CN115853861A - 一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压控制检测领域，涉及一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，包括皮囊破损检测装置、控制阀集成单元和控制单元；控制阀集成单元集成有切断阀、卸荷阀和压力检测元件；在液压系统主压力油路压力异常时，控制单元由正常工作模式切换到蓄能器检测模式，向控制阀集成单元发送控制信号；皮囊破损检测装置采集蓄能器的皮囊膨胀状态信号和压力检测元件采集皮囊式蓄能器出油管路的油压信号一并返回控制单元，油压信号与预充气压进行比较；控制单元根据信号进行逻辑计算判断皮囊是否破损。本系统融入到液压系统中，能够在系统压力异常时快速准确地辅助判断是否由皮囊破损引起，从而更加快速地排除故障，使得液压系统尽快恢复正常工作。

Description

一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统

技术领域

本发明属于液压控制检测领域，涉及一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统。

背景技术

皮囊式蓄能器作为一个现代流体液压技术中不可缺少的元件，它在液压系统中可以发挥储存液压能量、吸收压力冲击、保持恒定压力、通过压缩预充氮气的皮囊缓冲压力脉动和进行流量波动补偿等作用，广泛应用于需要提供安全性和可靠性的每一个液压系统。

皮囊式蓄能器属于液气隔离式蓄能器，皮囊内置于封闭钢制压力容器内，其利用皮囊内气体的压缩性来吸收或释放压力能。皮囊式蓄能器包括壳体、皮囊、充气阀、进油阀(菌形阀)以及用于安装进油阀的油阀体，所述充气阀和油阀体固定连接在壳体上，皮囊的开口端连接在充气阀上，所述进油阀安装在油阀体内，进油阀在进油阀弹簧的作用下保持常开状态，用以调节通过壳体内的油液流量。当气囊完全被扩大时，进油阀向下移动收盘进囗，此时呈完全泄压状态。皮囊因受其材料时效、压力疲劳、温度变化和油液清洁度等因素影响，皮囊破损是必然事件，且存在个体使用寿命差异较大现象；皮囊破损即会带来液压系统蓄能器功能失效，其破损与否的工作状况存在“不可视见性、不可预见性且不易诊断”的问题，特别是在设有多个蓄能器的液压系统中这种表现比较突出。

皮囊破损只是导致蓄能器内气压降低的原因之一，而出现蓄能器内气压降低不一定是皮囊出现破损。目前主要通过点检员人工对皮囊式蓄能器皮囊的工作状态进行检测和判别，检测效率较低，且在出现问题时不能第一时间确认该问题是否由皮囊破损引起，不能及时作出故障诊断，导致液压系统的功能的完整性受到影响，从而使整个液压系统不能连续正常工作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，融入到液压系统中，正常情况下可实现皮囊式蓄能器的常用功能，不影响液压系统的使用；当检测到皮囊式蓄能器内部压力异常时，能够快速且准确的判断皮囊式蓄能器的皮囊是否破损，进而辅助确定皮囊式蓄能器的故障是否由皮囊破损引起，快速排除一个主要故障原因，从而能够提高排除故障的整体效率，使得液压系统尽快恢复加工和生产。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，包括皮囊式蓄能器，皮囊破损检测装置、控制阀集成单元、压力检测装置和控制单元；所述皮囊破损检测装置和所述控制阀集成单元分别与所述控制单元电性连接；

所述压力检测装置采集皮囊式蓄能器出油管路的气压，并将气压检测值发送给所述控制单元；

所述控制单元接收所述气压检测值，并判断所述气压检测值是否大于预设气压值，若所述气压检测值小于所述预设气压值，则向所述控制阀集成单元和所述皮囊破损检测装置发送控制信号；

所述控制阀集成单元设有切断阀、卸荷阀和压力开关；所述切断阀、卸荷阀和压力开关接收所述控制信号，并按照所述控制信号切换各自通断状态；

所述皮囊破损检测装置在接收所述控制信号后采集皮囊式蓄能器的进油阀移动产生的行程数据，并将所述行程数据发送给所述控制单元；所述皮囊破损检测装置还连接有输出单元，所述皮囊破损检测装置还根据所述行程数据判断皮囊式蓄能器的皮囊是否发生膨胀动作，并将判断结果发送给输出单元进行输出。

