CN115077432A - 一种油缸行程检测系统、漏油检测系统及行程检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种油缸行程检测系统、漏油检测系统及行程检测方法，油缸行程检测系统包括液压动力单元、换向阀、流量检测元件、中央处理器；通过在换向阀连接油缸的进油口或回油口安装流量计，并通过液压动力单元为待测油缸提供驱动力，通过中央处理器接收用户输入的待测油缸的油缸直径、活塞直径，控制液压动力单元为整个检测系统供油，并控制换向阀的油口切换，实时记录换向阀分别在待测油缸伸出的动作周期值和待测油缸缩回的动作周期值，同时接收流量检测元件采集到的待测油缸的流量值，并根据采集到的数据计算油缸伸出和油缸缩回的行程值。该系统结构简单，适用范围广，能够对结构紧凑、使用环境恶劣装备的驱动油缸动作行程进行有效测量。

Description

一种油缸行程检测系统、漏油检测系统及行程检测方法

技术领域

本发明涉及液压驱动检测设备，具体涉及一种油缸行程检测系统、漏油检测系统及行程检测方法。

背景技术

目前，国内外市场的油缸驱动设备中，油缸行程检测一般有两种方式来进行检测：第一种是依靠外置位移传检测装置，例如在油缸的平行轴上安装拉绳传感器、激光传感器、磁环传感器等位距检测元件，通过对油缸驱动连接件位置的变化进行测量记录。此方式响应速度快，测量精度高，但对设备使用环境的要求高，运动部件的冗余空间要求大，要避免驱动部件在运行过程中不会干涉到传感器的检测范围(如拉绳、激光、磁杆)，此方式对于紧凑型和使用环境恶劣的装备存在较大局限性；第二种是在油缸内部装配位移检测装置，例如在油缸的活塞杆上安装磁环传感器，通过对活塞杆的位置变化进行测量记录。此方式对设备使用环境和冗余空间要求较低，但安装难度较大，维修保养不便。对于油缸体积较大、液压工作压力较高的装备存在较大局限性。从市场实际使用情况反馈，目前市场上油缸行程检测方式对于高压高速、结构紧凑、使用环境恶劣的装备都存在有一定的局限性。

发明内容

本发明主要用于解决目前市场上对于高压高速、结构紧凑、使用环境恶劣的电液控制装备中驱动油缸的行程检测。针对现有的对于结构紧凑、使用环境恶劣装备的驱动油缸动作行程无法有效测量的技术问题，本发明提供一种油缸行程检测系统、漏油检测系统及行程检测方法，具体技术方案如下：

一种油缸行程检测系统，该系统包括液压动力单元、换向阀、流量检测元件、中央处理器；

所述流量检测元件安装在所述换向阀的进油口或回油口；

所述换向阀与待测油缸的无杆腔和有杆腔的油路连通，所述液压动力单元与所述换向阀油路连通；

所述液压动力单元、换向阀、流量检测元件与所述中央处理器电连接；

所述中央处理器用于接收用户输入的待测油缸的油缸直径D1、活塞直径D2，控制所述液压动力单元为整个检测系统供油，并控制所述换向阀的油口切换，实时记录所述换向阀分别在待测油缸伸出的动作周期值T1和待测油缸缩回的动作周期值T2，同时接收所述流量检测元件采集到的待测油缸的流量值，并根据采集到的数据计算油缸伸出的行程值L1和油缸缩回的行程值L2。

进一步地，所述流量检测元件为涡轮式流量计。

进一步地，所述中央处理器包括人机交互界面，用于方便用户输入待测油缸的油缸直径D1和活塞直径D2。

进一步地，所述换向阀为三位四通换向阀。

一种油缸漏油检测系统，包括油缸行程检测系统，其特征在于，该漏油检测系统还包括位于所述换向阀的回油口或进油口的另一流量检测元件，使得所述漏油检测系统在换向阀的回油口和进油口各有一个流量检测元件；所述中央处理器根据采集到的两个流量检测元件的流量的波动差异，判断由所述液压动力单元、换向阀、待测油缸组成的液压系统是否存在漏油。

