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J u n ．2 0 1 2 机床与液压 Hy d r o me c ha t r o n i c s En g i n e e r i n g Vo 1 ． 40 No ． 1 2 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 2 ． 0 0 2 Ex p e r i me nt a l Re s e a r c h o n I nt e r na l a n d Ex t e r n a l Le a ka g e o f Co n s t r u c t i o n M a c h i ne r y Hy d r a u l i c Cy l i n de r L I Ya n g ，W AN G L o n g ，J I ANG J i h a i I ．S c h o o l o fMe c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g ， 2．Ha r b i n G e ne r i c Hy d r a u l i c Ma c hi n e r y 1 ．I nt r o d uc t i o n H a r b i n I n s t i t u t e o fT e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 0 1 ，C h i n a； Ma n u f a c t u ri n g C o m p a n y ， H a r b i n 1 5 0 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t e r n a l a n d e x t e rna l l e a k a g e is a n i mp oR a n t f a c t o r o f c on s t r u c t io n ma c h i n e r y h y d r a u l ic c y l i n d e r r e l i a b i l i t y ．Ai mi n g a t o b t ain i n g t h e f a u l t c r i t e r i o n o f i n t e r n a l an d e x t e r n a l l e a k a g e f o r c o n s t r u c t io n ma c h i n e ry h y d r au l i c c y l i n d e r ，t h is p a p e r i n t r o d u c e s a n e x p e r i me n t a l r e s e a r c h me t h o d b y mo nit or i n g p r e s s u r e a n d d i s p l a c e me n t s i g n a l o f c o n s t r u c t i o n ma c hin e r y h y d r a u l ic c y l i n d er ． Th r o u g h e x p e r i me n t s u n d e r d i ff e r e n t o r if i c e s i z e o f l e a k a g e，d i ff e r e n t p r e s s u r e o f s y s t e m ，d i ff e r - e n t f lo w o f s y s t e m ，a n d d iff e r e n t l o a d，a n e ff e c t i v e b a s i s is p r o v id e d f o r f a u lt d i a g n o s i s o f c o n - s t r u c t io n ma c h i n e r y h y dr a u l ic c y l i n d e r i n t e r n a l a n d e xte ma l le a k a g e，wh i c h wi l l h a v e p r a c t ic a l e n - g i n e er i n g s i g n if i c a n c e ． K e y w o r d s h y d r a u l ic c o mp o n e n t s ’r e li a b i l ity，c o n s t r u c t io n ma c h i n e ry h y d r a u l ic c y l i n d e r ，in t e r n a l a n d e xte r n a l l e a k a g e，f a u lt d i a g n o s is I n r e c e n t y e a r s ， wi t h t h e a c c e l e r a t i n g p a c e o f o u r c o u n t r y’ s i n f r a s t r u c t u r e， t h e c o n s t ruc t i o n ma - c h i n e r y i n d u s t r y g e t s r a p i d d e v e l o p me n t ，a n d i t h a s b e c o me t h e l a r g e s t marke t o f h y d r a ul i c c o mp o n e n t s s o f a r [ 1 ] ．A t t h e s a me t i m e ， t h e c o m p l e x i t y ， s c a l e a n d i n v e s t me n t o f c o n s t ruc t i o n ma c h i n e ry h y d r a u l i c s y s t e m are i n c r e a s i n g r a pi d I y wi t h t h e d e v e l o p me n t o f mo d e m h y d r a u l i c t e c hn o l o g y， s o i t ’s e a g e r t o i m p r o v e t h e r e l i a b i l i t y a n d s e c u rit y o f h y d r a u l i c s y s t e m． T h e r e l i a b i l i t y o f h y d r a u l i c s y s t e m de p e n d s o n t h e r e l i ab i l i t y o f t h a t ，s o p e o p l e u s u all y u s e t h e r e l i a b i l i t y d e s i g n o f h y d r a u l i c c o mpo n e n t o r t a k e a s e rie s o f o t h- e r me a s u r e s t o e n ha n c e t h e r e l i ab i l i t y o f s y s t e m． E y e n s o，f a u h c a n n o t b e a v o i d a n d o c c u r s s o me t i me s ． Re c e i v e d2 01 20 4 2 2 E d u c a t i o n D e p a r t me n t o f P ．