油液體積彈性模量檢測裝置的結構設計及有限元分析

1、油液體積彈性模量檢測裝置的結構設計及有限元分析        在液壓系統(tǒng)中，油液的體積彈性模量是一個非常重要的物理量，對它的取值精確與否，將直接影響著對系統(tǒng)分析的精度、研究結果的正確性。油液的有效體積彈性模量可分為油液的體積彈性模量與管道和附件的彈性模量兩大部分，以前者占主導地位，因此，對油液壓縮性的研究是液壓技術領域中一個重要的課題。油液體積彈性模量的影響因素有油液的含氣量、溫度、壓力及分子結構等。在實際應用中，往往根據(jù)純油的彈性模量、管道變形、混氣情況等，粗略地估計油液的體積彈性模量值(一般為700MPa) 。實驗表明，估計值與實

2、測值往往有較大的出人。但是在目前的油液彈性模量測量中，可靠、實用的測量設備還僅僅局限于學術上的討論，缺乏這類設備成了開展相關實際工作時的一大難點。本文主要討論一種基于體積彈性模量定義的油液彈性模量檢測裝置的原理及結構設計。 1 彈性模量檢測裝置的設計    根據(jù)油液彈性模量的定義:式中: e為油液的彈性模量;V 為初始狀態(tài)的油液體積;V 為油液體積的改變量;p為V與對應的油液壓力的改變量。    本裝置設計就是依托上述原理，利用被壓系統(tǒng)的部分油液作為研究對象，對測試腔內一定體積的油液施加壓力，改變壓力的大小，得到相應的油液體積的變化量

3、，根據(jù)上述直接測得的參數(shù)，按油液彈性模量的定義求得油液的彈性模量值，用二次系統(tǒng)直接顯示或輸出彈性模量信號。    整個檢測裝置結構如圖1 所示:主要包括位移傳感器l 、三位四通換向閥2 、加載油缸3 、單向閥4 、壓力傳感器5 、二位二通截止式換向閥6 和測試腔7 。    檢測裝置可分為上下兩部分，上部為加載油缸，按普通油6缸設計，接三位四通換向閥，活塞上內置位移傳感器;下部為測試腔，特別設計壁厚為30mm ，接截止換向閥，壓力傳感器。加載油缸與測試腔用單向閥連接，使油液不能回流。加載油缸的活塞桿伸入到測試腔中，并能夠在測試腔內移動

4、，通過如載缸腿加壓力，實現(xiàn)對油液的壓縮。    整個檢測過程如下:        (1)更換測試腔被測油液。截止式電磁換向閥6失電，導通。電磁換向閥2 的電磁鐵失電，下位通，便加載缸無桿腔接通油箱，壓力油進人加載缸有桿腔。當活塞桿運動到最高位置時，加載缸有桿腔壓力升高，壓力油頂開單向閥進人測試腔，再由截止式電磁換向閱6 回油箱。        (2) 預壓縮階段。截止式電磁換向閥6 得電，截止。電磁換向閱2 的電磁鐵得電，上位通，使加載缸有桿腔接

5、通壓力油箱，壓力油進入加載缸無桿腔，由于活塞面積大于活塞桿的面積，壓力油推動活塞桿向下運動，活塞桿進入測試腔的體積增加，測試腔中的油液被壓縮。當活塞桿停止運動時，記錄位移傳器1 的讀數(shù)XI， 壓力傳感器5 的讀數(shù)P1。        (3) 壓縮測試階段。調節(jié)提高系統(tǒng)壓力。由回路壓力增大，壓力油推動活塞桿繼續(xù)向下運動，試腔中的油液進一步被壓縮。當活塞桿停止運動時，記錄位移傳感器l 的讀數(shù)幾，壓力傳感器5 的讀P2 0 由計算機進行數(shù)據(jù)處理并根據(jù)定義公式計算油彈性模量值。       (

6、4) 結束壓縮。調節(jié)降低系統(tǒng)壓力。由于回路壓力減小，活塞桿向上運動。當活塞桿停止運動時，電磁換向閥2 的電磁鐵失電，下位通，使加載缸無桿過腔接通壓力油箱，壓力油進入加載缸有桿腔。當活塞桿運動到最高位置時，截止式電磁換向閥6 失電導通，壓力油頂開單向閥進入測試腔，再由截止式電磁換向閥6 回油箱。    此時又回到了更換測試腔被測油液時的狀態(tài)，根據(jù)需要可重復上述步驟，多次測量油液的彈性模值。此時又回到了更換測試腔被測油液時的狀態(tài)，根該設計有以下幾個優(yōu)點: (1)將加載油缸與測試腔設計為一體。本設計充分考慮了加工工藝，整體加工更能保證活塞桿的對中性，且能使液壓油避免外界污染。(2) 測試腔壁厚設計為30mm ，遠遠大于常規(guī)油缸壁厚，因此可以忽略管壁變形對油液彈性模量測量的影響。(3) 測試腔壓力的大小直接由壓力感器測量，避免了換算的誤差，因此加壓過程中活塞和活塞桿的摩擦力可以不用考慮。(4) 單向閥的進油口與加載缸的有桿腔連通，單向闊的出油自與測試腔連通。加壓前，液壓系統(tǒng)中的油液可以通過單向閥和截