一种油缸行程检测方法，该方法基于油缸行程检测系统来实现，其特征在于，该方法包括：

所述中央处理器接收用户输入的油缸直径D1和活塞直径D2，以及用户输入的油缸动作指令；根据指令控制换向阀工作，换向阀通过对应工位将液压动力单元中的进/回油路切换到油缸的进油口P或回油口T；在中央处理器输出控制信号时，同步记录所述换向阀分别在待测油缸伸出的动作周期值T1和待测油缸缩回的动作周期值T2；

油缸行程检测系统运行过程中，所述流量检测元件实时采集待测油缸的流量值Q并反馈给所述中央处理器；

所述中央处理器根据下式计算得到油缸伸出的行程值L1和油缸缩回的行程值L2：

S1＝π×(D1/2)²；S2＝π×(D1/2)²-π×(D2/2)²

Vp1＝Q×T1

Vp2＝Q×T2

L1＝Vp1/S1

L2＝Vp2/S2

其中，S1为待测油缸的无杆腔有效面积，S2为待测油缸的有杆腔有效面积；Vp1为待测油缸的油缸伸出排量，Vp2为待测油缸的油缸缩回排量。

本发明的有益效果如下：

1、相较于外置位移传检测装置或油缸内部装配位移检测装置，本发明只需采用叠加或插装式安装方式，在换向阀的进油口或回油口安装流量检测元件，对装备本身的安装空间占用较小，便于拆装维护和故障检修，不易受外部环境影响，具有使用方便，运行稳定性好等优点。

2、本发明的行程检测方法主要检测原理基于液压流体的流量变化测算，相较于市场上常规的对于运动部件的位移测距方法，其不易受到装备使用环境的约束，例如运动部件非正常运行轨迹的变化(机械变形)、使用环境恶劣(粉尘、防水)、运动部件结构复杂(检测路径有干涉)等影响，常规的检测方法均不能可靠的进行检测，本发明的方法适用性和使用可靠性更好。

3、本发明的检测方法在设备使用环境恶劣的应用场景中，其使用效果明显。尤其在粉尘、泥沙、污水、异物较复杂的场景中，因其无需接触运动部件位移目标进行测量，故对此影响因素可忽略不计，这就有效的保障了检测系统的可靠运行。在实际使用中，其产品的售后维护率降低百分之七十以上(主要故障率在于流量检测元件本身的质量性上)，有效解决了结构紧凑、使用环境恶劣的电液控制装备中对于驱动油缸行程的检测，提高了产品的可靠性和经济性。

附图说明

图1为本发明实施例的油缸行程检测系统的示意图；

图2为本发明实施例的油缸行程检测系统的液压回路图；

图3为本发明实施例的中央处理器的结构示意图。

图中，待测油缸1、换向阀2、流量检测元件3、液压动力单元4、中央处理器5、

电机401、联轴器402、油泵403、压力表404、电磁溢流阀405、油口过滤器406、油箱407、指示灯501、触摸屏502、按钮开关503、可编程控制器504、工业低压元件505。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，作为其中一种实施方式，本发明的油缸行程检测系统包括换向阀2、流量检测元件3、液压动力单元4和中央处理器5。

其中，流量检测元件3安装在换向阀2的进油口或回油口，用于采集液压动力单元驱动待测油缸1时的流量变化情况。换向阀2与待测油缸1的无杆腔和有杆腔的油路连通，换向阀2用于执行中央处理器5发出的指令。液压动力单元4与换向阀2油路连通，用于提供驱动力。液压动力单元4、换向阀2、流量检测元件3与中央处理器5电连接。待测油缸1为终端元件。中央处理器5用于控制各动作部件的运动，并将待测油缸1运动过程中采集到的信息进行综合分析，并通过相应的逻辑运算程序，将需要执行的结果进行反馈。