进一步，当所述行程数据为零时，所述判断结果为OFF；当所述行程数据不为零时，所述判断结果为ON。

进一步，所述输出单元包括显示装置和报警装置；所述显示装置显示所述判断结果；所述报警装置在所述判断结果为OFF时，发出报警。

进一步，所述切断阀包括先导阀和主阀；所述压力检测装置分别检测主阀的进油口和出油口的油压值，并将所述油压值发送给所述控制单元；所述控制单元比较所述油压值，选择油压值最大的端口作为控制油端口。本方案能够最大化保证主阀关闭可靠。

进一步，所述控制单元设有蓄能器皮囊检测模式；所述蓄能器皮囊检测模式下，切断阀、卸荷阀和压力开关电器连锁关系为：切断阀断开，卸荷阀断开，压力开关连通。本方案使阀门之间形成电器连锁，从而快速地进入检修状态，停止液压系统的运行，提高了检测的效率。

进一步，所述控制单元设有蓄能器正常工作模式；所述蓄能器正常工作模式下，切断阀、卸荷阀和压力开关电器连锁关系为：切断阀连通，卸荷阀连通，压力开关断开。本方案能够快速控制液压系统回归正常工作状态，且与蓄能器皮囊检测模式配合使用能够在检修时能够验证检修结果，确认故障是否排除，；在确认检修完成后能够快速进入运行状态。

本发明的有益效果在于：

本发明的检测控制系统融入到液压系统中，正常情况下可正常实现皮囊式蓄能器的常用功能，不影响液压系统；当检测到皮囊式蓄能器内部压力异常时，通过不同阀门的开启和切断来进行皮囊式蓄能器的破损检测，快速且准确的辅助判断皮囊式蓄能器的故障是否是由皮囊破损引起，从而能够帮助更加快速地排除故障，使得液压系统尽快恢复加工和生产。同时，本方案能够为厂家是否更换充气皮囊提供决策支持，为产线设备正常运行、长寿命运行保驾护航；提高工厂一线生产工人的安全指数，降低工人与正在工作的设备进行接触所导致的风险。

本发明中的控制系统为蓄能器的其他故障原因检测打下了基础，促进了蓄能器故障的在线检测的发展，有利于液压系统的在线健康监测的实现，为液压系统的自动化和智能化打下基础。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的系统原理图；

图2为皮囊破损检测装置单元的安装示意图；

图3为皮囊式蓄能器正常工作时示意图；

图4为皮囊式蓄能器完全泄压后的皮囊未破损示意图；

图5为皮囊式蓄能器完全泄压后的皮囊破损示意图；

图6为皮囊破损检测装置的结构示意图。

附图标记：11-皮囊式蓄能器、12-皮囊破损检测装置、13-控制阀集成单元、14-控制单元15-球阀、16-皮囊、17-压力检测装置、21-切断阀、22-压力开关、23-阻尼、24-卸荷阀、25-单向阀、31-先导阀、32-主阀、33-带梭阀盖板、P-主压力油路、L-泄油路、41-曲线滑轨、42-阀套、43-滚珠、44-导向环、45-阀芯、46-压套、47-固定螺钉、48-检测元件。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～图5所示，一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，包括皮囊式蓄能器11，皮囊破损检测装置12、控制阀集成单元13、压力检测装置17和控制单元14；所述皮囊破损检测装置12和所述控制阀集成单元13分别与所述控制单元14电性连接；所述压力检测装置17采集皮囊式蓄能器11出油管路的气压，并将气压检测值发送给所述控制单元14；所述控制单元14接收所述气压检测值，并判断所述气压检测值是否大于预设气压值，若所述气压检测值小于所述预设气压值，则向所述控制阀集成单元13和所述皮囊破损检测装置12发送控制信号；所述控制阀集成单元13集成有切断阀21、卸荷阀24和压力开关22(或者压力传感器)；所述切断阀21、卸荷阀24和压力开关22接收所述控制信号，并按照所述控制信号切换各自通断状态；所述皮囊破损检测装置12在接收所述控制信号后采集皮囊式蓄能器11的进油阀移动产生的行程数据，并将所述行程数据发送给所述控制单元14；所述皮囊破损检测装置12还连接有输出单元，所述皮囊破损检测装置12还根据所述行程数据判断皮囊式蓄能器11的皮囊是否发生膨胀动作，并将判断结果发送给输出单元进行输出。

