CN115824529A - 一种液压滑阀内泄漏实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压元件检测研究实验领域，具体涉及一种液压滑阀内泄漏化实验装置。包括测控组件、恒温供油组件、对零组件、内泄漏模拟组件、进给组件；恒温供油组件包括：油箱、油冷机、油泵、单向阀；对零组件包括：空压机、定值减压器、气动量仪；内泄漏模拟组件包括：支架、阀座、阀芯、驱动机构；测控组件包括：第一二位三通换向阀、流量计、量杯、测重装置；本申请的液压滑阀内泄漏实验装置适用于开展液压滑阀内泄漏机理及规律、内泄漏声发射检测等探究性实验研究，也可以满足液压滑阀内泄漏量测量、阀芯对中、折叠量测量等任务需求，并有效节约检验和研究人员大量的时间和精力。

Description

一种液压滑阀内泄漏实验装置

技术领域

本发明属于液压元件检测研究实验领域，具体涉及一种液压滑阀内泄漏化实验装置。

背景技术

液压滑阀具有工作原理简单、加工制造方便、功能多样、易于控制等诸多优点，即可作为主阀也可以作为先导阀使用，所以经常作为核心控制元件广泛应用在液压组件当中，控制油液的流动方向、大小及压力。为保证密封和顺畅滑动，滑阀阀芯和阀体间的正常径向间隙为3～8μm。由于间隙的存在，滑阀内泄漏不可避免，但正常间隙下的内泄漏量甚小，不影响组件正常工作。但液压滑阀使用率高，开启频繁，且长期在高油压环境下工作，这些因素对密封面有着极大的损伤，阀芯磨损会增大间隙，过大的径向间隙会使内泄漏量显著增加，严重时会影响执行机构正常动作，造成过多的压力损失和异常发热，甚至会导致滑阀机能失效。为提高液压行业滑阀设计制造能力，开展液压滑阀的内泄漏机理及规律研究十分必要。但液压滑阀内泄漏影响因素众多，如：油液粘度、阀芯直径、密封长度、间隙高度、进出口压差、阀芯偏心、阀芯锥度、阀芯对中、油液流态等因素都会影响滑阀的内泄漏。此外，阀芯和阀套间采用精密配合，间隙极小，无论采用理论计算还是数值仿真的方法很难真实反映液压滑阀内泄漏规律，甚至有些结论与实际情况相悖，例如：利用环形缝隙流量计算公式计算内泄漏量时，当密封长度趋于零时会得到内泄漏量无限大的错误结论。最为可靠的办法是采用实验的方法开展相关研究，但由于阀芯阀套间属精密配合，配合间隙为微米级，开展相关实验需要克服阀芯微米级对中、折叠量测量等技术难题，而且由于内泄漏量往往十分微小，即使采用高精度的流量计也很难精确测量如此微小的泄漏量，目前相关的液压阀实验装置，功能基本较为单一，试验过程需要实验人员的深度参与，缺乏功能全面、性能先进的液压滑阀内泄漏实验装置限制了研究人员对液压滑阀内泄漏机理及规律的深入研究和把握，也直接影响液压滑阀设计制造能力的提高。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前液压滑阀试验台普遍存在化程度低、功能单一、性能不高等问题，无法满足高效快速的滑阀内泄漏检测、阀芯对中、折叠量测量、声发射检测等检测或研究需要，提供一种液压滑阀内泄漏化实验装置，可用以开展液压滑阀内泄漏检测、泄漏机理及规律、声发射检测实验研究。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种液压滑阀内泄漏实验装置，包括测控组件、恒温供油组件、对零组件、内泄漏模拟组件、进给组件；

恒温供油组件包括：油箱1、油冷机5、油泵8、单向阀9；油泵8将油箱1中的油液泵出经单向阀9向外输出形成供油回路，油冷机5利用与油箱1连通的循环回路对油液进行温度控制；

对零组件包括：空压机17、定值减压器15、气动量仪14；空压机17经过定值减压器15和气动量仪14输出压缩气体形成对零回路；

内泄漏模拟组件包括：支架26、阀座27、阀芯28、驱动机构29；所述阀座27固定安装在支架26上，阀芯28和阀座27配合构成液压滑阀结构，驱动机构29安装在阀座27或支架26上，驱动机构的输出轴与阀芯28连接；

测控组件包括：第一二位三通换向阀193、流量计23、量杯24、测重装置25；所述流量计23连接在第三二位三通换向阀193其中一个出口处，量杯24设于另一个出口处，测重装置25用于测量量杯24及其内容物质量；

对零回路和供油回路经过第一二位三通换向阀191向内泄漏模拟装置进行选择性输入；内泄漏模拟装置输出经第三二位三通换向阀193向流量计23或量杯24选择性输出，所述流量计23出油后进入油箱1形成液压环路。

对前述液压滑阀内泄漏实验装置的进一步改进或者优选实施方案，还包括控制组件，所述控制组件包括以下几部分：

A、设置在单向阀9与第一二位三通换向阀191之间的第一球阀和电磁控制阀，所述电磁控制阀用于控制回路通断，所述第一球阀用于控制回路通断的备用阀，在系统失电时亦可切断油路，避免油液外泄；

B、设置在内泄漏模拟装置与第三二位三通换向阀193之间的第二二位三通换向阀192、第二球阀66、第三球阀67、比例节流阀22；

所述内泄漏模拟装置经过第三二位三通换向阀193分别向第二球阀66和第三球阀67输出，第二球阀66通过比例节流阀22向第三二位三通换向阀193进行输出。

对前述液压滑阀内泄漏实验装置的进一步改进或者优选实施方案，还包括检测组件，所述监测组件包括以下几部分：

测温部分：设置于油箱1上用于检测油温的第一温度传感器41、设置在第一二位三通换向阀191与内泄漏模拟组件之间回路上的第二温度传感器42；

测压部分：设置在单向阀9出口侧的第一压力传感器101、设置在定值减压器15与气动量仪14之间的第二压力传感器102、设置在内泄漏模拟组件输入侧的第三压力传感器103以及输出侧的第四压力传感器104。

对前述液压滑阀内泄漏实验装置的进一步改进或者优选实施方案，还包括由流量计23输出侧引出并连通至单向阀9输出侧的溢流支路，溢流支路上设置有比例溢流阀11。

对前述液压滑阀内泄漏实验装置的进一步改进或者优选实施方案，所述阀座27内设有阀腔，阀芯28竖向可滑动地设置在阀腔中，阀座27顶部设置有封盖270，封盖270上设有连通至阀腔的过孔，孔内安装有数显千分尺，数显千分尺的测量轴从过孔穿入并与阀芯28接触；阀座27的底部设置有滑台，滑台中心设置有与阀芯28正对的滑道，滑道内设置有可上下滑动的夹持机构，夹持机构与阀芯28可拆卸连接且下端与驱动机构的输出轴连接。

对前述液压滑阀内泄漏实验装置的进一步改进或者优选实施方案，所述驱动机构是指伺服电机，伺服电机的电机轴顶端设置有滚珠丝杠，所述夹持机构底部设置有丝杠套筒，夹持机构与伺服电机的电机轴通过滚珠丝杠连接。

对前述液压滑阀内泄漏实验装置的进一步改进或者优选实施方案，所述夹持机构为多爪卡盘结构。

其有益效果在于：

本申请的液压滑阀内泄漏实验装置适用于开展液压滑阀内泄漏机理及规律、内泄漏声发射检测等探究性实验研究，也可以满足液压滑阀内泄漏量测量、阀芯对中、折叠量测量等任务需求，并有效节约检验和研究人员大量的时间和精力。该实验装置包括测控组件、恒温供油组件、进给组件、对零组件、滑阀内泄漏模拟装置五部分组成，各部分协调配合完成实验，借助远程监控装置还可以远程遥控监视实验过程，其中测控组件对宽量程流量的高精度测量采用高精度流量计+定时称重相结合的方式进行，解决了流量测量中宽量程和高精度的矛盾，其中恒温供油控制组件采用液压站技术，能够根据装置对流量的实际需求匹配供油量，减少多余油液的溢流发热，改善液压站温升状况，在此基础上配合闭环油温控制组件，实现恒温供油，避免油液温度变化对滑阀内泄漏试验的影响，进给组件采用电动滑台+自对中夹具，可实现对阀芯轴向位移的精确控制构成闭环位置控制组件，保障阀芯的精确对中和阀芯阀体间密封长度的精确设定，对零组件在进给组件的配合下，借助数字式气动量仪采用气动对零方式完成阀芯的高精度对零，避免手动对零引入的人为误差，为滑阀内泄漏实验提供可靠的阀芯零位。滑阀内泄漏模拟装置按照滑阀内部流道结构设计，能够真实模拟滑阀内泄漏情况，还可以配合多套易拆卸阀芯阀体组合的方式，快速更换实现改变阀芯直径和间隙高度，满足更多测量和实验的需求。

