，固定节流孔被堵死，先导阀锥阀芯（9）关闭，当系统压力超过调压弹簧（8）预紧力时，先导阀锥阀芯（9）与阀座（10）相离，固定节流孔打开，先导阀锥阀芯（9）开启；
调节手柄（1）连接在调压螺钉（2）的另一端；
锁紧螺母（3）与调节螺钉（2）螺纹连接，用于限制调节螺钉（2）轴向移动。
2.根据权利要求1所述的一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置，其特征在于，定位螺母（4）内部开设有圆环形凸台，阀体（11）上与定位螺母螺纹连接处端面开有定位槽，两者配合实现电涡流传感器（7）的固定。
3.根据权利要求1所述的一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置，其特征在于，电涡流传感器（7）的定位销（16）内和探头（17）内开设有引出延伸电缆（13）的中空腔体。
4.根据权利要求1所述的一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置，其特征在于，电涡流传感器（7）的探头（17）的顶部距离先导阀锥阀芯（9）基座的距离小于1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种内置式先导阀阀芯振动位移信号在线检测装置，其特征在于，调节杆（6）的周向上以及电涡流传感器（7）的周向上均开设有密封槽，密封槽内均设置有密封圈（15）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |