專利名稱：一種可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液壓閥，特別是一種可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥。
背景技術(shù)：
滑閥類閥芯機(jī)構(gòu)是各類液壓閥中采用最多的一種結(jié)構(gòu)形式。滑閥一般包括閥芯和閥體，閥體包括閥壁和閥腔?；y卡緊故障是液壓系統(tǒng)中最為常見的故障和失效形式之一。液壓系統(tǒng)作為大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一旦出現(xiàn)卡緊故障，輕者系統(tǒng)失效，重者還會(huì)危及設(shè)備甚至人身安全。因此，首先，及時(shí)發(fā)現(xiàn)卡緊故障對液壓系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要；其次，對卡緊故障的預(yù)報(bào)更能將故障扼殺在萌芽狀態(tài)，對提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性意義重大；第三，如果卡緊故障已發(fā)生，判斷閥芯卡緊在閥腔內(nèi)的那個(gè)側(cè)面位置對于卡 緊故障的排除也很關(guān)鍵?，F(xiàn)有滑閥卡緊信息的獲取，主要是通過對液壓系統(tǒng)壓力、流量、位移等量的檢測來實(shí)現(xiàn)，屬于間接檢測診斷的方法，無法直接獲取閥芯工作狀態(tài)。特別的，影響壓力、流量、位移等參量的因素很多，而卡緊只是其中之一，因此卡緊檢測的準(zhǔn)確性有待推敲。也有的學(xué)者提出利用疊加在閥芯上的顫振信號的變化來檢測卡緊卡澀故障，這種方法可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)卡緊故障的檢測和預(yù)報(bào)，但由于其也是通過電磁場變化間接檢測閥芯機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，存在判斷影響因素多，判斷閾值難以統(tǒng)一標(biāo)定等問題。另外，對于卡緊后閥芯卡緊位置的檢測，則較少見諸報(bào)道。有鑒于此，本發(fā)明人結(jié)合從事液壓閥領(lǐng)域研究工作多年的經(jīng)驗(yàn)，對上述技術(shù)領(lǐng)域的缺陷進(jìn)行長期研究，本案由此產(chǎn)生。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥，可方便、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的預(yù)報(bào)、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥，包括閥芯和閥體，閥體包括閥壁和閥腔。還包括智能控制器和多個(gè)超聲換能器，智能控制器包括中央處理器模塊、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、回波信號濾波放大模塊、超聲發(fā)射模塊和多路切換模塊；中央處理器模塊和高速A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，可處理采集的回波信號；中央處理器模塊和超聲發(fā)射模塊相連，可控制超聲脈沖產(chǎn)生；中央處理器模塊和多路切換模塊相連，可用于在多個(gè)超聲換能器之間切換超聲發(fā)射、接收對象；超聲發(fā)射模塊和多路切換模塊相連，高速A/D轉(zhuǎn)換模塊和回波信號濾波放大模塊相連，回波信號濾波放大模塊和多路切換模塊相連，多路切換模塊和多個(gè)超聲換能器相連；超聲換能器固定安裝于液壓閥閥體的外側(cè)面，超聲換能器的軸心線和閥體內(nèi)閥腔的中軸線垂直相交。進(jìn)一步，所述多個(gè)超聲換能器為六個(gè)以上的偶數(shù)，分成兩排、平行于閥體內(nèi)閥腔中軸線的安裝在閥體的相鄰兩外側(cè)面上，每一側(cè)面上的各超聲換能器等間隔排列。從而更加方便、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的預(yù)報(bào)、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置，且成本更加低廉，結(jié)構(gòu)更加簡單。