專利名稱：液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷方法，屬于通過檢測壓力容腔的壓力波形診斷其泄漏故障的方法。
液壓系統(tǒng)中液壓油泄漏故障是一種非常常見的故障，但目前許多液壓系統(tǒng)是在沒有任何工況監(jiān)測手段的情況下進行的，所謂故障診斷只是由人工定時對預(yù)留工況測壓點測壓和定期拆卸維修。對系統(tǒng)的故障隱患不能及時發(fā)現(xiàn)，也就無法防止突發(fā)性故障的發(fā)生。特別是對于廣泛應(yīng)用于飛機、輪船、重型機械、以及其它大型生產(chǎn)線上的液壓系統(tǒng)，一旦發(fā)生泄漏故障造成的后果將不堪設(shè)想。因此，液壓系統(tǒng)能否正常工作，將影響整套設(shè)備和整個生產(chǎn)過程的可靠性。中國專利ZL96110683.2公開了一種《壓力泄漏的測定方法》，有壓力泄漏的被測工件從時刻t0到t1的壓差曲線是在無泄漏時的曲線ΔP0上加上因壓力泄漏引起的壓差ΔP而得到的，壓差ΔP的每單位時間變化量是一定的。從壓力泄漏引起的壓差曲線減去無泄漏時的壓差曲線，則可求出因壓力泄漏引起的壓差ΔP的時效變化，該壓差ΔP在從時刻t0到t1之間是線性變化的，所以，在時刻t0到t1之間能從壓差ΔP的每單位時間變化量計算出壓力泄漏的大小。該方法首先必須給被檢測工件充入一定的氣體，然后測量壓力變化速度，因此，需要增加氣體的注入與導(dǎo)出專用設(shè)備，檢測成本高；由于加入的氣體會嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的正常工作，根本無法實現(xiàn)在線檢測。
本發(fā)明的目的是提供一種無須對原有液壓設(shè)備進行任何改動，即可對液壓系統(tǒng)進行在線檢測的液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷方法，以降低檢測成本，提高液壓系統(tǒng)的工作可靠性。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)解決方案實現(xiàn)的。
一種液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷方法，根據(jù)液壓流體力學(xué)，孔口瞬時流量與壓力、等效液導(dǎo)之間存在小孔出油條件下變形的柏努利方程Q=GΔP---(1)]]>式中Q為液體流過孔口的瞬時流量，G為孔口的等效液導(dǎo)，ΔP為孔口兩端的瞬時壓力差，其診斷步驟如下1)根據(jù)式(1)，推導(dǎo)出液壓系統(tǒng)正常工作時，被檢測液壓元件流出的液壓油的瞬時流量公式，Q1=GT1ΔPBO---(2)]]>并由此得到累積流量公式，QALL=∫Q1dt=GT1∫ΔPBOdt---(3)]]>式(2)(3)中GT1為與被檢測液壓元件排油管相接的控制閥的等效液導(dǎo)；ΔPBO為被檢測液壓元件排油端壓力與回油壓力之瞬時壓力差；QALL為被檢測液壓元件在特定時間排出的液壓油的累積流量，對于每一給定元件，在正常工作狀態(tài)下，特定時間內(nèi)的累積流量就等于該元件的額定流量QACC。對于具體的液壓系統(tǒng)，當(dāng)被檢測元件是油缸時，以其大腔或小腔的容積作為額定流量QACC，當(dāng)被檢測元件是油馬達時，以其每轉(zhuǎn)排量與所轉(zhuǎn)圈數(shù)的乘積作為額定流量QACC；2)根據(jù)式(1)，推導(dǎo)出存在外泄漏時，被檢測液壓元件流出的液壓油的瞬時流量公式，Q1=GT1ΔPBO+GT2ΔPBO---(4)]]>并由此得到累積流量公式，QALL=∫Q1dt=GT1∫ΔPBOdt+GT2∫ΔPBOdt---(5)]]>此時被檢測液壓元件在特定時間排出的液壓油總量就等于該元件的額定流量，即QALL＝QACC，則外泄漏油口的等效液導(dǎo)為，GT2=QACC/∫ΔPBOdt-GT1---(6)]]>式(4)(5)(6)中GT2為被檢測液壓元件外泄漏油口的等效液導(dǎo)；其它參數(shù)與式(2)(3