厚壁高动压管路工况监测方法的研究.pdf

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1、文章编号：1000-977（92000）01-0022-05厚壁高动压管路工况监测方法的研究张雨，罗超，周爱莲，甘志勇（长沙交通学院汽车工程系，湖南长沙410076）摘要：分析了厚壁高动压管路的特点，讨论了对其进行检测的方法，通过实验证明可以利用其周向应变信号获知管路内动压的特征，从而可以运用这些检测方法对工程机械、矿山机械、载运工具的液压系统和动力机的燃油系统进行工况监测。关键词：高压；动态；管路；工况监测中图分类号：TK421；TK428；TK407文献标识码：A!实际运行中，工程机械、矿山机械、载运工具的液压系统和动力机的燃油系统的故障率相对于其它机械系

2、统的故障率要高得多［1，2］，又往往不希望对其进行解体检测，故有必要研究其监测方法。厚壁高动压管路广泛应用于上述的液压系统和燃油系统中，携带有大量的系统信息，通过对高动压管路的工况监测可以获得系统的工作状态。厚壁高动压管路具有以下特点：［3］可大于4，使得管路变形量很小，以计；1）管路的外径与内径之比!m2）管路压力可达15~20Mpa，开孔安装传感器时有泄漏的可能；［3］，频率高达数khz［4］，管路内压力是时间和位置的3）管路内液体流动速度有时高达25m/S以上函数，波动的压力中蕴含着丰富的故障信息；4）通常管路的质量都不大，使得管路随着机器振动，若把较大

3、质量的传感器装附于管路上，将影响测试系统的频率响应；5）由于管路传递的是机械系统的动力介质或能量介质，要求高可靠性，不允许在管路上随意开孔或捆扎附件。鉴于厚壁高动压管路的上述特点，当对其进行工况监测时，应当在监测（检测）的方便性、检测系统的性能价格比、被检测信号的质量（信噪比）、检测系统频率响应特性等几方面综合考虑，权衡对厚壁高动压管路的影响，并通过试验分析，找到合适的厚壁高动压管路的检测方法，进而获得液压系统或燃油系统的工作状态，达到对其进行工况监测的目的。!厚壁高动压管路的检测方法!.!压力计（压力表）检测这是一种在管路上预留螺纹孔，将压力计（有应变型和压

4、电型两类）或压力表安装于管路上，获得螺孔处压力的检测方法。该方法有以下缺陷。1）检测部位不灵活。预先留出的螺纹孔是设计时确定的，但在实际工作中有时需要测量多处压力，以便正确地给故障定性和定位。2）不适于作高频动压检测。压力表作为目检类仪表，不具备动压检测能力。压力计使用时存在两方面的问题。一是由于压力计具有相当的体积和质量，装附于管路后的管路-传感器系统其固有频率!收稿日期：1999-03-25基金项目：湖南省自然科学基金项目资助作者简介：张雨（1958—），男，博士后，长沙交通学院教授.第1期张雨等：厚壁高动压管路工况监测方法的研究23为f=（1/2!）!I

5、（/m1+m2）（1）式中m1和m2分别为管路质量和传感器质量。如果m1=m2，则安装传感器后的检测系统固有频率将下降30%，大大影响被检测信号的动态范围。二是对压力计与管路结合形成的传感器-测压管腔-支管系统，如果作以下简化：所有管壁刚性不变形、支管内液体视为有质量无弹性的刚性液柱、测压管腔内液体视为无质量有弹性和阻尼的液体弹簧，则可以将该系统连同内部液体视为具有质量-刚度-阻尼的单自由度二阶系统，其运动方程为［5］c2p4PlV1128HlVcp12(2)+4()+p1=pi（2）!E

6、；P、H、E<分别为测压管腔内液体的密度、运动粘度、弹性模量；V为测压管腔容积；d、l分别为支管的直径与长度。解式（2）可以得到传感器-测压管腔-支管系统的频率响应函数：G=1/〔1-（/）2〕2）2!I+（2E/I}（3）｛（2）〔/1-（/）2〕｝<=arctgE/II式中：G为幅频特性；为相频特性；=〔C（l2!l）〕!d2l（/D2H）为传感器-测压管腔-支管系统的固

7、号的动态范围［6，7］。3）性能价格比不佳。压力计的价格一般都在1000元以上，还要配套二次仪表如应变仪或放大器，又不适于作高频动压检测，故其性能价格比不佳。［!］!."电容传感器检测电容极板间距S的变化量cS与电容量C的变化量cC有关：cC=-EEA（cS/S2）（4）0式中：E是极板间介质的相对介电常数；E0是真空中的介电常数；A是极板面积。因此电容传感器检测手段是一种将厚壁管路所受高动压作用引起的管壁变形通过电容极板间距离S的变化，进而引起电容量C的变化检测出来的方法。该方法采用一套夹具将电容传感器卡附在管路上，卡紧力由弹簧控制，既要保证夹具与管路紧密接

8、触使得电容传感器随管壁变形而动作，又要