進(jìn)一步，所述超聲換能器的頻率在IOMHz以上，超聲換能器和閥體外側(cè)面直接涂有聲耦合介質(zhì)。該設(shè)計(jì)一方面是考慮到閥芯和閥壁間隙較小，從而更經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，另一方面是考慮以較小成本實(shí)現(xiàn)更佳的超聲探測效果，且檢測、判斷結(jié)果更準(zhǔn)確。進(jìn)一步，所述智能控制器中高速A/D轉(zhuǎn)換模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器選用ADS5485或同等性能的A/D芯片，所述超聲換能器選用直探頭，所述聲耦合介質(zhì)為機(jī)油。從而更經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果。本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)及效果1、將超聲探傷的原理運(yùn)用到液壓閥卡緊故障檢測，設(shè)計(jì)簡單巧妙，功效顯著；2、上述檢測為無損檢測，無需改動(dòng)液壓閥結(jié)構(gòu)；3、可實(shí)現(xiàn)卡緊故障的預(yù)報(bào)、檢測和故障位置定位；4、直接反饋閥芯位置信息，比間接檢測可
靠性更好；5、作為卡緊故障檢測的信號單一，準(zhǔn)確性高，受干擾性小。為了進(jìn)一步解釋本實(shí)用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)流程圖；圖2為超聲換能器安裝位置示意圖；圖3為本實(shí)用新型卡緊故障檢測工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型借鑒超聲探傷的原理，給出了一種能夠?qū)崟r(shí)預(yù)報(bào)、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置的液壓閥。如圖I至圖3所示，是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。一種可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥，包括閥芯和閥體，閥體包括閥壁和閥腔。上述為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。如圖I所示，還包括智能控制器和多個(gè)超聲換能器，智能控制器包括中央處理器模塊I、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊2、回波信號濾波放大模塊3、超聲發(fā)射模塊4和多路切換模塊5 ;中央處理器模塊I和高速A/D轉(zhuǎn)換模塊2相連,可處理米集的回波信號；中央處理器模塊I和超聲發(fā)射模塊4相連，可控制超聲脈沖產(chǎn)生；中央處理器模塊I和多路切換模塊5相連，可用于在多個(gè)超聲換能器6之間切換超聲發(fā)射、接收對象；超聲發(fā)射模塊4和多路切換模塊5相連，高速A/D轉(zhuǎn)換模塊2和回波信號濾波放大模塊3相連，回波信號濾波放大模塊3和多路切換模塊5相連，多路切換模塊5和多個(gè)超聲換能器6相連。實(shí)現(xiàn)上述功能的各個(gè)模塊，其具體的電路、元器件等結(jié)構(gòu)，由于屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處就不再贅述。智能控制器通過多路切換模塊5和超聲換能器6采用2芯或4芯的航空插頭連接。超聲換能器6固定安裝于液壓閥閥體的外側(cè)面，超聲換能器的軸心線和閥體內(nèi)閥腔的中軸線垂直相交。超聲環(huán)能器的數(shù)量、具體分布可以有多種。如圖2所示，多個(gè)超聲換能器6為六個(gè)以上的偶數(shù)，分成兩排、平行于閥體內(nèi)閥腔中軸線的安裝在閥體8的相鄰兩外側(cè)面上，每一側(cè)面上的各超聲換能器等間隔排列。在本實(shí)施例中，如圖2所示，共六個(gè)超聲波換能器，由中央壓電陶瓷元件，前后金屬蓋板，預(yù)應(yīng)力螺桿，電極片以及絕緣管組成，分成兩排安裝于液壓閥閥體的外上側(cè)面和外右側(cè)面，每一側(cè)面上的超聲換能器為三個(gè)且落在一條直線上，該直線與閥體內(nèi)閥腔中軸線平行，超聲換能器具體安裝位置在該表面的兩側(cè)和中間位置，三個(gè)超聲換能器等間隔排列。