R．Ch i n a＆ G u a n g d o n g P r o v C o r p o r a t i o n R e s e a r c h P r o j e c t 2 0 1 0 B 0 9 0 4 0 0 5 4 8 J I A N G J i h a i ． P r o f e s s o r ． E ma i l j j h l x w h i t ． e d u ． C N S o f a u l t d e t e c t i o n，d i a g n o s i s a n d f o r e c a s t t e c h n o l o gy h a v e b e c o me t h e l a s t d e f e n s e l i n e t o s e c u r e t h e r e l i a ．． b i l i t y a n d s e c u ri t y o f h y d r a u l i c c o m p o n e n t s [ 2 ] ． Hy d r a u l i c c y l i n d e r i s O N e o f t h e mo s t i mp o r t a n t c o mpo n e n t s o f c o n s t ruc t i o n ma c h i n e ry h y d r a u l i c s y s t e m ，s o i t s r e l i ab i l i t y wi l l a f f e c t t h e o p e r a t i o n o f t h e wh o l e ma c h i n e d i r e c t l y．Be f o r e t h e f a u l t o f h y d r a ul i c c y l i n d e r ，i t s k e y p e r f o r ma n c e p ara m e t e r s s u c h a s p r e s s u r e ， fl o w a n d t e m p e r a t u r e w i l l b e a b n o r m al， b u t e f f e c t i v e me a s u r e s t o p r e v e n t t h e f a u l t s t i l l c a n n o t b e t a k e n s i n c e t h o s e ab n o r ma l i t i e s are n o t e a s y t o b e f o un d b y ma n i p ul a t i o ns ．S o t h e d e ma n d o f f a u l t d i a g n o s i s o f c o n s t ruc t i o n ma c h i n e ry h y dr a u l i c c y l i n d e r b e c o m e s m o r e a n d m o r e u r g e n t i n r e c e n t y e a r s [ 3 4] ． I n t e r n a l a n d e x t e r nal l e a k a g e i s t h e mo s t C O IT I I U O N f a u l t o f c o n s t r u c t i o n ma c hi n e ry h y d r a u l i c c y l i n d e r ． On c e l e a ka g e o c c u r s ，t h e s y s t e m p r e s s u r e c a n n o t b e b u i l t u p o r t h e o p e r a t i o n s p e e d i s r e d u c e d，w h i c h a f - f e e t s t h e o pe r a t i o n o f t h e wh o l e ma c h i n e ． Th i s p a p e r i n t r o d u c e s a n e x p e rime n t al r e s e arc h me t h o d b y mo n i ． t o rin g p r e s s u r e a n d d i s p l a c e me n t s i gn a l o f c o ns t r u c t i o n ma c h i n e ry h y dra u l i c c y l i n d e r ，a i mi n g a t o b t a i n i n g t h e 6 Hy d r o me c ha t r o n i c s En g i n e e rin g f a u l t c rit e r i o n o f c o n s t r u c t i o n ma c h i ne r y h y d r a u l i c c y 1 ． i n d e r i n t e r n a l a n d e x t e r n a l l e a k a g e ． T hr o u g h e x p e r i me n t s u n d e r d i f f e r e n t o r i fi c e s i z e o f l e a k a g e ．d i f f e r e n t p r e s s u r e o f s y s t e m ，di f f e r e n t flo w o f s y s t e m ，a n d d i f - f e r e n t l o a d．