变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置及测量方法。其技术方案是：所述测量装置是在变间隙密封液压缸(1)的缸筒(6)外表面贴有超声波探头(2)，超声波探头(2)通过数据线与超声波脉冲激励发射接收仪(3)、数字示波器(4)和计算机(5)连接。所述测量方法是通过数据处理得到反射波的时域图像和反射波的频域图像，再通过数据分析与处理得到反射系数频谱图，根据反射系数频谱图中是否存在极小值点，由公式(1)或(2)得到油膜厚度δ，然后根据修正系数α进行油膜厚度δ修正，最后得到变形活塞(7)唇边变形量t。本发明专利技术结构简单，能快速准确测量出变形活塞唇边变形量，为变间隙密封液压缸密封间隙可控技术研究提供技术支撑。

Measuring Device and Measuring Method for Deformation of Piston Lip Side of Variable Gap Sealed Hydraulic Cylinder

The invention relates to a measuring device and a measuring method for the deformation of the lip edge of a deformed piston of a variable clearance sealed hydraulic cylinder. The technical scheme is that the measuring device is attached with an ultrasonic probe (2) on the outer surface of the cylinder (6) of the variable clearance sealed hydraulic cylinder (1). The ultrasonic probe (2) is connected with an ultrasonic pulse excitation transmitting receiver (3), a digital oscilloscope (4) and a computer (5) through a data line. The measurement method is to obtain the time-domain image and the frequency-domain image of the reflected wave by data processing. The reflection coefficient spectrum is obtained by data analysis and processing. According to the existence of minimal points in the reflection coefficient spectrum, the oil film thickness delta is obtained by formula (1) or (2). Then the oil film thickness delta is corrected according to the correction coefficient alpha, and finally the lip edge variation of the deformed piston (7) is obtained. The shape is t. The invention has simple structure, can quickly and accurately measure the deformation of the lip edge of the deformed piston, and provides technical support for the research of the sealing clearance controllable technology of the variable clearance sealing hydraulic cylinder.

【技术实现步骤摘要】
变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置及测量方法
本专利技术属于液压缸变形活塞唇边变形测量装置
具体是一种变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置及测量方法。
技术介绍
