基于多路阀的正负压测漏系统的设计与研究.pdf

2 0 1 3 年 3月 第4 1 卷 第 5期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I C S Ma r ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 41 No ． 5 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 5 ． 0 1 6 基于多路阀的正负压测漏系统的设计与研究 钟 丽琼 ，王璨 ，胡浩 1 ．贵阳学院机 电系，贵州贵阳 5 5 0 0 0 3 ； 2 ．贵阳学院数控技术工程应用实验室，贵州贵阳 5 5 0 0 0 3 ； 3 ．贵州大学机械工程学院，贵州贵阳5 5 0 0 0 3 摘要对应用多路阀的正负压测漏系统进行了设计与研究 ，在研究现有差压测漏仪的基础上，设计了正负压测漏系统 的气动回路， 并分析回路的工作原理 ， 再利用 A M E S i m仿真软件建立系统的仿真模型，对其进行仿真实验， 得出了多路阀 开口度对正负压测漏系统工作特性的影响。实验结果表明，具有合理多路阀结构的正负压测漏系统能够满足现有的检测要 求。 关键词多路阀；正负压 ；测漏系统；仿真 中图分类号T H 8 1 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 5 0 5 9 3 De s i g n a n d Re s e a r c h o n Po s i t i v e a n d Ne g a t i v e Pr e s s ur e Le a k De t e c t i o n S y s t e m Ba s e d o n M u l t i wa y Va l v e Z HONG L i q i o n g ． W ANG Ca n ． HU Ha o 1 ． Me c h a n i c a l a n d E l e c t ri c a l D e p a r t m e n t ，G u i y a n g C o l l e g e ，G u i y a n g G u i z h o u 5 5 0 0 0 3 ，C h i n a ； 2 ．Nume r i c a l Co n t r o l Te c h n o l o g y En g i n e e r i n g Ap p l i c a t i o n L a b o r a t o r y， Gu i y a n g Co l l e g e， Gui y a n g Gui z h o u 5 50 0 0 3， Chi na； 3 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ，G u i z h o u U n i v e r s i t y ，G u i y a n g G u i z h o u 5 5 0 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t A n e w p o s i t i v e a n d n e g a t i v e p r e s s u r e l e a k d e t e c t i o n s y s t e m wh i c h b a s e d o n a p p l i c a t i o n o f mu h i wa y v a l v e w a s d e s i g n e d and r e s e a r c h e d ． B a s e d o n r e s e a r c h i n g t h e p r e s e n t d i ff e r e n t i a l p r e s s u r e l e a k d e t e c t o r ，t h e p n e u ma t i c s y s t e m wh i c h a p p l i e d i n c a s e o f p o s i t i v e a n d n e g a t i v e p r e s s u r e c o mp r e h e n s i v e t e s t i n g wa s d e s i g n e d ， a n d t h e wo r k i n g p rin c i p l e o f t h e c i r c u i t w a s a n a l y z e d ． Ne x t ，b y u s i n g t h e AME S i m t o f 0 u n d t h e s i mu l a t i o n mo d e l o f t h i s s y s t e m ． i t wa s s i mu l a t e d e x p e rime n t a l l y ． I t wa s f 0 u n d t h a t t h e mu l t i wa y v a l v e o p e n i n g d e g r e e i mp a c t t h e o p e r a t i n g c h ara c t e ris t i c s o f p