流量检测元件3可以采用各类的流量计，图1给出的实施例中为涡轮流量计，该流量计是在管道中心安放一只涡轮结构，两端由轴承支撑，当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质黏度、涡轮的旋转角速度与流体流速成正比，由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到。而涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈进行检测，当涡轮叶片切割由壳体内的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化，传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，对信号进行放大和整形，再产生与流速成正比的脉冲信号，进行单位换算后即可计算出管道内液压油的流量值。并按照一定的规律将测量的脉冲信号转换成标准的模拟电流量。涡轮流量计采用DC24V安全电压，不间断模拟量电流传输信号，抗干扰性好，有效保障设备的可靠性。模拟量信号可高精度不间断的检测到压力实时变化情况，有效避免了压力峰值等干扰，提高了中央处理器逻辑运算的准确性。

换向阀2为三位四通换向阀。

图2为整个油缸行程检测系统的液压回路图。如图2所示，液压动力单元4包括电机401、联轴器402、油泵403、压力表404、电磁溢流阀405、油口过滤器406、油箱407。电机401通过联轴器402连接油泵403，油泵403的出油口通过管路与待测油缸1的有杆腔、无杆腔中的一个连通，且在油泵403与待测油缸1连通的管路上依次设置有压力表404、电磁溢流阀405，电磁溢流阀405上接线端与中央处理器电连接。在油泵403的入口还设置有油口过滤器406，且油口过滤器位于油箱407中。待测油缸1的有杆腔、无杆腔中的另一个通过换向阀2与油箱407连通。压力表404用于检查油泵403出口处的压力。

如图3所示，中央处理器包括指示灯501、触摸屏502、按钮开关503、可编程控制器504、工业低压元件505。其中，可编程控制器(PLC)用于采集流量检测元件的电流Q，同时记录换向阀2分别在待测油缸1伸出的动作周期值T1和待测油缸缩回的动作周期值T2。由于油缸的有效活塞直径与杆径是常数值，一般情况下，由于压力变化引起液体体积的变化系数K很小，可认为液体是不可压缩的，即可得到活塞杆的伸出或缩回行程。

指示灯501安装在电控箱操作面板上，作为反馈元件，主要用于指示电源系统是否正常工作，以便于引导下步操作步骤。

按钮开关503安装在电控箱操作面板上，作为执行元件，主要用于电源系统的启停、液压系统的启停、驱动油缸的往复动作等的控制，作为系统运行的先决条件，电控系统包含且不局限于此。

工业低压原件505安装在电控箱柜内，作为一次回路电器元件，主要用于电控系统一次主回路的电源保护、人机防护及信号中转等功能，作为电控系统的必要安全防护设计，电控系统包含且不局限于此。

触摸屏502作为用户交互设备，用于接收用户输入的待测油缸的油缸直径D1、活塞直径D2，以及用于显示设备的各种运行参数及显示设备运行中的各种信息，让操作人员能直观地了解到设备的运行状态。触摸屏502能将一些变量参数通过人机界面的组态软件传送给中央处理器，以便于调试人员根据现场情况修改设备运行的逻辑条件；并能将中央处理器需要反馈的信息通过人机界面直观的显示出来。

采用本发明的油缸行程检测系统进行油缸行程检测的方法，具体包括如下步骤：

步骤一：操作人员通过中央处理器的触摸屏502输入待测油缸的油缸直径D1和活塞直径D2。

步骤二：中央处理器内置的油缸伸出的输出信号Y1和油缸缩回的输出信号Y2，根据指令控制换向阀，使其通过对应工位将液压动力单元中的进/回油路切换到油缸的进油口P或回油口T；在中央处理器输出Y1、Y2控制信号时，同步记录换向阀分别在待测油缸伸出的动作周期值T1和待测油缸缩回的动作周期值T2；