附图说明

图1是为液压滑阀内泄漏实验装置的网路结构示意图；

图2是自动进给和滑阀泄漏模拟装置的结构示意图；

图3是自动进给和滑阀泄漏模拟装置的剖切示意图；

图4是实施例中液压滑阀内泄漏实验装置的实验流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

本申请的液压滑阀内泄漏实验装置原理图如图1所示，包括测控组件、恒温供油组件、对零组件、内泄漏模拟组件、进给组件；

恒温供油组件包括：油箱1、油冷机5、油泵8、单向阀9；油泵8将油箱1中的油液泵出经单向阀9向外输出形成供油回路，油冷机5利用与油箱1连通的循环回路对油液进行温度控制；

对零组件包括：空压机17、定值减压器15、气动量仪14；空压机17经过定值减压器15和气动量仪14输出压缩气体形成对零回路；

内泄漏模拟组件包括：支架26、阀座27、阀芯28、驱动机构29；阀座27固定安装在支架26上，阀芯28和阀座27配合构成液压滑阀结构，驱动机构29安装在阀座27或支架26上，驱动机构的输出轴与阀芯28连接；

阀座27内设有阀腔，阀芯28竖向可滑动地设置在阀腔中，阀座27顶部设置有封盖270，封盖270上设有连通至阀腔的过孔，孔内安装有数显千分尺，数显千分尺的测量轴从过孔穿入并与阀芯28接触；阀座27的底部设置有滑台，滑台中心设置有与阀芯28正对的滑道，滑道内设置有可上下滑动的夹持机构，夹持机构与阀芯28可拆卸连接且下端与驱动机构的输出轴连接，驱动机构是指伺服电机，伺服电机的电机轴顶端设置有外螺纹，夹持机构底部设置有螺纹孔，夹持机构与伺服电机的电机轴通过螺纹连接。本实施例中，夹持机构为多爪卡盘结构。

测控组件包括：第一二位三通换向阀193、流量计23、量杯24、测重装置25；流量计23连接在第三二位三通换向阀193其中一个出口处，量杯24设于另一个出口处，测重装置25用于测量量杯24及其内容物质量；

对零回路和供油回路经过第一二位三通换向阀191向内泄漏模拟装置进行选择性输入；内泄漏模拟装置输出经第三二位三通换向阀193向流量计23或量杯24选择性输出，流量计23出油后进入油箱1形成液压环路。还包括由流量计23输出侧引出并连通至单向阀9输出侧的溢流支路，溢流支路上设置有比例溢流阀11。

为便于控制实验过程，本装置还包括控制组件，控制组件包括以下几部分：A、设置在单向阀9与第一二位三通换向阀191之间的第一球阀和电磁控制阀，第一球阀用于控制回路流量，电磁控制阀用于控制回路通断；B、设置在内泄漏模拟装置与第三二位三通换向阀193之间的第二二位三通换向阀192、第二球阀66、第三球阀67、比例节流阀22；内泄漏模拟装置经过第三二位三通换向阀193分别向第二球阀66和第三球阀67输出，第二球阀66通过比例节流阀22向第三二位三通换向阀193进行输出。

为便于获取装置内介质状态以及回路信息，本装置还包括检测组件，监测组件包括以下几部分：

测温部分：设置于邮箱1上用于检测油温的第一温度传感器41、设置在第一二位三通换向阀191与内泄漏模拟组件之间回路上的第二温度传感器42；

测压部分：设置在单向阀9出口侧的第一压力传感器101、设置在定值减压器15与气动量仪14之间的第二压力传感器102、设置在内泄漏模拟组件输入侧的第三压力传感器103以及输出侧的第四压力传感器104。