從而更加方便、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的預(yù)報(bào)、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置，且成本更加低廉，結(jié)構(gòu)更加簡單。考慮到閥芯和閥壁間隙較小，超聲換能器的頻率至少在IOMHz以上。超聲換能器和閥體外側(cè)面直接涂有聲耦合介質(zhì)，在本實(shí)施例中為機(jī)油。該設(shè)計(jì)一方面是考慮到閥芯和閥壁間隙較小，從而更經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，另一方面是考慮以較小成本實(shí)現(xiàn)更佳的超聲探測效果，且檢測、判斷結(jié)果更準(zhǔn)確。超聲換能器選用直探頭，耦合劑為機(jī)油；高速A/D轉(zhuǎn)換模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器選用ADS5485或同等性能的A/D芯片。本技術(shù)方案的工作原理如下超聲波是頻率高于20千赫的機(jī)械波，這種機(jī)械波在材料中能以一定的速度和方向傳播，遇到聲阻抗不同的異質(zhì)界面(如缺陷或被測物件的底面等)就會(huì)產(chǎn)生反射。這種反射現(xiàn)象可被用來進(jìn)行超聲波探傷，最常用的是脈沖回波探傷法。探傷時(shí)，脈沖振蕩器發(fā)出的電壓加在超聲換能器(或者說超聲探頭，是用壓電陶瓷或石英晶片制成的探測元件)上，超聲換能器發(fā)出的超聲波脈沖通過聲耦合介質(zhì)(如機(jī)油或水等)進(jìn)入材料并在其中傳播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途徑返回超聲換能器，超聲換能器又將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖。根據(jù)缺陷反射波電脈沖的位置和幅度(與參考試塊中人工缺陷的反射波幅度作比較)，即可測定缺陷的位置和大致尺寸。本實(shí)用新型借鑒上述超聲探傷的機(jī)理，利用超聲波在異質(zhì)界面反射現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)閥芯卡緊的預(yù)報(bào)、檢測和定位。如圖3所示的液壓閥在正常工作時(shí)，閥芯9和閥體8中閥腔的中軸線重合，超聲發(fā)射模塊發(fā)出的電信號加在超聲換能器6上，然后產(chǎn)生的超聲波脈沖通過聲耦合介質(zhì)(機(jī)油)進(jìn)入閥壁并在其中傳播，在閥壁和閥芯之間的間隙處，由于間隙內(nèi)的液壓油和閥壁的聲阻抗不同，超聲波在間隙處產(chǎn)生發(fā)射。部分反射能量沿原入射途徑返回超聲換能器，超聲換能器又將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，中央處理器模塊根據(jù)采集的反射波電脈沖的位置tl和幅值vl，和基準(zhǔn)位置t和基準(zhǔn)幅度V進(jìn)行模糊判決，進(jìn)而得到此時(shí)為正常工況，不存在卡緊故障的判斷信息；而當(dāng)液壓閥由于液壓卡緊或機(jī)械卡緊的原因，使得閥芯偏離閥腔中軸線位置。此時(shí)閥芯和閥壁之間的間隙變小(圖3中的卡澀工況)，中央處理器模塊根據(jù)采集的反射波電脈沖的位置還是tl (閥壁的邊界位置不變)，而幅值卻變?yōu)関2，和正常工況時(shí)的vl相比顯著減小，由此可預(yù)報(bào)卡緊故障有發(fā)生的趨勢；當(dāng)卡緊故障發(fā)生時(shí)，此時(shí)閥芯遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離中軸線，和閥壁之間幾乎沒有間隙(圖3中的卡澀工況)，中央處理器模塊根據(jù)采集的反射波電脈沖的位置還是tl，而幅值已變?yōu)関3，若將v3值設(shè)為卡緊故障的檢測閾值，則可通過判斷反射波幅值是否低于v3來判定卡緊故障的發(fā)生。反之，若圖3中的超聲換能器安裝在對面一側(cè)，則液壓閥在正常工況向卡緊工況轉(zhuǎn)變的過程中，vl v2 v3的值則是遞增關(guān)系，則可通過判斷反射波幅值是否高于v3來判定對側(cè)面是否有卡緊故障的發(fā)生。