a n e f f e c t i v e b a s i s i s p r o v i d e d f o r f a u l t d i ． a g n o s i s o f c o n s t r u c t i o n ma c h i n e r y h y d r a u l i c c y l i n d e r i n t e r n a l a n d e x t e r n a l l e a k a g e 『 56 ] ． 2 ．Ex p e r i me nt a l p r i n c i p l e o f hy d r a ul i c c y l i nd e r i nt e r na l a n d e x t e r na l l e a k a g e As i s mo r e wi d e l y u s e d i n c o n s t ruc t i o n ma c h i n c ry t h a n t h e d o u b l e ． r o d h y d r a u l i c c y l i n d e r ，t he s i n g l e r o d h y d r a u l i c c y l i n d e r i s s e l e c t e d a s t h e a c t u a t o r i 13 t h e e x p e r i me n t ． W i t h r e f e r e n e e t o t h e t e s t r e q u i r e me n t s i n “GB／T 1 5 6 22 2 0 05 Hy d r a u l i c Cy l i n d e r Te s t Me t ho ds ”，t h e d e s i g n e d e x pe r i me n t a l p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c c y l i n d e r i n t e r n a l a n d e x t e r n a l l e a ka g e i s s h o wn i n F i g ． 1． 7 6 1 Ta n k； 2， 2 9 F i l t e r ； 3， 2 8 Hy d r a u l i c p u mp；4． Va r i a b l e f r e q u e n c y mo t o r ；5， 1 9 ． 2 0P r e s s u r e g a u g e ；6 F l o w c o n t r o l v a l v e；7， 2 2， 2 6， 2 7 Re l i e f v a l v e；8 Ma n u a l l y o p e r a t e d dir e c t i o na l v alv e ；9， l 2 06一 ri c e ；1 0， 1 3 Ba l l v alv e ； 1 1， 1 4 P r e s s u r e s e n s o r ；1 5 E x p e r i me n t c y l i n d e r ；1 6 Di s p l a c e me n t s e n s o r 1 7 Co n n e c t o r ；1 8 L o a d c y l i n d e r 21 ， 2 3， 2 4， 2 5 C h e c k v a l v e F i g ． 1 Di a g r a m o f e x p e r i me n t p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c c y l i n d e r i n t e r n a l a n d e x t e r n a l l e a k a g e rI h e e x p e r i me n t a 1 s y s t e m i n c l u d e s e x p e r i me n t a l p a r t a nd l o a d pa r t ．I n t h e e x p e r i me n t a l pa r t ，t h e h y d r a u l i c c y l i n d e r i n t e rna l l e a k a g e c a n b e s i mu l a t e d b y i n s e rti ng t h e o rific e 1 2 b e t we e n t wo c h a mb e r s i n h y ． d r a u l i c c y l i n d e rt h e h y d r a u l i c c y l i n d e r e x t e r n a ll e a k ． a g e c a n b e s i mu l a t e d b y i n s e r t i n g t h e o rif i c e 9 b e t we e n t h e c h a mb e r wi t h r o d a n d t h e t a n k；t h e s y s t e m p r e s s u r e c a n b e c h a n g e d b y a d j u s t i n g t h e o p e n i n g p r e s s u r e o f t h e r e l i e f v a l v e 7，a n d t h e s y s t e m flo w c a n b e c h a n g e d b y a d j u s t i n g t h e i n p u t fr e q u e n c y o f t h e v a r i a b l e fre q u e n c y mo t o r 4．I n t h e l o a d p a r t ，t h e l o a d f o r c e c a n b e c h a n g e d b y a d j u s t i n g t h e o p e n i n g p r e s s u r e o f t h e r e l i e f v a l v e 22 a n d 26．Th u s，n o t o n l y t h e s y s t e m p r e s s u r e，flo w ，a nd l o a d c a n b e r e g u l a t e d，bu t a l s o t h e s i z e o f O l ‘i fi c e c a n be s e l e c t e d i n t hi s e x p e r i me n t a l s y s t e m ，s o t h e l e a k a g e o f t h e h y d r a u l i c c y l i n d e r c a n be s i mu l a t e d u n d e r d i f f e r e n t c o n di t i o n s ． 