如图1所示为该系统的原理图，所述皮囊破损检测装置12固定连接在皮囊式蓄能器11上，所述切断阀21分别通过连接管路和控制管路与皮囊式蓄能器11连接，所述控制单元14分别与切断阀21、卸荷阀24、压力开关22和皮囊破损检测装置12电性连接。所述切断阀21包括出油口一和出油口二，所述出油口一通过设有球阀15的连接管路与所述主压力油路连接，所述出油口二通过设有截止阀的连接管路与所述进油阀连接；所述进油阀通过设有溢流阀的控制管路与所述泄油路连接；所述出油口二还通过连通管路与所述卸荷阀24连接；所述出油口二还通过控制管路与所述压力开关22连接。压力检测装置17为压力表。

本实施例中的皮囊式蓄能器11为现有技术，包括壳体、皮囊、充气阀、进油阀(菌形阀)以及用于安装进油阀的油阀体，所述充气阀和油阀体固定连接在壳体上，皮囊的开口端连接在充气阀上，所述进油阀安装在油阀体内，进油阀包括自上而下套设在进油阀本体上的进油阀弹簧、阻尼套筒以及螺母，进油阀在进油阀弹簧的作用下保持常开状态，用以调节通过壳体内的油液流量，当气囊完全被扩大时，进油阀向下移动收盘进囗，此时呈完全泄压状态。如图5所示，当皮囊破损后，破碎皮囊再进行完全泄压这一动作时，皮囊因无法膨胀而不能接触、推动进油阀使其运动。

所述皮囊破损检测装置12包括导向片、阀组件以及检测元件48，所述导向片固定连接在皮囊式蓄能器11的进油阀上以跟随进油阀移动，所述导向片的一侧固定连接在阻尼23套筒与螺母之间，以跟随进油阀在油阀体内远离壳体的一侧上下移动。所述导向片的另一端上设有曲线滑轨41，该曲线滑轨41与所述进油阀的轴线平行；所述阀组件包括阀套42、阀芯45以及弹性元件，所述阀套42贯穿并固定密封连接在皮囊式蓄能器11的油阀体上，所述阀芯45内套于阀套42并与阀套42滑动密封相连，所述弹性元件内套于阀套42内，且所述弹性元件的一端连接在阀套42上，另一端连接在阀芯45上以赋予阀芯45轴向力并限制阀芯45的轴向行程；所述阀芯45的一端与曲线滑轨41在垂直于阀芯45的方向上滑动连接，且所述阀芯45在曲线滑轨41上的滑动行程小于进油阀的移动行程，以使得所述阀芯45具有与曲线滑轨41滑动连接的常规状态和脱离曲线滑轨41的脱轨状态，所述阀芯45的另一端连接用于检测阀芯45位移和/或受力的检测元件48。在所述阀芯45靠近曲线滑轨41的一侧设有与阀套滑动连接的滚珠43以增加阀芯45与曲线滑轨41的连接灵活性。所述阀芯45靠近曲线滑轨41的一端上套设有导向环44，所述导向环44限制阀芯45的行程。所述阀套42通过布置在阀套42远离曲线滑轨41一侧的固定螺钉47压紧在油阀体上，且所述固定螺钉47为中空结构以安装检测元件48，所述阀套与油阀体之间、阀套与压套46之间以及压套46与阀芯45之间均设有密封圈，以保证液压油不会泄露。

上述的皮囊破损检测装置12通过检测元件48、阀组件以及导向片检测进油阀的位移变化，利用无破损的皮囊16膨胀会推动进油阀位移，从而带动导向片使其向下位移，阀芯45由常规状态变化为脱轨状态，检测元件48因阀芯45发生轴向运动而检测变化信号，由此可以判定皮囊16完好；而破损的皮囊16因无法膨胀而不能接触、推动进油阀使其位移，进而导向片也不产生位移，阀芯45始终保持与曲线滑轨41相接的常规状态，无状态变化，所以检测元件48因阀芯45无法进行轴向运动而检测不到变化信号，由此可以判定皮囊16破损。所述检测元件48包括位移传感器和/或压电传感器。

皮囊破损检测装置的检测元件与装置外部的控制单元14电性连接，本实施例中，控制单元14可以选择PLC就地操作箱或PLC远程操作台，或者为安装有对应PLC控制软件的电脑。