油缸行程检测系统运行过程中，流量检测元件实时采集待测油缸的流量值Q并反馈给所述中央处理器；

中央处理器根据用户输入的油缸直径D1、活塞直径D2以及实时监测数据，通过下式计算得到油缸伸出的行程值L1和油缸缩回的行程值L2：

S1＝π×(D1/2)²；S2＝π×(D1/2)²-π×(D2/2)²

Vp1＝Q×T1

Vp2＝Q×T2

L1＝Vp1/S1

L2＝Vp2/S2

其中，S1为待测油缸的无杆腔有效面积，S2为待测油缸的有杆腔有效面积；Vp1为待测油缸的油缸伸出排量，Vp2为待测油缸的油缸缩回排量。

在本发明的油缸行程检测系统的基础上，在换向阀的回油口或进油口再增加一个另一流量检测元件，即使得换向阀的回油口和进油口各有一个流量检测元件，此时该系统为油缸漏油检测系统，中央处理器根据采集到的两个流量检测元件的流量的波动差异，能够判断由所述液压动力单元、换向阀、待测油缸组成的液压系统是否存在漏油。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种油缸行程检测系统，其特征在于，该系统包括液压动力单元、换向阀、流量检测元件、中央处理器；

所述流量检测元件安装在所述换向阀的进油口或回油口；

所述换向阀与待测油缸的无杆腔和有杆腔的油路连通，所述液压动力单元与所述换向阀油路连通；

所述液压动力单元、换向阀、流量检测元件与所述中央处理器电连接；

所述中央处理器用于接收用户输入的待测油缸的油缸直径D1、活塞直径D2，控制所述液压动力单元为整个检测系统供油，并控制所述换向阀的油口切换，实时记录所述换向阀分别在待测油缸伸出的动作周期值T1和待测油缸缩回的动作周期值T2，同时接收所述流量检测元件采集到的待测油缸的流量值，并根据采集到的数据计算油缸伸出的行程值L1和油缸缩回的行程值L2。

2.根据权利要求1所述的油缸行程检测系统，其特征在于，所述流量检测元件为涡轮式流量计。

3.根据权利要求1所述的油缸行程检测系统，其特征在于，所述中央处理器包括人机交互界面，用于方便用户输入待测油缸的油缸直径D1和活塞直径D2。

4.根据权利要求1所述的油缸行程检测系统，其特征在于，所述换向阀为三位四通换向阀。

5.一种油缸漏油检测系统，包括权利要求1～3中任意一项的油缸行程检测系统，其特征在于，该漏油检测系统还包括位于所述换向阀的回油口或进油口的另一流量检测元件，使得所述漏油检测系统在换向阀的回油口和进油口各有一个流量检测元件；所述中央处理器根据采集到的两个流量检测元件的流量的波动差异，判断由所述液压动力单元、换向阀、待测油缸组成的液压系统是否存在漏油。

6.一种油缸行程检测方法，该方法基于权利要求1～3中任意一项的一种油缸行程检测系统来实现，其特征在于，该方法包括：

所述中央处理器接收用户输入的油缸直径D1和活塞直径D2，以及用户输入的油缸动作指令；根据指令控制换向阀工作，换向阀通过对应工位将液压动力单元中的进/回油路切换到油缸的进油口P或回油口T；在中央处理器输出控制信号时，同步记录所述换向阀分别在待测油缸伸出的动作周期值T1和待测油缸缩回的动作周期值T2；

油缸行程检测系统运行过程中，所述流量检测元件实时采集待测油缸的流量值Q并反馈给所述中央处理器；

所述中央处理器根据下式计算得到油缸伸出的行程值L1和油缸缩回的行程值L2：

S1＝π×(D1/2)²；S2＝π×(D1/2)²-π×(D2/2)²

Vp1＝Q×T1

Vp2＝Q×T2

L1＝Vp1/S1

L2＝Vp2/S2

其中，S1为待测油缸的无杆腔有效面积，S2为待测油缸的有杆腔有效面积；Vp1为待测油缸的油缸伸出排量，Vp2为待测油缸的油缸缩回排量。

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