3．Te s t r i g o f c o ns t r uc t i o n ma c h i ne r y h y- d r a ul i c c y l i n d e r i nt e r na l a nd e x t e r n a l l e a k a g e Te s t rig o f c o ns t r u c t i o n ma c hi ne ry hy d r a u l i c c y l i n de r i n t e r na l a n d e x t e r n a 1 l e a k a g e i s s h o wn i n F i g ． 2．Th e s i z e o f t h e l o a d c y l i n d e r a n d t h e e x p e r i me n t h y d r a u l i c c y l i n d e r a r e t he s a me s t r o k e i s 3 3 0 mm a n d t he d i a me t e r o f p i s t o n r o d i s 45 mm． Th e ma x i ． mu m s y s t e m p r e s s u r e i s 1 0 MPa．a n d t h e ma x i mu m flo w r a t e i s 5 0 L ／rai n．Two AK- 4 t y pe p r e s s u r e s e n s o r s c o l l e c t t h e p r e s s u r e s i g n a l o f t h e h y d r a u l i c c y l i n - d e r c h a mb e r wi t h a n d w i t h o u t r o d，r e s p e c t i v e l y，a n d S GC- -5 t y pe l i n e g r a t i n g s e ns o r c o l l e c t s t he d i s p l a c e - - me ri t s i g n a l o f t h e h y d r a u l i c c y l i n d e r pi s t o n r o d wi t h s a mp l i n g fre q u e n c y o f 1 kHz ． Fi g ． 2 Te s t r i g o f c o n s t r u c t i o n ma c hi n e r y h y d r a u l i c c y l i nd e r i n t e r n a l a n d e x t e r n a l l e a k a g e I n o r d e r t o s i mu l a t e d i f f e r e n t l e a k a g e．a b a t c h o f o r i fl e e s wi t h d i f f e r e n t s i z e s i s u s e d i n t h e e x p e r i me n t ． a n d t he o r i fic e s o f di f f e r e n t s i z e s a r e s h o wn i n Fi g ．3． Gi v e n t h e o rific e d i a me t e r d，t he o rific e l e n g t h l a n d t h e p r e s s u r e g a p Ap b e t we e n b o t h s i d e s o f t h e o r i f i c e，t he fl o w r a t e o f t h e l e a k a g e c a n b e c a l c u l a t e d t hr o ug h t h e o r i fic e flo w e qu a t i o n． 8 ．H．．．．．．．y． ． ． ． ．d． ．． ． ．r． ． ． ． o 。 。m．．．．．．．．e．．．．． c ．．．．h。． at r o n i c s En g i ne e r in g i s c o ns t a n t ． F i g ． 6 s h o ws t he l e a k a g e o ri fi c e a n d t h e s p e e d l 0 5 0 l O ￡ 善 5 昼0 c u r v e o f t he d i a me t e r o f o f t h e p i s t o n r o d ． 2 4 6 8 1 o 1 2 1 4 t l s a Di s p l a c e me n t of C y l i n d e r 2 4 6 8 l 0 t ／ s b P r e s s u r e o f Ro d S i d e 1 ． 2 1 ． 1 1 ． O 0 ． 9 0 ． 8 0 ． 7 0 ． 6 0 ． 5 0 ．4 0．3 0 ．2 0 0 ．0 5 0 ． 1 0 0 ． 1 5 0 ．2 0 0 ．2 5 0 ．3 0 0 ．3 5 O ．4 O 0 ．4 5 0 ． 5 0 Di a me t e r o f 0r i fic e ／ mm F i g ． 7 T h e c u r e o f t h e d i a me t e r o f i n t e r n al l e a k a g e o ri f i c e a n d t h e p r e s s u r e ri s i n g t i me 5 Co nc l us i o ns t ／ s c P r e s s u r e o f Bo r e S i d e F i g ． 5 Co mp a r i s o n o f t h e e x t e r n a l l e a k a g e Di a me t e r o f Or i fic e ／ mm F i g ． 