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基于電阻應(yīng)變計(jì)的卷板機(jī)液壓系統(tǒng)應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2018/6/4

　　目前用于卷板機(jī)液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)瀾的參數(shù)中油液壓力信號是最直接、最易獲得的?；陔娮钁?yīng)變計(jì)的液壓系統(tǒng)應(yīng)變監(jiān)淵技術(shù)通過粘貼在管路上的應(yīng)變片(即電阻應(yīng)變計(jì))的應(yīng)變反映系統(tǒng)油液壓力變化情況。
　　1．管路應(yīng)變片粘貼方式
　　管路應(yīng)變片的粘貼方式主要與液壓管路的壓力分布有關(guān)，如圖1所示為卷板機(jī)液壓管的剖面圖，A和鋤分別為管壁所受的內(nèi)壓和外壓。在管路受力分析中往往只考慮內(nèi)壓的作用，而外壓常常禳忽略不計(jì)，其管壁單元體受力分析如圖1所示。
　　

　　圖1液壓管的斷面圖2管壁單元體受力分析　圖3液壓管路應(yīng)變片粘貼方式
　　根據(jù)軸對稱性，作用于單元體柱面nd上的徑向應(yīng)力仃，和作用于徑向面動上的周向應(yīng)力，都只是r的函數(shù)，與目無關(guān)，而且單元體周圍四個面上剪力作用為零，所以crr和0"0都是主應(yīng)力。
　　因此，根據(jù)卷板機(jī)實(shí)際應(yīng)用中主應(yīng)力方向已知的平面應(yīng)力測量方法，管路應(yīng)變片粘貼時(shí)只需要沿主應(yīng)力方向貼兩個應(yīng)變片，同時(shí)采取溫度補(bǔ)償措施即可，粘貼方式如圖3所示。
　　2．試驗(yàn)條件
　　卷板機(jī)液壓系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，會產(chǎn)生多種動態(tài)信號。為了研究液壓系統(tǒng)典型工況的特點(diǎn)、形成機(jī)理以及動態(tài)信號間的相互關(guān)系，按照卷板機(jī)液壓系統(tǒng)的常見模式以及運(yùn)行特點(diǎn)設(shè)計(jì)了如圖4所示的試驗(yàn)系統(tǒng)。
　　

　　圖2試驗(yàn)系統(tǒng)原理
　　試驗(yàn)系統(tǒng)采用雙回路供油方式：柱塞泵1供油方式和齒輪泵2供油方式。液壓泵出口壓力由電磁溢流閥6—1和6—2調(diào)節(jié)，通過電磁換向閥8可以控制馬達(dá)9換向，比側(cè)溢流閥10可以給系統(tǒng)模擬加載。因此，在該試驗(yàn)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)或模擬液壓系統(tǒng)工作時(shí)的多種常見工況，滿足了液壓系統(tǒng)應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)的研究與應(yīng)用。
　　根據(jù)系統(tǒng)油液流離，管路應(yīng)變片的布置如匿⑥為溫度補(bǔ)償片，且補(bǔ)償：片布置在回油管路上。
　　