其中液压组件主要作用是给滑阀内泄漏模拟装置提供恒温恒压的压力油，气动组件主要用于滑阀内泄漏模拟装置阀芯对零，两组件不同时工作，之间切换是通过电磁阀191和192换向实现。液压组件与泄漏模拟装置进出油口采用液压软管相连，以减弱泵源压力脉动对内泄漏实验的影响，避免泵源及阀件振动对泄漏模拟装置上传感器采集信号产生干扰。滑阀内泄漏量的测量采用高精度流量计+定时称重的方式实现，两者之间的切换通过电磁阀193换向实现。当泄漏量＞0.15L/min时，使用流量计测量泄漏量；当泄漏量≤0.15L/min时，采用定时称重法测量泄漏量。

滑阀内泄漏模拟装置和进给组件装配成一个整体，其内部结构如图2所示。滑阀内泄漏模拟装置主要功能是真实模拟滑阀内泄漏的情况，为了能够方便的改变结构参数以研究其对内泄漏的影响，阀体4和阀芯3都设计为可拆卸更换的，通过更换阀体和阀芯的配对组合来改变阀芯直径和间隙高度。进给组件主要作用是对阀芯实现微米级的位置控制，电动滑台通过自定心夹具与阀芯一端固连在一起，在伺服电机驱动下拖动阀芯沿轴向移动，从而改变阀芯与阀体相对位置，实现对密封长度的调节。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对该滑阀内泄漏模拟装置的声发射实验具体步骤进行详细说明，具体步骤如下：

步骤1：关闭球阀64、65、66、67，更换泄漏模拟装置的阀体和阀芯为序列i(i＝1，2，……，n)和阀芯序列j(j＝1，2，……，m)，通过夹具将阀芯与自动进给装置固连，连接液压与气动管路，完成后打开球阀64、65、66、67，电磁阀191置左位，192置右位，193置右位。启动液压站，设定供油压力10MPa，设定自动进给装置循环往复1mm运动，运行5min后检查整个实验装置，确保系统各部分运行正常且无外泄漏后停机；

步骤2：接通气动管路，即电磁阀191置右位，192置左位，启动空压机，气源压力调定为0.2MPa，启动自动对零系统，进行3次阀芯自动对零，将3次零位均值作为阀芯最终零位；

步骤3：接通液压管路，电磁阀191置左位，192置右位，193置右位，启动液压站，设定实验油液温度，不设定压力，电磁阀12打开，将管路及阀件内空气排干，待油温稳定在设定温度±1℃内；

步骤4：电磁阀12关闭，进行内泄漏声发射背景信号采集，采集3次；

步骤5：阀芯零位即密封长度为0mm的阀芯位置，据此设定密封长度为序列k(k＝1，2，……，p)，将供油压力调整为序列l(l＝1，2，……，q)，待油温恒定，采集各传感器(压力、温度、声发射传感器)数据，采集3次。根据泄漏量大小，自动切换电磁阀193，采用定时称重或流量计测量泄漏量，测量3次求均值；

步骤6：供油压力调整为序列l+1，重复步骤5，直至供油压力序列实验完毕；

步骤7：密封长度调整为序列k+1，重复步骤5-6，直至密封长度序列实验完毕；

步骤8：关闭电磁阀12，泄压停机，更换阀芯为序列j+1，重复步骤1-7，直至阀芯序列实验完毕；

步骤9：关闭电磁阀12，泄压停机，更换阀体为序列i+1，重复步骤1-8，直至阀体序列实验完毕。

以上步骤除步骤1需要手动更换阀体和阀芯外，其余步骤均可通过自动测控系统自动完成，实验人员仅需参与n×m次即可完成整个实验，而且可以远程监控整个实验过程。若实验全部采用手动操作，总的实验组数将达到n×m×p×q，且每组实验要完成上述9个步骤，工作量将十分巨大，而且整个过程重复枯燥。该自动化实验装置能够极大地节约了实验的时间成本和人工成本，快速高效获取所需实验数据。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种液压滑阀内泄漏自动实验装置，其特征在于，包括测控组件、恒温供油组件、对零组件、内泄漏模拟组件、进给组件；

