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遮光式液压系统污染度在线监测技术

发布时间:2018-2-10
  现阶段油液污染度检测的主要手段有铁谱法、光谱法、称重法、显微镜比较法、颗粒计数法等。其中前4种方法,其设备无论是台式还是便携式,都是人工取样的离线检测,虽然准确度比较高,但成本高、周期长且受人为因素和环境因素的影响大。颗粒计数法虽然能够实现在线测量,但多数颗粒计数器还是出自像美国HIAC这样的国外品牌,价格昂贵。为此根据Beer-Lambert吸收定律,设计了遮光式液压系统污染度在线监测系统。
  1.监测系统工作原理
  当光照射到剪板机油液及固体颗粒污染物组成的悬浮液时,将出现夫琅和费衍射现象。光的一部分能量被吸收,另一部分发生散射,其余的则穿过悬浮液,这三部分的比例与悬浮液中固体颗粒污染物的浓度有关。当一束光强为J。的平行单色光入射到污染油液中时,受到颗粒散射和吸收的影响,经过L距离后光强将衰减为,入射光强jo和透射光强j遵守Beer-Lam— bert吸收定律:
  正式中,r为衰减系数,与污染物的直径和尺寸分布、光源的波长、油液的相对折射率及被测油液管壁材料和温度有关。若已知光源强度与测得的衰减后的光强,就可以求得入射光通过被测油液的相对衰减率,而相对衰减率的大小能反映油液的污染程度。监测系统光电传感器工作原理如图1所示。
  当入射光波长及光强L确定后,透射光强与油液的污染度有关,用光电转换元件将I转变为电压信号并加以处理,便可以得出油液的污染度。在系统调定后,随着工作油液污染度的增加,其饱和透光率越来越小,一定的电压值范围将对应某一污染度范围。对各种污染度等级的标准液压油分别进行实验,可得出液压油污染度与饱和透光率的对应关系。
  
  图1光电传感器工作原理
  2.监测系统
  不论设备的大小和复杂程度如何,液压系统均可从机能上分成泵站及压力控制回路、系统控制回路和执行机构控制回路三部分。从理论上讲,监测装置可安装在任一回路。考虑到油液取样的代表性及降低在线监测对液压系统的影响,将监测装置并联在泵站及压力控制回路中泵的出口。为了控制通过监测装置的油液的流速及流量,在装置的人口串接了调速阀,确保通过监测装置的油液流动处于层流状态。此外为了消除温度对悬浮液透光率及系统的影响,在监测系统中加设了温度传感器,以便根据温度值对测量结果进行修正。监测系统组成框图如图2所示(实线表示液压油路,虚线表示信号电路)。选取常用牌号油液,然后按 ISO 4406标准配置各污染度等级的标准油样,对各污染度等级悬浮液在室温下进行光电传感实验,得出油液透光率与污染度等级关系曲线,从而确定油液污染度等级与光电传感器输出电压的关系,把此关系固化在系统ROM中。当液压系统运行时,泵排出的油液一部分通过监测系统;当油液污染度发生变化时,光电传感器的输出也随之变化。采样某时刻光电传感器和温度传感器的输出,经过A/D转换后变为数字信号,送人微控制器,经过数字滤波和温度修正后,通过查表便可确定油液的污染度等级,并通过LED显示。此外当油液污染度接近允许的最大值时,系统将会发出报警信号,提醒操作人员停机待修或处理。键盘用来选择油液品种、系统初始化等。系统主程序流程如图3所示。
  
图2监测系统组成框图            图3监测系统主程序流程
  3.实验结果
  实验以添加了不同含量ACFTD粉尘的30号液压油来模拟液压系统中不同污染度等级的悬浮液压油,室温为25℃,被测液压系统油压为14MPa。调节调速阀,控制通过监测装置的油液流速分另H为2mL/s、4mL/s、8mL/s。系统设定经过精过滤的新油的透光率为1,所得透光率及对应的污染度等级参见表,其中参考值是用爱迪泰克新技术有限公司生产的dCA便携式油液监测器在相同温度下离线测量的结果。
  由表中的数据可知,本系统在线检测结果与dCA检测结果基本一致,只是随着被测剪板机油液中添加颗粒物的增多,流速为8mL/s的测量结果略大于离线测量结果。这是由于仪器标定条件的不同以及流速的增大使系统油液流动状态发生变化,气泡增多,对透光率产生了影响。从实验结果可以看出,本系统用于监测液压系统油液污染度等级以实现按质换油等不需要非常精确测量污染度等级的领域,是可以满足要求的。卷板机状态监测与故障诊断系统

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