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基于電阻應變計的卷板機液壓系統應變監測技術

發布時間：2018/6/4

　　目前用于卷板機液壓系統狀態監瀾的參數中油液壓力信號是最直接、最易獲得的。基于電阻應變計的液壓系統應變監淵技術通過粘貼在管路上的應變片(即電阻應變計)的應變反映系統油液壓力變化情況。
　　1．管路應變片粘貼方式
　　管路應變片的粘貼方式主要與液壓管路的壓力分布有關，如圖1所示為卷板機液壓管的剖面圖，A和鋤分別為管壁所受的內壓和外壓。在管路受力分析中往往只考慮內壓的作用，而外壓常常禳忽略不計，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液壓管路應變片粘貼方式
　　根據軸對稱性，作用于單元體柱面nd上的徑向應力仃，和作用于徑向面動上的周向應力，都只是r的函數，與目無關，而且單元體周圍四個面上剪力作用為零，所以crr和0"0都是主應力。
　　因此，根據卷板機實際應用中主應力方向已知的平面應力測量方法，管路應變片粘貼時只需要沿主應力方向貼兩個應變片，同時采取溫度補償措施即可，粘貼方式如圖3所示。
　　2．試驗條件
　　卷板機液壓系統在運行時，會產生多種動態信號。為了研究液壓系統典型工況的特點、形成機理以及動態信號間的相互關系，按照卷板機液壓系統的常見模式以及運行特點設計了如圖4所示的試驗系統。
　　

　　圖2試驗系統原理
　　試驗系統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調節，通過電磁換向閥8可以控制馬達9換向，比側溢流閥10可以給系統模擬加載。因此，在該試驗系統中可以實現或模擬液壓系統工作時的多種常見工況，滿足了液壓系統應變監測技術的研究與應用。
　　根據系統油液流離，管路應變片的布置如匿⑥為溫度補償片，且補償：片布置在回油管路上。
　　

　　圖3試驗系統管路應變片布置
　　3．管路對壓力信號的影響分析
　　管路在卷板機液壓系統中不僅起著連接液壓泵與控制閥、控制閥與執行器的作用，還具有傳遞系統能量的功能。因此，當液壓管路發生彎曲或改變方向時，由于油液分子間的內摩擦、油液和管壁之間的外摩擦，使得部分壓力能轉換為熱能，致使油液壓力損失。
　　為了分析卷板機油液通過不同彎曲管路時的壓力變化，選取圖5中的①②點、③④點、⑤⑥點和⑥⑦點為對象。在圖3所示試驗系統中構建齒輪泵工作回路，搭建基于電阻應變計的檢測線路，采集系統壓力在0～12MPa變化時，油液經過這4組點之間的管路時壓力、壓差的變化。提取每增加1MPa時壓差信號的均值。最后將壓力、壓差按最小二乘法進行線性擬合，壓力一壓差曲線如圖3所示。
　　當卷板機油液通過⑥⑦點之間的180。平角布管時，系統的壓力一壓差曲線在擬合前后變化最小，線性度最好，且隨著系統壓力升高線性擬合程度最優，因此管路壓力損失最小；雖然油液通過①②點之圖的1800圓弧布管時壓差在系統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，當卷板機油液通過③④點之問的90。圓弧布管和⑤⑥點之問的90。直角布管時，系統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，在設計液壓系統時，管路設計應盡可能減少彎管數量，或增大彎曲半徑以減少壓力損失；在選取應變監測點時，應優先選取主油路上的測點進行監測。
　　4．信號檢測橋路選擇分析
　　基于電阻應變計的卷板機液壓系統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償的半橋接法、雙臂工作有補償的半橋接法和四臂工作的全橋接法，如圖5—34所示。
　　依據上述三種電橋接法，分別進行了系統壓力在21VlPa時的沖擊試驗。試驗時動態電阻應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，并設定數據采集與分析系統采樣頻率為2560Hz。量種電橋接法下壓力僖號時域變化如圖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
　　