作為優(yōu)選，為了更為準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障，在閥芯的軸向截面上，至少需要兩個(gè)超聲換能器即可判定在該截面上卡緊發(fā)生的位置(至少有8種可能方位)；由于閥芯在軸向有一定的長度，卡緊有可能發(fā)生在軸向的任何一個(gè)位置，軸線上的至少3個(gè)換能器可以用來檢測卡緊在軸向上的位置。卡緊故障預(yù)報(bào)與檢測的工作過程如下[0029]將液壓閥安裝超聲換能器的那側(cè)表面擦拭干凈，抹上機(jī)油，把六個(gè)超聲換能器沿液壓閥的閥腔中軸線等距離均線放置；第一次使用時(shí)，先將閥芯調(diào)整到正常工況(閥芯和閥腔的中軸線重合)；將超聲換能器和多路切換模塊5相連，啟動(dòng)中央處理器模塊I工作；中央處理器模塊I首先按程序控制多路切換模塊5接通I號超聲換能器；然后啟動(dòng)超聲發(fā)射模塊4發(fā)出電信號加在I號超聲換能器上，I號超聲換能器受激產(chǎn)生的超聲波脈沖通過聲耦合介質(zhì)(機(jī)油)進(jìn)入閥壁并在其中傳播，在閥壁和閥芯之間的間隙處，由于間隙內(nèi)的液壓油和閥壁的聲阻抗不同，超聲波在間隙處產(chǎn)生發(fā)射。部分反射能量沿原入射途徑返回I號超聲換能器，I號超聲換能器又將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，該電脈沖信號通過回波信號濾波放大模塊3后輸入到高速A/D轉(zhuǎn)換模塊2轉(zhuǎn)換為數(shù)字量發(fā)送到中央處理器模塊I。中央處理器模塊I將采集的反射波電脈沖記錄并保存作為該監(jiān)測點(diǎn)的基準(zhǔn)信號序列。根據(jù)液壓閥和超聲參數(shù)，計(jì)算閥芯閥壁間間隙的回波位置，根據(jù)該位置提取基準(zhǔn)信號序列中的對應(yīng)幅值作為正常工況時(shí)的基準(zhǔn)信號幅值。然后將液壓閥調(diào)整到卡緊工況重復(fù)上述步驟，得到卡緊工況時(shí)對應(yīng)的基準(zhǔn)信號幅值。對于其它5個(gè)超聲換能器按以上程序重復(fù)進(jìn)行，最終得到6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的完整基準(zhǔn)信號序列。當(dāng)卡緊故障發(fā)生時(shí)，閥芯和某一側(cè)閥壁相接觸，則該側(cè)閥芯和閥壁間的間隙近乎消失，此時(shí)，當(dāng)中央處理器模塊I按程序?qū)υ摫O(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行超聲檢測時(shí)，所采集到的回波信號經(jīng)處理后和卡緊工況的基準(zhǔn)信號幅值相比較，通過模糊處理即可預(yù)報(bào)和檢測卡緊故障的發(fā)生，其嚴(yán)重程度等?？ňo故障定位的工作過程如下將液壓閥安裝超聲換能器的那側(cè)表面擦拭干凈，抹上機(jī)油，把六個(gè)超聲換能器沿液壓閥的閥腔中軸線等距離均線放置；第一次使用時(shí)，先將閥芯調(diào)整到正常工況(閥芯和閥腔的中軸線重合)；將超聲換能器和多路切換模塊5相連，啟動(dòng)中央處理器模塊I工作；中央處理器模塊I首先按程序控制多路切換模塊5接通I號超聲換能器；然后啟動(dòng)超聲發(fā)射模塊4發(fā)出電信號加在I號超聲換能器上，I號超聲換能器受激產(chǎn)生的超聲波脈沖通過聲耦合介質(zhì)(機(jī)油)進(jìn)入閥壁并在其中傳播，在閥壁和閥芯之間的間隙處，由于間隙內(nèi)的液壓油和閥壁的聲阻抗不同，超聲波在間隙處產(chǎn)生發(fā)射。部分反射能量沿原入射途徑返回I號超聲換能器，I號超聲換能器又將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，該電脈沖信號通過回波信號濾波放大模塊3后輸入到高速A/D轉(zhuǎn)換模塊2轉(zhuǎn)換為數(shù)字量發(fā)送到中央處理器模塊I。中央處理器模塊I將采集的反射波電脈沖記錄并保存作為該監(jiān)測點(diǎn)的基準(zhǔn)信號序列。根據(jù)液壓閥和超聲參數(shù)，計(jì)算閥芯閥壁間間隙的回波位置，根據(jù)該位置提取基準(zhǔn)信號序列中的對應(yīng)幅值作為正常工況時(shí)的基準(zhǔn)信號幅值。