液压缸活塞唇边变形量测量技术是一种新型测量技术，能准确地显示变间隙密封液压缸在不同工作压力下活塞唇边的变形量。变间隙密封液压缸与普通液压缸的最大区别是活塞的结构和所采用的密封方式不同，变间隙密封液压缸的变形活塞没有选用任何密封件，是在活塞两端各增加了一段环形唇边，利用变形活塞唇边对油腔变化工作压力的自适应性产生的径向形变，以减小变形活塞唇边外表面与缸筒内壁的间隙，从而达到变间隙密封的目的，实现了液压缸的密封要求，同时也增大了液压缸的容积效率，使得液压缸的整体性能得到进一步提升。此外，在活塞圆柱体的外表面上还开有均布的平衡槽，起均布载荷和增强活塞对中的作用。为了进一步探索和正面验证液压缸变间隙密封理论的合理性和可实施性，研究变形活塞唇边变形量与泄漏量的准确关系，测量变间隙密封液压缸变形活塞唇边的变形量成为变间隙密封液压缸研究的关键一步。在研究高速大功率液压驱动系统中，由于变形活塞唇边的变形量很微小，属于微米级，液压缸内部流场复杂多变，很难定量的测量，只能通过理论计算的方式粗略计算变形活塞唇边的变形量。高雨等(高雨,傅连东,湛从昌等.液压缸活塞变间隙密封结构形状研究[J].中国机械工程,2016,27(24):3345-3350.)运用弹塑性力学中悬臂梁模型的应力函数解等相关理论推导出了唇边变形规律。但其推导出的唇边变形尚未通过实验测试验证，仅借用仿真分析和液压缸内泄漏量实验的结果作以佐证，只能定性的反映唇边变形规律。并没有准确、定量的测量变活塞唇边变形量的大小。这种函数变化关系只能通过测量液压缸的内泄漏量与液压缸工作压力之间的变化关系来间接反映，无法实现快速直接的反映活塞唇边变形量随着液压缸工作压力的升高而产生的变化，进而会对变间隙密封液压缸密封间隙可控技术的研究造成阻碍。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术存在的缺陷，目的是提供一种变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置及测量方法；该测量装置结构简单，该测量方法能够快速、准确测量出变形活塞唇边变形量，为变间隙密封液压缸密封间隙可控技术的后续研究提供技术支撑。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：所述测量装置包括变间隙密封液压缸、超声波探头、超声波脉冲激励发射接收仪、数字示波器和计算机。变间隙密封液压缸的缸筒外表面贴有超声波探头，超声波探头位于变形活塞任一端面向内3～5mm的横截面。超声波探头通过数据线与超声波脉冲激励发射接收仪的T/R端口连接，超声波脉冲激励发射接收仪的SYNCOUT、RFOUT端口通过数据线与数字示波器的CH2、CH1端口对应连接，数字示波器的USB端口通过数据线与计算机的USB端口连接。所述计算机装有MATLAB软件和与数字示波器配套的OpenChoiceDesktop软件。所述变间隙密封液压缸1的结构是：在缸筒内同轴线地装有变形活塞，缸筒内壁与变形活塞的圆柱面间的装配间隙为δ标。所述变形活塞的两端端面对称地设有环形唇边，变形活塞的圆柱面均匀地设有3～5个平衡槽。所述变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置的测量方法的步骤是：第一步、设置超声波脉冲激励发射接收仪的参数：模式为1位，重复频率为2K或5K，能量为3，阻尼为3，增益为-20分贝，HPF为OUT，LPF为FullBW。设置数字示波器的参数：垂直灵敏度为0.2V/分，水平扫描速度为1微秒/分，Ext.Trig为负斜率。第二步、观察数字示波器的图像，将幅值随时间变化的图像称为反射波时域图像，待反射波时域图像的波形稳定后，点击计算机的软件OpenChoiceDesktop界面上的“保存数据”按钮，将采集得到的反射波时域图像的数据以excel形式保存到计算机。再运用MATLAB软件将保存到计算机的excel形式的数据进行傅里叶变换，得到幅值随频率变化的图像，所述幅值随频率变化的图像称为反射波频域图像。第三步、以不锈钢-空气为介质Ⅰ，通过超声波探头对所述介质Ⅰ的反射波幅值进行测量，得到所述介质Ⅰ的反射波时域图像和所述介质Ⅰ的反射波频域图像。再以变间隙密封液压缸中缸筒的材质-油膜-变形活塞的材质为介质2，通过超声波探头对所述介质Ⅱ的反射波幅值进行测量，得到所述介质Ⅱ的反射波时域图像和所述介质Ⅱ的反射波频域图像。第四步、对所述介质Ⅰ的反射波频域图像与所述介质Ⅱ的反射波频域图像的相同频率段对应的数据值相比，得到反射系数频谱图。第五步、分析所述反射系数频谱图，判断反射系数频谱图的频域范围内的反射系数是否存在极小值；若是，则选用共振模型计算油膜厚度δ；若不是，则选用弹簧模型计算油膜厚度δ。用共振模型计算油膜厚度δ式(1)中：δ表示油膜厚度，μm；m表示谐振阶数，m为1或2或3；c表示超声波在油膜层中的传播速度，m/s；fres表示反射系数频谱图在频率范围内出现极小值点对应的频率值，Hz。用弹簧模型计算油膜厚度δ式(2)中，δ表示油膜厚度，μm；ρ表示液压油密度，kg/m3；f表示超声波的固有频率，Hz；c表示超声波在油膜层中的传播速度，m/s；Z1表示缸筒材质的声阻抗，MRayl；Z2表示变形活塞材质的声阻抗，MRayl；Rres表示反射常数，Rres取值范围为1.05(Z1-Z2)/(Z1+Z2)～0.9。第六步、油膜厚度δ的修正系数αα＝δ标/δ0(3)式(3)中：δ标表示缸筒6与变形活塞7的装配间隙，μm；δ0表示变间隙密封液压缸在工作压力为0时的油膜厚度，μm。