　　　　　時間(ms)(a)半橋單臂　　　　　　　　　　　時間(ms)(b)半轎墩臂　　　　　　　　　　　時間(ms)(c)四臂全橋
　　　　　圖5基種電橋接法下壓力信號時域變化圖
　　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。這是因為試驗時根據管路應變片粘貼方式，所構建的半橋單臂和半橋雙臂有補償橋路是用來檢測液壓管路單點壓力波動信號的，而四臂全橋橋路下所檢測的壓力信號為液壓管路上②③兩點壓差的變化信號。所以，在基于電阻應變計監測液壓系統單點壓力波動時應盡量選擇半橋雙臂接法。
　　5．應變監測信號選擇分析
　　卷板機液壓系統動態壓力信號中蘊含著反映液壓設備運行狀態的許多有用信息，通常以油液壓力脈動的形式表現出來，也可通過監測油液壓差信號來反映。為了弄清在工程實際中基于電阻應變計的壓力、壓差信號哪一種反映的系統運行狀態的信息比較豐富，進行了卷板機液壓管路單點壓力波動和兩點壓差信號在液壓系統正常狀態下的對比分析試驗。
　　1)單點壓力波動信號檢測試驗
　　根據上述分析，試驗構建齒輪泵工作回路，選取⑦⑩點搭建半橋雙臂有補償橋路，檢測卷板機液壓系統單點壓力波動，其信號頻譜如圖5—36所示。
　　

　　U.0 500.00 1000.00Hz
　　圖6單點壓力波動信號頻譜
　　圖中，250Hz、500Hz、750Hz對應頻率點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泵油頻率范圍內包含有豐富的頻率成分，其中25Hz、75Hz、125Hz為電動機軸頻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)兩點壓差信號檢測試驗
　　兩點壓差信號檢測試驗分為：齒輪泵單獨工作和柱塞泵單獨工作。根據試驗要求，基于電阻應交計的⑥⑦點之間的壓差在兩種回路分別工作時的頻譜如圖5—37和圖5—38所示。
　　圖7齒輪泵單獨王作對兩點壓差信號頻譜圖
　　

　　圖8柱塞泵單獨工作時商點壓釜信號頻譜圖
　　當齒輪泵單獨王作對，所監測到卷板機液壓系統兩點壓差信號與圖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。兩且還發現：壓差信號期醅善在250Hz，電流頻率諧波分量表現得比較突出，電動機軸凝諧波分量表現得比較微弱，而且電動機軸頻都以電流頻率的邊頻形式來反映系統的壓力變化。
　　當柱塞泵單獨工作時，頻譜圖中175Hz、350Hz、525Hz均存在不同程度的頻譜分量，這是因為柱塞泵驅動電動機轉速-1500r/min，轉頻，-25Hz，且所選柱塞泵柱塞數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，電動機軸頻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；柱塞泵單獨工作時所監測的兩點壓差信號的頻域信息，不但比齒輪泵單獨工作時所監測的流體壓力波動的頻域信息和兩點壓差的頻域信息豐富得多，而且在卷板機電動機軸頻和電流頻率的各個頻率點上表現得都比較突出。
　　

　 SOOJ00 1000.00Hz(a)相距100m
　　

　　根據以上分析，并結合圖5—38中壓力、壓差信號時域波形的差異，可綜合考慮在基于電阻應變計對所監測液壓系統油液壓力、壓差信號進行頻域分析時，應選擇壓差信號的頻譜圖進行分析。
　　3)不同距離的雨點壓差信號對比試驗
　　試驗選取圖2中相距lOcm的②③點和相距22．5cm的⑥⑦點為研究對象，監測卷板機液壓管路兩點壓差信號的變化，壓差信號頻譜圖如圖9所示。
　　盡管檢測蓮差信號時兩點之間的距離有所不同，但所監測卷板機液壓系統兩點壓差信號的頻域信息卻是相同的。而且還發現，不同距離兩點的壓差信號頻譜在250Hz以內頻率成分具有相同的變化規律：電流頻率

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主要產品:卷板機,液壓機,剪板機,折彎機,油壓機等機床

基于電阻應變計的卷板機液壓系統應變監測技術