然后將液壓閥調(diào)整到卡緊工況重復(fù)上述步驟，得到卡緊工況時(shí)對應(yīng)的基準(zhǔn)信號幅值。對于其它5個(gè)超聲換能器按以上程序重復(fù)進(jìn)行，最終得到6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的完整基準(zhǔn)信號序列。當(dāng)卡緊故障發(fā)生時(shí)，閥芯和某一側(cè)閥壁相接觸，則該側(cè)閥芯和閥壁間的間隙近乎消失，此時(shí)，當(dāng)中央處理器模塊I按程序?qū)υ摫O(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行超聲檢測時(shí)，所采集到的回波信號經(jīng)處理后和卡緊工況的基準(zhǔn)信號幅值相比較，通過模糊處理即可判斷卡緊故障發(fā)生。其余5個(gè)點(diǎn)按以上程序均可得出是否卡緊的判斷，綜合這6個(gè)點(diǎn)的卡緊情況，即可得出閥芯的卡緊位置。以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，并非對本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥，包括閥芯和閥體，閥體包括閥壁和閥腔，其特征在于還包括智能控制器和多個(gè)超聲換能器，智能控制器包括中央處理器模塊、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、回波信號濾波放大模塊、超聲發(fā)射模塊和多路切換模塊；中央處理器模塊和高速A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，可處理采集的回波信號；中央處理器模塊和超聲發(fā)射模塊相連，可控制超聲脈沖產(chǎn)生；中央處理器模塊和多路切換模塊相連，可用于在多個(gè)超聲換能器之間切換超聲發(fā)射、接收對象；超聲發(fā)射模塊和多路切換模塊相連，高速A/D轉(zhuǎn)換模塊和回波信號濾波放大模塊相連，回波信號濾波放大模塊和多路切換模塊相連，多路切換模塊和多個(gè)超聲換能器相連；超聲換能器固定安裝于液壓閥閥體的外側(cè)面，超聲換能器的軸心線和閥體內(nèi)閥腔的中軸線垂直相交。
2.如權(quán)利要求I所述的一種可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥，其特征在于所述多個(gè)超聲換能器為六個(gè)以上的偶數(shù)，分成兩排、平行于閥體內(nèi)閥腔中軸線的安裝在閥體的相鄰兩外側(cè)面上，每一側(cè)面上的各超聲換能器等間隔排列。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥，其特征在于所述超聲換能器的頻率在IOMHz以上，超聲換能器和閥體外側(cè)面直接涂有聲耦合介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥，其特征在于所述智能控制器中高速A/D轉(zhuǎn)換模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器選用ADS5485或同等性能的A/D芯片，所述超聲換能器選用直探頭，所述聲耦合介質(zhì)為機(jī)油。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可預(yù)報(bào)、檢測和定位卡緊故障的液壓閥，包括閥芯和閥體，閥體包括閥壁和閥腔。還包括智能控制器和多個(gè)超聲換能器，智能控制器包括中央處理器模塊、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、回波信號濾波放大模塊、超聲發(fā)射模塊和多路切換模塊；超聲換能器固定安裝于液壓閥閥體的外側(cè)面，超聲換能器的軸心線和閥體內(nèi)閥腔的中軸線垂直相交。采用本技術(shù)方案，可方便、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的預(yù)報(bào)、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置。
文檔編號F15B13/02GK202579412SQ20122025084
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者李偉波, 張華芳 申請人:紹興文理學(xué)院