　　圖3試驗(yàn)系統(tǒng)管路應(yīng)變片布置
　　3．管路對壓力信號的影響分析
　　管路在卷板機(jī)液壓系統(tǒng)中不僅起著連接液壓泵與控制閥、控制閥與執(zhí)行器的作用，還具有傳遞系統(tǒng)能量的功能。因此，當(dāng)液壓管路發(fā)生彎曲或改變方向時(shí)，由于油液分子間的內(nèi)摩擦、油液和管壁之間的外摩擦，使得部分壓力能轉(zhuǎn)換為熱能，致使油液壓力損失。
　　為了分析卷板機(jī)油液通過不同彎曲管路時(shí)的壓力變化，選取圖5中的①②點(diǎn)、③④點(diǎn)、⑤⑥點(diǎn)和⑥⑦點(diǎn)為對象。在圖3所示試驗(yàn)系統(tǒng)中構(gòu)建齒輪泵工作回路，搭建基于電阻應(yīng)變計(jì)的檢測線路，采集系統(tǒng)壓力在0～12MPa變化時(shí)，油液經(jīng)過這4組點(diǎn)之間的管路時(shí)壓力、壓差的變化。提取每增加1MPa時(shí)壓差信號的均值。最后將壓力、壓差按最小二乘法進(jìn)行線性擬合，壓力一壓差曲線如圖3所示。
　　當(dāng)卷板機(jī)油液通過⑥⑦點(diǎn)之間的180。平角布管時(shí)，系統(tǒng)的壓力一壓差曲線在擬合前后變化最小，線性度最好，且隨著系統(tǒng)壓力升高線性擬合程度最優(yōu)，因此管路壓力損失最??；雖然油液通過①②點(diǎn)之圖的1800圓弧布管時(shí)壓差在系統(tǒng)壓力升高過程中有些波動，但其線性擬合程度還是比較好的，管路壓力損失略小于180。平角布臂；根明顯，當(dāng)卷板機(jī)油液通過③④點(diǎn)之問的90。圓弧布管和⑤⑥點(diǎn)之問的90。直角布管時(shí)，系統(tǒng)的壓力一壓差曲線在擬合前后波動最大，線性度最差，因此管路壓力損失也最大。所以，在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，管路設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能減少彎管數(shù)量，或增大彎曲半徑以減少壓力損失；在選取應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選取主油路上的測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。
　　4．信號檢測橋路選擇分析
　　基于電阻應(yīng)變計(jì)的卷板機(jī)液壓系統(tǒng)壓力信號檢測一般采用電橋來完成。通常采用的電橋電路有單臂工作有補(bǔ)償?shù)陌霕蚪臃?、雙臂工作有補(bǔ)償?shù)陌霕蚪臃ê退谋酃ぷ鞯娜珮蚪臃ǎ鐖D5—34所示。
　　依據(jù)上述三種電橋接法，分別進(jìn)行了系統(tǒng)壓力在21VlPa時(shí)的沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)動態(tài)電阻應(yīng)變儀選擇濾波器上限頻率lkHz，增益1000，半榜供橋直流電壓6V，全橋供橋直流電壓12V，并設(shè)定數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)采樣頻率為2560Hz。量種電橋接法下壓力僖號時(shí)域變化如圖5—35所示。
　　

　　(a)半橋單臂 (b)半橋雙臂 (c)雙橋
　　圖4壓力信號檢測電轎電路
　　

　　　　　時(shí)間(ms)(a)半橋單臂　　　　　　　　　　　時(shí)間(ms)(b)半轎墩臂　　　　　　　　　　　時(shí)間(ms)(c)四臂全橋
　　　　　圖5基種電橋接法下壓力信號時(shí)域變化圖
　　由5圖可知：半橋雙臂橋路下所檢測的壓力信號明顯優(yōu)于半橋單臂橋路，四臂全橋橋路下的檢測信號相對較差。這是因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)根據(jù)管路應(yīng)變片粘貼方式，所構(gòu)建的半橋單臂和半橋雙臂有補(bǔ)償橋路是用來檢測液壓管路單點(diǎn)壓力波動信號的，而四臂全橋橋路下所檢測的壓力信號為液壓管路上②③兩點(diǎn)壓差的變化信號。所以，在基于電阻應(yīng)變計(jì)監(jiān)測液壓系統(tǒng)單點(diǎn)壓力波動時(shí)應(yīng)盡量選擇半橋雙臂接法。
　　5．應(yīng)變監(jiān)測信號選擇分析
　　卷板機(jī)液壓系統(tǒng)動態(tài)壓力信號中蘊(yùn)含著反映液壓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的許多有用信息，通常以油液壓力脈動的形式表現(xiàn)出來，也可通過監(jiān)測油液壓差信號來反映。為了弄清在工程實(shí)際中基于電阻應(yīng)變計(jì)的壓力、壓差信號哪一種反映的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息比較豐富，進(jìn)行了卷板機(jī)液壓管路單點(diǎn)壓力波動和兩點(diǎn)壓差信號在液壓系統(tǒng)正常狀態(tài)下的對比分析試驗(yàn)。
　　1)單點(diǎn)壓力波動信號檢測試驗(yàn)
　　根據(jù)上述分析，試驗(yàn)構(gòu)建齒輪泵工作回路，選?、撷恻c(diǎn)搭建半橋雙臂有補(bǔ)償橋路，檢測卷板機(jī)液壓系統(tǒng)單點(diǎn)壓力波動，其信號頻譜如圖5—36所示。
　　