)相同；3)根據(jù)式(1)，推導(dǎo)出存在內(nèi)泄漏時，被檢測液壓元件內(nèi)泄液壓油的瞬時流量公式，Qin=GT3ΔPAB---(7)]]>并由此得到內(nèi)泄液壓油的累積流量公式，QinACC=∫Qindt=GT3∫ΔPABdt---(8)]]>式(5)(6)中GT3為被檢測液壓元件內(nèi)泄漏油口的等效液導(dǎo)；ΔPAB為被檢測液壓元件進油端與排油端瞬時壓力差；QinACC為被檢測液壓元件在特定時間因內(nèi)泄漏排出的液壓油的累積流量；此時被檢測液壓元件在特定時間排出的液壓油總量為，QALL＝QACC+QinACC(9)綜合公式(3)(8)(9)，得到GT1∫ΔPBOdt=QACC+GT3∫ΔPABdt---(10)]]>則內(nèi)泄漏油口的等效液導(dǎo)為，GT3=GT1∫ΔPBOdt-QACC∫ΔPABdt---(11)]]>4)液壓系統(tǒng)正常工作時，測量并記錄被檢測液壓元件排油端壓力與回油壓力波形，利用公式(3)計算出控制閥的等效液導(dǎo)GT1，此時內(nèi)、外泄漏油口的等效液導(dǎo)GT3、GT2均為零；5)檢測時，測量并記錄被檢測液壓元件進油端、排油端和回油壓力波形，利用公式(6)、(11)分別計算出外泄漏油口的等效液導(dǎo)GT2和內(nèi)泄漏油口的等效液導(dǎo)GT3；當(dāng)GT2＞0時，說明被檢測液壓元件已發(fā)生外泄漏；當(dāng)GT3＞0時，說明被檢測液壓元件已發(fā)生內(nèi)泄漏。
所述被檢測液壓元件進油端、排油端和回油壓力波形的測量與記錄，是利用以壓力傳感器作為一次儀表的流體壓力波形采集儀進行的。該采集儀采集速度快，精度高，成本低。
下面以動作油缸為執(zhí)行元件的典型液壓系統(tǒng)為例，結(jié)合附圖
對本發(fā)明進行詳細論述。
附圖為本發(fā)明液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷方法的原理圖。
圖中P為油泵，為整個系統(tǒng)提供動力；L為動作油缸，是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)；W為控制方向閥，用于控制油缸L的動作；T1為控制閥，用于調(diào)節(jié)油缸L的運動速度。
這個液壓系統(tǒng)的泄漏故障主要發(fā)生在與動作油缸L相關(guān)的部位。動作油缸L的內(nèi)泄漏，即油缸大腔A和小腔B之間的泄漏，相當(dāng)于二油腔A、B之間連接有一個節(jié)流閥，圖中用連接二者的節(jié)流閥T3來模擬；同理，油缸的外泄漏，如小腔B的外泄漏用圖中所示的節(jié)流閥T2來模擬。
根據(jù)液壓流體力學(xué)中，孔口瞬時流量與壓力、等效液導(dǎo)之間存在柏努利方程為基礎(chǔ)Q=GΔP---(1)]]>式中Q為液體流過孔口的瞬時流量；G為孔口的等效液導(dǎo)，G＝K×A，K為孔口的流量系數(shù)，A為孔口的節(jié)流面積；ΔP為孔口兩端的瞬時壓力差，其診斷步驟如下1)根據(jù)式(1)，推導(dǎo)出液壓系統(tǒng)正常工作時，油缸L小腔B流出的液壓油的瞬時流量公式，Q1=GT1ΔPBO---(2)]]>并由此得到累積流量公式，QALL=∫Q1dt=GT1∫ΔPBOdt---(3)]]>式(2)(3)中GT1為與油缸L排油管相接的控制閥T1的等效液導(dǎo)；ΔPBO為油缸L排油端壓力與回油壓力之瞬時壓力差；QALL為油缸活在特定時間內(nèi)，也即塞桿從A端行走到B端，從小腔B排出的液壓油的累積流量，在正常工作狀態(tài)下，該特定時間內(nèi)的累積流量就等于該元件的額定流量QACC＝AS×l，其中AS為動作油缸L小腔B的環(huán)行截面積，l為活塞桿的行程，則(3)式可表示為QACC=GT1∫ΔPBOdt---(3′)]]>2)根據(jù)式(1)，推導(dǎo)出存在外泄漏時，油缸L小腔B流出的液壓油的瞬時流量公式，Q1=GT2ΔPBO+GT2ΔPBO---(4)]]>并由此得到累積流量公式，QALL=∫Q1dt=GT2∫ΔPBOdt+GT2∫ΔPBOdt---(5)]]>此時被檢測液壓元件在特定時間，即活塞桿行程l時間內(nèi)，排出的液壓油總量就等于該元件的額定流量，即QALL＝QACC＝AS×l，則外泄漏油口的等效液導(dǎo)為，GT2=QACC/∫ΔPBOdt-GT1=(As×l)/∫ΔPBOdt-GT1---(6)]]>式(4)(5)(6)中GT2為油缸L小腔B外泄漏油口，也即模擬節(jié)流閥T2的等效液導(dǎo)；其它參數(shù)與式(2)(3)相同；3)根據(jù)式(1)，推導(dǎo)出存在內(nèi)泄漏時，油缸L小腔B流出的液壓油的瞬時流量公式，Qin=GT3ΔPAB---(7)]]>并由此得到內(nèi)泄液壓油的累積流量公式，QinACC=∫Qindt=GT3∫ΔPABdt---(8)]]>式(5)(6)中GT3為油缸L大腔A和小腔B之間內(nèi)泄漏油口，也即模擬節(jié)流閥T3的等效液導(dǎo)；ΔPAB為油缸L大腔A和小腔B之間的瞬時壓力差；QinACC為油缸L在特定時間，也即活塞行程l時間內(nèi)，因內(nèi)泄漏排出的液壓油的累積流量；此時動作油缸L在活塞行程l時間特定時間內(nèi)排出的液壓油總量為，QALL＝QACC+QinACC(9)綜合公式(3’)(8)(9)及QACC＝AS×l，得到GT1∫ΔPBOdt=AS×l+GT3∫ΔPABdt---(10)]]>則內(nèi)泄漏油口的等效液導(dǎo)為，GT3=GT1∫ΔPBOdt-AS×l∫ΔPABdt---(11)]]>4)液壓系統(tǒng)正常工作時，測量并記錄動作油缸L小腔B壓力與回油壓力波形，利用公式(3’)計算出控制閥的等效液導(dǎo)GT1；5)檢測時，測量并記錄動作油缸L小腔B和大腔A的壓力波形，利用公式(6)、(11)分別計算出外泄漏油口的等效液導(dǎo)GT2和內(nèi)泄漏油口的等效液導(dǎo)GT3；當(dāng)GT2＞0時，說明動作油缸L已發(fā)生外泄漏；當(dāng)GT3＞0時，說明動作油缸L已發(fā)生內(nèi)泄漏。并通過GT2、GT3具體數(shù)值的大小，對泄漏進行定量分析。
實施檢測時，將回油壓力也即背壓設(shè)定為零，以簡化診斷過程，因此只需測量油缸L小腔B和大腔A的壓力。動作油缸L小腔B和大腔A的壓力波形的測量與記錄，是利用以壓力傳感器作為一次儀表的流體壓力波形采集儀進行的。
當(dāng)系統(tǒng)既存在外泄漏又存在內(nèi)泄漏時，兩個影響因素會互相干擾，使GT2、GT3互相抵消一部分，影響定量分析。但外泄漏、內(nèi)泄漏影響相同，完全抵消，使GT2、GT3均趨近零的概率極小，因此，本發(fā)明液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷方法的漏檢率非常低。即使出現(xiàn)外泄漏、內(nèi)泄漏影響相同，完全抵消的情況，根據(jù)液壓系統(tǒng)的非線形特征，只要改變液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力、或負載壓力，則內(nèi)泄漏與外泄漏的影響，就會一個變大，另一個變小，從而將它們分別識別出來。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點在于無須對原有液壓設(shè)備進行任何改動，即可對液壓系統(tǒng)進行在線檢測的液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷，易于實施，檢測成本低，便于大量推廣使用。采用積分方法，檢測精度高，漏檢率低，提高了液壓系統(tǒng)的工作可靠性。
權(quán)利要求