如图1所示，单点划线表示单元整体，双点划线表示电性连接，虚线表示控制管路或泄油回路，实线表示连接管路(即进油、回油管路)。控制阀集成单元13为液压阀块，所述液压阀块上设有切断阀21和卸荷阀24，所述切断阀21与所述控制单元14电性连接，所述切断阀21包括先导阀31、主阀32以及设置在所述先导阀31和所述主阀32之间的带梭阀盖板33。切断阀21和卸荷阀24连接；所述卸荷阀24与所述控制单元14电性连接。具体地，主阀32的A口通过球阀15与整个液压系统的主压力油路P连接，主阀32的B口通过截止阀与皮囊式蓄能器11连接，皮囊式蓄能器11通过设有溢流阀的控制管路与整个液压系统的泄油路L连接；主阀32的B口通过连接管路与卸荷阀24的ρ口连接，ρ口前按照液压油流动方向在连接管路上设置单向阀25和阻尼23，单向阀25能够防止回油背压干扰，阻尼23能够限制卸荷流量功率极，并降低油流噪音；单向阀25的进油口通过设有压力开关的控制管路与控制单元14电性连接；卸荷阀24的A口与泄油路L连接。本实施例中，连入液压系统中的蓄能器可以为多个皮囊式蓄能器11构成的蓄能器组，每个皮囊式蓄能器11与其他元器件的连接方式相同，不多赘述。压力检测装置采用现有的压力表。

在某一实施例中，切断阀21可直接选用现有的电磁式紧急切断阀，内部集成有先导阀31、主阀32和带梭阀盖板33，该元件为现有技术。

在另一优选实施例中，先导阀31为板式电磁阀，主阀32为大流量二通插装阀，板式电磁阀和大流量二通插装阀插装在液压阀块上；卸荷阀24为直动式座阀(电磁提升阀)，具有两位开关控制功能，实现蓄能器压力油侧或泄油路的连通与断开；板式电磁阀、大流量二通插装阀和直动式座阀均为现有技术，可选用市面上主流型号的现有元器件实现。

控制单元14与先导阀31、卸荷阀24、皮囊破损检测装置12和压力开关22的具体连接电路均可采用现有技术实现，例如，将PLC就地操作箱的电源分别通过四条设有常开触点的继电器开关的支路各自与上述元器件连接，当电源开启时，对应支路上的继电器开关得电连通，该支路上对应的上述元器件也得电；当对应支路上的继电器开关失电断开，该支路上对应的上述元器件也失电。

系统的具体控制：

当所述行程数据为零时，判断结果为OFF；当所述行程数据不为零时，所述判断结果为ON。本方案中的行程数据是指进油阀向下移动的距离，当随着皮囊16的膨胀动作，皮囊式蓄能器11的进油阀向下移动，使皮囊破损装置12中的滚珠43与曲线滑轨41脱轨，从而使皮囊破损装置12中的阀芯45左右移动，同时阀芯45受到的压力发生变化；当行程数据为零时，即皮囊16未发生膨胀动作，当行程数据不为零时，即皮囊16发生了膨胀动作。

皮囊破损检测装置12将判断结果发送给输出单元进行输出。本方案中，所述输出单元包括显示装置和报警装置，例如通过液晶显示屏或者灯光闪烁等方式来显示判断结果，同时在所述判断结果为OFF时通过扬声器报警。

本方案中，当切断阀21接收到控制单元14发送的控制信号时，通过压力检测装置17分别检测主阀32的一个进油口和两个出油口的油压值，并将各自的油压值发送给控制单元14；控制单元14比较不同端口的油压值大小，选择油压值最大的端口作为控制油端口，通过控制油端口来进行控制油的泄油，最大化保证主阀32关闭可靠，避免在检测过程中对液压系统的其他结构造成影响。

控制单元可由PLC的I/O口、软件与硬件组成，独立为子系统，所有电气信号均接入系统，由软件建立连锁关系。将液压系统正常工作状态下各阀门的电器连锁状态和皮囊检测状态下各阀门的电气连锁状态分别进行保存，形成两个快捷控制操作的工作模式切换按钮，分别为蓄能器皮囊检测模式和蓄能器正常工作模式。