变间隙密封液压缸在不同工作压力时的油膜厚度δ压为δ压＝αδ(4)式(4)中：δ表示油膜厚度，μm；α表示油膜厚度δ的修正系数。第七步：变形活塞唇边的变形量tt＝δ标-δ压(5)式(5)中：δ标表示缸筒与变形活塞的装配间隙，μm；δ压表示不同工作压力时的油膜厚度，μm。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下积极效果：本专利技术在变间隙密封液压缸的缸筒外表面贴有超声波探头，超声波探头通过数据线与超声波脉冲激励发射接收仪的T/R端口连接，超声波脉冲激励发射接收仪的SYNCOUT、RFOUT端口通过数据线与数字示波器的CH2、CH1端口对应连接，数字示波器的USB端口通过数据线与计算机的USB端口连接，结构简单。本专利技术通过变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置进行反射波的数据采集，通过数据处理，得到反射波的时域图像和反射波的频域图像，通过数据分析与处理得到反射系数频谱图，根据分析反射系数频谱图中是否存在极小值点，由公式(1)或公式(2)得到油膜厚度δ，然后根据修正系数α对油膜厚度δ进行修正，最后得到变形活塞唇边的变形量t。该方法克服了理论计算不能定量分析的技术缺陷，能够准确、快速的显示变形活塞唇边的变形量t，为变间隙密封液压缸泄漏量的研究和密封间隙可控技术的研究提供技术支撑。也为其它高压密封工作条件下的微小变形量和间隙测量提供技术参考。因此，本专利技术结构简单，用该装置能够快速准确测量出变形活塞唇边的变形量，为变间隙密封液压缸密封间隙可控技术的后续研究提供技术支撑。附图说明图1是本专利技术的一种变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置，其特征在所述测量装置包括变间隙密封液压缸(1)、超声波探头(2)、超声波脉冲激励发射接收仪(3)、数字示波器(4)和计算机(5)；变间隙密封液压缸(1)的缸筒(6)外表面贴有超声波探头(2)，超声波探头(2)位于变形活塞(7)任一端面向内3～5mm的横截面；超声波探头(2)通过数据线与超声波脉冲激励发射接收仪(3)的T/R端口连接，超声波脉冲激励发射接收仪(3)的SYNC OUT、RF OUT端口通过数据线与数字示波器(4)的CH2、CH1端口对应连接，数字示波器(4)的USB端口通过数据线与计算机(5)的USB端口连接；所述计算机(5)装有MATLAB软件和与数字示波器(4)配套的Open Choice Desktop软件。

【技术特征摘要】
1.一种变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置，其特征在所述测量装置包括变间隙密封液压缸(1)、超声波探头(2)、超声波脉冲激励发射接收仪(3)、数字示波器(4)和计算机(5)；变间隙密封液压缸(1)的缸筒(6)外表面贴有超声波探头(2)，超声波探头(2)位于变形活塞(7)任一端面向内3～5mm的横截面；超声波探头(2)通过数据线与超声波脉冲激励发射接收仪(3)的T/R端口连接，超声波脉冲激励发射接收仪(3)的SYNCOUT、RFOUT端口通过数据线与数字示波器(4)的CH2、CH1端口对应连接，数字示波器(4)的USB端口通过数据线与计算机(5)的USB端口连接；所述计算机(5)装有MATLAB软件和与数字示波器(4)配套的OpenChoiceDesktop软件。2.根据权利要求1所述变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置，其特征在于所述变间隙密封液压缸1的结构是：在缸筒(6)内同轴线地装有变形活塞(7)，缸筒(6)内壁与变形活塞(7)的圆柱面间的装配间隙为δ标；所述变形活塞(7)的两端端面对称地设有环形唇边，变形活塞(7)的圆柱面均匀地设有3～5个平衡槽。3.一种如权利要求1所述变间隙密封液压缸变形活塞唇边变形量测量装置的测量方法，其特征在于所述测量方法的步骤是：第一步、设置超声波脉冲激励发射接收仪(3)的参数：模式为1位，重复频率为2K或5K，能量为3，阻尼为3，增益为-20分贝，HPF为OUT，LPF为FullBW；设置数字示波器(4)的参数：垂直灵敏度为0.2V/分，水平扫描速度为1微秒/分，Ext.Trig为负斜率；第二步、观察数字示波器(4)的图像，将幅值随时间变化的图像称为反射波时域图像，待反射波时域图像的波形稳定后，点击计算机(5)的软件OpenChoiceDesktop界面上的“保存数据”按钮，将采集得到的反射波时域图像的数据以excel形式保存到计算机(5)；再运用MATLAB软件将保存到计算机(5)的excel形式的数据进行傅里...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅连东，姜耀文，邓江洪，胡前茅，陈新元，陈奎生，湛从昌，蒋俊，涂福泉，郭缓，曾良才，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42