1.一種液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷方法，根據(jù)液壓流體力學(xué)，孔口瞬時流量與壓力、等效液導(dǎo)之間存在小孔出油條件下變形的柏努利方程Q=GΔP---(1)]]>式中Q為液體流過孔口的瞬時流量，G為孔口的等效液導(dǎo)，ΔP為孔口兩端的瞬時壓力差，其特征在于診斷步驟如下1)根據(jù)式(1)，推導(dǎo)出液壓系統(tǒng)正常工作時，被檢測液壓元件流出的液壓油的瞬時流量公式，Q1=GT1ΔPBO---(2)]]>并由此得到累積流量公式，QALL=∫Q1dt=GT1∫ΔPBOdt---(3)]]>式(2)(3)中GT1為與被檢測液壓元件排油管相接的控制閥的等效液導(dǎo)；ΔPBO為被檢測液壓元件排油端壓力與回油壓力之瞬時壓力差；QALL為被檢測液壓元件在特定時間排出的液壓油的累積流量，對于每一給定元件，在正常工作狀態(tài)下，特定時間內(nèi)的累積流量就等于該元件的額定流量QACC；2)根據(jù)式(1)，推導(dǎo)出存在外泄漏時，被檢測液壓元件流出的液壓油的瞬時流量公式，Q1=GT1ΔPBO+GT2ΔPBO---(4)]]>并由此得到累積流量公式，QALL=∫Q1dt=GT1∫ΔPBOdt+GT2∫ΔPBOdt---(5)]]>此時被檢測液壓元件在特定時間排出的液壓油總量就等于該元件的額定流量，即QALL＝QACC，則外泄漏油口的等效液導(dǎo)為，GT2=QACC/∫ΔPBOdt-GT1---(6)]]>式(4)(5)(6)中GT2為被檢測液壓元件外泄漏油口的等效液導(dǎo)；其它參數(shù)與式(2)(3)相同；3)根據(jù)式(1)，推導(dǎo)出存在內(nèi)泄漏時，被檢測液壓元件內(nèi)泄液壓油的瞬時流量公式，Qin=GT3ΔPAB---(7)]]>并由此得到內(nèi)泄液壓油的累積流量公式，QinACC=∫Qindt=GT3ΔPABdt---(8)]]>式(5)(6)中GT3為被檢測液壓元件內(nèi)泄漏油口的等效液導(dǎo)；ΔPAB為被檢測液壓元件進油端與排油端瞬時壓力差；QinACC為被檢測液壓元件在特定時間因內(nèi)泄漏排出的液壓油的累積流量；此時被檢測液壓元件在特定時間排出的液壓油總量為，QALL＝QACC+QinACC(9)綜合公式(3)(8)(9)，得到GT1∫ΔPBOdt=QACC+GT3∫ΔPABdt---(10)]]>則內(nèi)泄漏油口的等效液導(dǎo)為，GT3=GT1∫ΔPBOdt-QACC∫ΔPABdt---(11)]]>4)液壓系統(tǒng)正常工作時，測量并記錄被檢測液壓元件排油端壓力與回油壓力波形，利用公式(3)計算出控制閥的等效液導(dǎo)GT1，此時內(nèi)、外泄漏油口的等效液導(dǎo)GT3、GT2均為零；5)檢測時，測量并記錄被檢測液壓元件進油端、排油端和回油壓力波形，利用公式(6)、(11)分別計算出外泄漏油口的等效液導(dǎo)GT2和內(nèi)泄漏油口的等效液導(dǎo)GT3；當(dāng)GT2＞0時，說明被檢測液壓元件已發(fā)生外泄漏；當(dāng)GT3＞0時，說明被檢測液壓元件已發(fā)生內(nèi)泄漏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷方法，其特征在于所述被檢測液壓元件進油端、排油端和回油壓力波形的測量與記錄，是利用以壓力傳感器作為一次儀表的流體壓力波形采集儀進行的。
全文摘要
一種液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷方法，屬于通過檢測壓力容腔的壓力波形診斷其泄漏故障的方法。根據(jù)液壓流體力學(xué)，孔口瞬時流量與壓力、等效液導(dǎo)之間存在變形柏努利方程，分別推導(dǎo)出存在外泄漏和內(nèi)泄漏時，被檢測液壓元件流出的液壓油的瞬時流量公式，再通過積分確定被檢測液壓元件容腔的累積流量，并利用額定流量等液壓系統(tǒng)自身參數(shù)，診斷出泄漏故障。該方法無須對原有液壓設(shè)備進行任何改動，即可對液壓系統(tǒng)進行在線檢測，檢測成本低，精度高，提高了液壓系統(tǒng)的工作可靠性。
文檔編號G01M3/26GK1227918SQ9812504
公開日1999年9月8日 申請日期1998年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月30日
發(fā)明者方志宏, 傅周東, 張克南, 陳章位 申請人:浙江大學(xué), 寶山鋼鐵(集團)公司