基于光纤光栅传感的液压缸动密封失效检测方法

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1、基于光纤光栅传感的液压缸动密封失效检测方法摘要：在液压缸的各类故障中，由动密封导致的介质泄露是最主要的故障形式，也是最难解决的问题，针对此问题，本文提供一种通过光纤光栅传感，对液压缸的动密封状态实时监测，通过液压缸动密封工作表面的实际应变值与标准值的比较对液压缸的动密封的失效状态进行准确判断，从而可以及时并准确的检测到液压缸的动密封失效状态的检测方法。关键词：往复密封；光纤传感；密封失效检测中图分类号:TH137.51文献标识码:A文章编号:1671-2064(2017)08-0056-01液压系统是一种最常用的传动系统，密封是液压系统的重要组成部分，是主机装备能够实现

2、作业、调速、换向等各项功能的关键。液压缸的密封元件在活塞的往复过程中，动密封和液压缸缸筒内壁的之间存在的摩擦，以及油液中的污染物颗粒等，容易导致动密封发生失效。本文提供一种基于光纤光栅传感的液压缸动密圭寸状态监测方法。该方法通过在活塞动密封槽底部和侧面，以及在液压缸活塞杆铺设光纤光栅传感器，对液压缸中动密封的状态变化进行及时、准确的检测。从而及时避免因动密封失效引起液体介质泄露等一系列问题1液压密封失效准则液压密封失效准则主要包括最大接触应力准则和最大剪切力准则，以下以o型密封圈为例进行具体说明，如图1所示。(1)最大接触压应力准则。最大接触压应力大于或等于工作压力。工

3、作状态下，密封工作面上会产生接触压力，为了避免介质的泄漏，当接触压力的最大值都高于介质压力时才能达到有效密封的目的，反之会出现密封失效，导致介质的泄漏。(2)最大剪切应力准则。当密封件工作时会受到剪切作用，当密封件受到的剪切作用过大且超过密封件本身所能承受的剪切强度时，会导致密封件内部出现裂纹，发生密封失效。因此，密封圈的密封性能可以通过其与密封槽接触面的最大接触压应力来加以判定。如果能够在密封接触面上布置传感器监测密封表面最大接触应力变化情况，将有助于实现对往复密封失效的监测。2光纤光栅传感的检测原理传统的电类应变传感器由于抗干扰能力差，无法在液体介质中实现安全测量，

4、再加上测量时线路连接繁杂，密封工作空间小，使测量变得复杂。导致其不适用于液压往复密封的监测。因此考虑选择光纤光栅传感作为往复密封失效监测的方法。检测的原理是：当光源发出的连续宽带光Li通过传输光纤射入时，在光栅处有选择的反射回一个窄带光Lr，其余宽带光Lt继续透射过去，当传感器受到拉伸应力或外界温度发生变化，造成有效折射率或光栅周期发生变化时，反射回的窄带光的中心波长会随之波动。因此可通过波长解调仪将波长信号显示出来，并对信号进行处理实现对外界参量的测量。如果将应变或温度单独作为其中的一项进行测量时，需要对另一项进行补偿才能准确得出单独一项所带来的变化。把应变传感器和温

5、度传感器铺设在一个相同的温度场中，保证温度变化对两个光栅的影响相同，参考光栅用作温度传感器，用来测量被测对象的温度，将它铺设在一个不受力的部件上，将测量的温度对中心波长的变化量的影响用来抵消应变传感器采集到的中心波长变化量中由温度升高产生的影响。温度和应变变化对光纤光栅中心波长的影响被看作是线性、独立的叠加。光纤光栅应变传感器中心波?L的变化可表示为：光纤光栅温度传感器中心波长的变化表示为：可导出：3信号分析及处理针对应变信号，其低频段的能量值非常大。因此论文首先采用小波包分解，对原始信号去除低频信号后重构，再应用功率谱分析方法，分析应变信号的变化情况。根据功率谱的计算

6、方法对应变信号进行处理，正常密封件和磨损密封件的功率谱图对比可以发现，正常密封件和磨损密封件的功率谱图存在很大差异，因此，采用光纤光栅传感实时检测密封件的应变信号，并通过分析功率谱图来判断液压缸密封件是否失效的方法是可行的。参考文献[l]Heinzk，Muller,BernardsNau.流体密封技术原理与应用[M].程传庆，译.北京：机械工业出版社，2002.[2]周传丽.液压往复密封失效模式分析及监测方法研宄[D].武汉理工大学，2015.