蓄能器皮囊检测模式；所述蓄能器皮囊检测模式下，切断阀21、卸荷阀24和压力开关22电器连锁关系为：切断阀21断开，卸荷阀24断开，压力开关22连通。

蓄能器正常工作模式；所述蓄能器正常工作模式下，切断阀21、卸荷阀24和压力开关22电器连锁关系为：切断阀21连通，卸荷阀24连通，压力开关22断开。

本方案能够快速控制液压系统回归正常工作状态，且与蓄能器皮囊检测模式配合使用能够在检修时能够验证检修结果，确认故障是否排除。具体可参照下表：

YVH1、YVH2、PT、PS为电气编号。

模式1：蓄能器正常投入液压系统工作(蓄能器油侧压力大于充气压力)(如图3)

切断阀21的先导阀31(YVH1)得电，卸荷阀24(YVH2)得电，蓄能器(组)与液压系统的主压力油路连通(不泄压)，实现蓄能器(组)为液压系统服务的所有功能要求，也可先屏蔽检测系统开启，将YVH1、YVH2接入液压系统的PLC来实现控制。

模式2：蓄能器进行皮囊检测

开启蓄能器11检测系统，屏蔽YVH1、YVH2的外控；切断阀21的先导阀31(YVH1)失电，卸荷阀24(YVH2)失电，蓄能器(组)与液压系统的主压力油路断开后进行泄压，待蓄能器(组)的油侧压力小于充气压力至0时，压力开关22(或压力传感器)进行连锁确认ON，此时：对于设有多个皮囊式蓄能器11的液压系统，如对应蓄能器的皮囊破损检测装置12的PS信号为ON，即为皮囊16未破损(见图4)；对应的皮囊破损检测装置12的PS信号为OFF，即为皮囊16破损(见图5)，即完成检测，系统得到蓄能器皮囊破损状况的检测结果，该检测结果可通过在控制单元14上连接显示装置进行显示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，包括皮囊式蓄能器，其特征在于：还包括皮囊式蓄能器，皮囊破损检测装置、控制阀集成单元、压力检测装置和控制单元；所述皮囊破损检测装置和所述控制阀集成单元分别与所述控制单元电性连接；

所述压力检测装置采集皮囊式蓄能器出油管路的气压，并将气压检测值发送给所述控制单元；

所述控制单元接收所述气压检测值，并判断所述气压检测值是否大于预设气压值，若所述气压检测值小于所述预设气压值，则向所述控制阀集成单元和所述皮囊破损检测装置发送控制信号；

所述控制阀集成单元设有切断阀、卸荷阀和压力开关；所述切断阀、卸荷阀和压力开关接收所述控制信号，并按照所述控制信号切换各自通断状态；

所述皮囊破损检测装置在接收所述控制信号后采集皮囊式蓄能器的进油阀移动产生的行程数据，并将所述行程数据发送给所述控制单元；所述皮囊破损检测装置还连接有输出单元，所述皮囊破损检测装置还根据所述行程数据判断皮囊式蓄能器的皮囊是否发生膨胀动作，并将判断结果发送给输出单元进行输出。

2.根据权利要求1所述的一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，其特征在于：当所述行程数据为零时，所述判断结果为OFF；当所述行程数据不为零时，所述判断结果为ON。

3.根据权利要求1所述的一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，其特征在于：所述输出单元包括显示装置和报警装置；所述显示装置显示所述判断结果；所述报警装置在所述判断结果为OFF时，发出报警。

4.根据权利要求1所述的一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，其特征在于：所述切断阀包括先导阀和主阀；所述压力检测装置分别检测主阀的进油口和出油口的油压值，并将所述油压值发送给所述控制单元；所述控制单元比较所述油压值，选择油压值最大的端口作为控制油端口。

5.根据权利要求1所述的一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，其特征在于：所述控制单元设有蓄能器正常工作模式；所述蓄能器正常工作模式下，切断阀、卸荷阀和压力开关电器连锁关系为：切断阀连通，卸荷阀连通，压力开关断开。

6.根据权利要求1所述的一种皮囊式蓄能器的皮囊破损检测控制系统，其特征在于：所述控制单元设有蓄能器皮囊检测模式；所述蓄能器皮囊检测模式下，切断阀、卸荷阀和压力开关电器连锁关系为：切断阀断开，卸荷阀断开，压力开关连通。

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