　　U.0 500.00 1000.00Hz
　　圖6單點(diǎn)壓力波動信號頻譜
　　圖中，250Hz、500Hz、750Hz對應(yīng)頻率點(diǎn)存在不同程度頻譜分量，它們分別代表齒輪泵泵油頻率(250H引的1、2、3次諧波分量；在250Hz泵油頻率范圍內(nèi)包含有豐富的頻率成分，其中25Hz、75Hz、125Hz為電動機(jī)軸頻1、3、5次諧波分量，50Hz、100Hz、150Hz、200Hz為電流頻率1、2、3、4次諧波分量。
　　2)兩點(diǎn)壓差信號檢測試驗(yàn)
　　兩點(diǎn)壓差信號檢測試驗(yàn)分為：齒輪泵單獨(dú)工作和柱塞泵單獨(dú)工作。根據(jù)試驗(yàn)要求，基于電阻應(yīng)交計(jì)的⑥⑦點(diǎn)之間的壓差在兩種回路分別工作時(shí)的頻譜如圖5—37和圖5—38所示。
　　圖7齒輪泵單獨(dú)王作對兩點(diǎn)壓差信號頻譜圖
　　

　　圖8柱塞泵單獨(dú)工作時(shí)商點(diǎn)壓釜信號頻譜圖
　　當(dāng)齒輪泵單獨(dú)王作對，所監(jiān)測到卷板機(jī)液壓系統(tǒng)兩點(diǎn)壓差信號與圖5—36比較：在250"一500Hz之間，壓差信號的頻譜增了350Hz、370Hz、400Hz、450Hz和467Hz頻譜分最。兩且還發(fā)現(xiàn)：壓差信號期醅善在250Hz，電流頻率諧波分量表現(xiàn)得比較突出，電動機(jī)軸凝諧波分量表現(xiàn)得比較微弱，而且電動機(jī)軸頻都以電流頻率的邊頻形式來反映系統(tǒng)的壓力變化。
　　當(dāng)柱塞泵單獨(dú)工作時(shí)，頻譜圖中175Hz、350Hz、525Hz均存在不同程度的頻譜分量，這是因?yàn)橹抿?qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)速-1500r/min，轉(zhuǎn)頻，-25Hz，且所選柱塞泵柱塞數(shù)c-7，所以175Hz為柱塞泵泵油頻率，350Hz、525Hz為其2、3倍頻；在1000Hz頻率范圈之內(nèi)，電動機(jī)軸頻25H霉的1、3、5等次諧波分量和電流頻率50Hz的1、2、3等次諧波分量均存在；柱塞泵單獨(dú)工作時(shí)所監(jiān)測的兩點(diǎn)壓差信號的頻域信息，不但比齒輪泵單獨(dú)工作時(shí)所監(jiān)測的流體壓力波動的頻域信息和兩點(diǎn)壓差的頻域信息豐富得多，而且在卷板機(jī)電動機(jī)軸頻和電流頻率的各個頻率點(diǎn)上表現(xiàn)得都比較突出。
　　

　 SOOJ00 1000.00Hz(a)相距100m
　　

　　根據(jù)以上分析，并結(jié)合圖5—38中壓力、壓差信號時(shí)域波形的差異，可綜合考慮在基于電阻應(yīng)變計(jì)對所監(jiān)測液壓系統(tǒng)油液壓力、壓差信號進(jìn)行頻域分析時(shí)，應(yīng)選擇壓差信號的頻譜圖進(jìn)行分析。
　　3)不同距離的雨點(diǎn)壓差信號對比試驗(yàn)
　　試驗(yàn)選取圖2中相距l(xiāng)Ocm的②③點(diǎn)和相距22．5cm的⑥⑦點(diǎn)為研究對象，監(jiān)測卷板機(jī)液壓管路兩點(diǎn)壓差信號的變化，壓差信號頻譜圖如圖9所示。
　　盡管檢測蓮差信號時(shí)兩點(diǎn)之間的距離有所不同，但所監(jiān)測卷板機(jī)液壓系統(tǒng)兩點(diǎn)壓差信號的頻域信息卻是相同的。而且還發(fā)現(xiàn)，不同距離兩點(diǎn)的壓差信號頻譜在250Hz以內(nèi)頻率成分具有相同的變化規(guī)律：電流頻率

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主要產(chǎn)品:卷板機(jī),液壓機(jī),剪板機(jī),折彎機(jī),油壓機(jī)等機(jī)床

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