6 The c u r v e o f t h e d i am e t e r o f l e a k a g e o rific e a n d t h e s p e e d o f t h e p i s t o n r o d Ai mi n g a t o b t a i n i n g t h e f a ul t c rit e rio n o f c o n s t r u c t i o n ma c h i n e r y h y d r a ul i c c y l i n d e r i n t e r n a l a n d e x t e r n a l l e a k a g e，a n e x pe rime n t a l r e s e a r c h me t h o d i s d e s i g n e d b y mo n i t o rin g p r e s s u r e a n d d i s p l a c e me n t s i g n a l o f c o n s t r uc t i o n ma c h i n e r y h y d r a u l i c c y l i nd e r ． No t o n l y t h e s y s t e m pr e s s u r e，flo w，a n d l o a d c a n b e r e g u l a t e d ，b u t a l s o t h e s i z e o f o ri fi c e c a n b e s e l e c t e d i n t h i s e x p e rime nt a l s y s t e m ，s o t h e l e a k a g e o f t h e h y ． d r a u l i c c y l i n de r c a n b e s i mu l a t e d u nd e r d i f f e r e n t c o n - d i t i o n s ． 2 T h e e x p e ri me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e d i a m ． e t e r o f t h e l e a k a g e o rific e ha s o b v i o us i n flu e n c e o n t h e s p e e d o f t h e p i s t o n r o d a n d t h e p r e s s u r e o f t h e t wo c h a mb e r s ． F o r i n t e r na l l e a k a g e a n d e x t e rn a l l e a k a g e ，t h e g r e a t e r t h e d i a me t e r o f t h e l e a k a g e o r i ． ri c e，t h e l o we r the s p e e d o f t h e p i s t o n r o d ．An d f o r i n t e rn a l l e a k a g e，t h e gre a t e r t h e d i a me t e r o f t he l e a k a g e o rif i c e，t h e s l o we r d y n a mi c p r o c e s s o f t h e p r e s s u r e i n t h e t wo c h a mb e r s，wh i c h c a n p r o v i d e e ff e c t i v e b a s i s for f a u l t di a g n o s i s o f c o n s t r uc t i o n ma c h i n e ry h y Th r o u g h t h e a n a l y s i s o f t h e p r e s s u r e s i g n a l for d r a u l i c c y l i n de r i n t e r n al a n d e x t e r na l l e a k a g e b o t h i n t e rn a l a n d e x t e r n a l l e a k a g e， t h e c o n c l u s i o n c a n b e d r a wn a s f o l l o wswh e n t h e h y d r a ul i c c y l i n d e r c ha n g e s i t s mo v i n g d i r e c t i o n，t h e p r e s s u r e v a l u e o f t he t wo c h a mb e r s wi l l a p pe a r a b r u pt c h a n g e ． F o r i n ． t e r n a l l e a ka g e，t he g r e a t e r t h e d i a me t e r o f t h e l e a k ． a g e o rific e，t he s l o we r d y na mi c p r o c e s s，a n d the c o n ． g e r r e q ui r e d t i me t o r e a c h s t e a d y s t a t e ． Fo r e x t e rn a l l e a k a g e，t h e d i a me t e r o f t h e l e a k a g e o rific e ha s l i t t l e e f f e c t o n the d y n a mi c p r o c e s s of p r e s s u r e ． F i g ． 7 s h o ws t h e c u r e o f t h e di a me t e r o f i n t e r n a l l e a k a g e o r i f i c e a n d t h e p r e s s u r e ris i n g t i me ． Re f e r e nc e s E d i t o ria l C o mmi t t e e o f C h i n a Ma c h i n e r y I n d u s t ry Ye a r b o o k ．2 0 0 9 C h i n a M a c h i n e r y I n d u s t r y Y e arb o o k [ M] ． B e ij i n g Ma c h i n e ry I n d u s t ry P r e s s ， 2 0 0 9 1 1 1 2 ． Z HAO J i n g y i ．YA O C h e n g y u ．Hy d r a u l i c S y s t e m Re l i a b i l i t y E n g i n e
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