恒温供油组件包括：油箱(1)、油冷机(5)、油泵(8)、单向阀(9)；油泵(8)将油箱(1)中的油液泵出经单向阀(9)向外输出形成供油回路，油冷机(5)利用与油箱(1)连通的循环回路对油液进行温度控制；

对零组件包括：空压机(17)、定值减压器(15)、气动量仪(14)；空压机(17)经过定值减压器(15)和气动量仪(14)输出压缩气体形成对零回路；

内泄漏模拟组件包括：支架(26)、阀座(27)、阀芯(28)、驱动机构(29)；所述阀座(27)固定安装在支架(26)上，阀芯(28)和阀座(27)配合构成液压滑阀结构，驱动机构(29)安装在阀座(27)或支架(26)上，驱动机构的输出轴与阀芯(28)连接；

测控组件包括：第一二位三通换向阀(193)、流量计(23)、量杯(24)、测重装置(25)；所述流量计(23)连接在第三二位三通换向阀(193)其中一个出口处，量杯(24)设于另一个出口处，测重装置(25)用于测量量杯(24)及其内容物质量；

对零回路和供油回路经过第一二位三通换向阀(191)向内泄漏模拟装置进行选择性输入；内泄漏模拟装置输出经第三二位三通换向阀(193)向流量计(23)或量杯(24)选择性输出，所述流量计(23)出油后进入油箱(1)形成液压环路。

2.根据权利要求1所述的液压滑阀内泄漏自动实验装置，其特征在于，还包括控制组件，所述控制组件包括以下几部分：

A、设置在单向阀(9)与第一二位三通换向阀(191)之间的第一球阀和电磁控制阀，所述电磁控制阀用于控制回路通断，所述第一球阀用于控制回路通断的备用阀，在系统失电时亦可切断油路，避免油液外泄；

B、设置在内泄漏模拟装置与第三二位三通换向阀(193)之间的第二二位三通换向阀(192)、第二球阀(66)、第三球阀(67)、比例节流阀(22)；

所述内泄漏模拟装置经过第三二位三通换向阀(193)分别向第二球阀(66)和第三球阀(67)输出，第二球阀(66)通过比例节流阀(22)向第三二位三通换向阀(193)进行输出。

3.根据权利要求1所述的液压滑阀内泄漏自动实验装置，其特征在于，还包括检测组件，所述监测组件包括以下几部分：

a、测温部分：设置于油箱(1)上用于检测油温的第一温度传感器(41)、设置在第一二位三通换向阀(191)与内泄漏模拟组件之间回路上的第二温度传感器(42)；

b、测压部分：设置在单向阀(9)出口侧的第一压力传感器(101)、设置在定值减压器(15)与气动量仪(14)之间的第二压力传感器(102)、设置在内泄漏模拟组件输入侧的第三压力传感器(103)以及输出侧的第四压力传感器(104)。

4.根据权利要求1所述的液压滑阀内泄漏自动实验装置，其特征在于，还包括由流量计(23)输出侧引出并连通至单向阀(9)输出侧的溢流支路，溢流支路上设置有比例溢流阀(11)。

5.根据权利要求1所述的液压滑阀内泄漏自动实验装置，其特征在于，所述阀座(27)内设有阀腔，阀芯(28)竖向可滑动地设置在阀腔中，阀座(27)顶部设置有封盖(270)，封盖(270)上设有连通至阀腔的过孔，孔内安装有数显千分尺(271)，数显千分尺的测量轴从过孔穿入并与阀芯(28)接触；阀座(27)的底部设置有滑台(272)，滑台中心设置有与阀芯(28)正对的滑道，滑道内设置有可上下滑动的夹持机构，夹持机构与阀芯(28)可拆卸连接且下端与驱动机构的输出轴连接。

6.根据权利要求5所述的液压滑阀内泄漏自动实验装置，其特征在于，所述驱动机构是指伺服电机，伺服电机的电机轴顶端设置有滚珠丝杠，所述夹持机构底部设置有丝杠套筒，夹持机构与伺服电机的电机轴通过滚珠丝杠连接。

7.根据权利要求5所述的液压滑阀内泄漏自动实验装置，其特征在于，所述夹持机构为多爪卡盘结构。

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