o s i t i v e a n d n e g a t i v e p r e s s u r e l e a k d e t e c t i o n s y s t e m． T h e e x p e ri me n t s r e s u l t s s h o w t h a t t h i s s y s t e m wh i c h b a s e d o n r e a s o n a b l e mu h i w a y v a l v e c a n me e t t h e t e s t i n g r e q u i r e me n t s a t p r e s e n t ． Ke y wo r d s Mu l t i wa y v a l v e ；P o s i t i v e a n d n e g a t i v e p r e s s u r e ； L e a k d e t e c t i o n s y s t e m ； S i mu l a t i o n 现今，泄漏检测技术已经大量应用于液压、气动 元件及汽车、机械、医疗、和化工等领域 ，此外在航 天、燃气设备用具、住宅设备、管道检测等领域也得 到广泛应用H 。因此，泄漏检测水平的高低直接影 响生产效率、操作人员的劳动强度及产品的质量 ，选 择合适的泄漏检测方法，实现快速、准确的泄漏检测 具有重大的现实意义与实用价值。 气压测漏仪作为一种重要的密封件检测仪器，已 经广泛应用于工业生产 中，并有许多学者对其进行了 研究 一 。而差压测漏仪又是一种工业生产 中应用得 最多的气压检漏仪，目前差压检测仪只有正压检测仪 和负压检测仪两种单功能检测仪，对于既需要正压检 测又需要负压检测的生产厂商来说 ，虽然可以通过同 时购买两个单功能的检测仪来满足工件的检测要求， 但会使检测成本增加。针对 目前单功能测漏仪使检测 成本提高的问题 ，作者提出了将正负压检测集合于一 体的思想 ，设计了一种正负压综合测漏系统，并建立 了能实现这种正负压泄漏检测系统的多路阀模型，从 而使整套系统的体积合理化，便于携带，降低检测成 本 。利用仿真技术对此基于多路阀的正负压测漏系统 进行仿真分析，得出其工作特性。 1 综合系统的设计 首先设计出一种能实现正负压综合检测的测漏系 统，此系统引入了一种多路阀结构 ，通过多路阀的运 用 ，使系统实现正压检测与负压检测的交替进行，同 时使回路得到了简化，从而使整套系统的体积合理 ， 便于携带。 如图1 所示 ，即为引入多路阀结构的正负压综合 测漏系统。系统主要由气源、过滤器、减压阀、差压 传感器、真空发生器、消声器以及多路阀组等气动元 收稿 日期 2 0 1 2 0 21 8 基金项目贵州省科学技术基金项目 【 2 0 1 0 】2 2 8 0 ；贵州大学自然科学青年科研基金项目 2 0 0 9 0 4 1 作者简介钟丽琼 1 9 8 l 一 ，女，硕士研究生，讲师，主要从事机械制造方面的研究。Em a i l z h e n y u a n 0 4 1 6 3 ． c o m。 6 0 机床与液压 第4 1 卷 件组成，其主控阀即为多路阀组。 4 ’ l Y 被测件 、 一 一 标 准件 4 Y 1 一气源卜 过滤器3 一减压阀 ＼ 4 、8 一换向阀5 一差压传感器 6 _ _ 真空发生器7 _消声器 图 1 气动系统回路总图 该系统首先通过多路阀 4来控制其正压检测过 程 ，然后通过多路阀8 来控制其负压检测过程。而当 系统不工作时，多路阀4 、8 会 同时处于中位，此时 气源供给的压力气体就会直接排人大气 ，这种设计的 优点在于，系统不工作时，能防止由于系统内压力增 大而对系统元器件造成损害。 2回路 工作原 理 系统对被测件进行检测时分为两个步骤来实现， 第一个步骤是正压检测，对被测件充人大量的压缩空 气 ，利用容器内的压力大于外部压力 ，使其产生从 内 向外的泄漏量，从而判断出被测件的泄漏情况。在此 过程中，多路换向阀4 、8的电磁铁通电与断电情况 如表 1 所示 表中 “ ”号表示通电励磁 ，“． ”号 表示 断电 。 表 1 正压检 测 从表 1 可看出，正压检测共有 4 个阶，第一阶段 为充气，多路换向阀4的左位工作，压缩空气经过换 向阀阀4进入到被测件和标准件中，此时由于左位单 向阀的作用 ，压缩空气不能到达换向阀 8 ；第二阶段 为平衡 ，此时停止充气，多路换向阀4处于中位 ，由 于中位单向阀的作用，压缩空气经过多路换向阀4与 8的中位直接排人大气。由于各换向阀关闭后 ，可能 存在微小泄漏 ，换 向阀换向时产生的压力冲击与脉 动，充气过程会使检测容器内温度发生变化 ，压缩空 气由受压状态进入一个密闭容器后 ，将引起一系列的 热力学 一动力学变化，这些因素都会使压力出现波 动，所以需要进行一段时间的保压平衡 ；第三阶段 为检测，选择适当的差压传感器，由于被测件与标准 件之间的压力差会被差压传感器感知，从而通过其示 值的变化即可判断是否存在泄漏 ；第四阶段为排气， 多路换向阀4的右位工作 ，排出被测件内的压缩气 体。 第二个步骤是负压检测 ，被测件 内的空气被真 空发生器吸出，使被测件内产生一定的真空度 ，利 用容器外的压力大于内部压力，使其产生从外向内 的泄漏量 ，从而判断出被测件的泄漏情况。在此过 程中，多路换向阀 4 、8的电磁铁通电与断电情况 如表 2所示 。 表 2 负压检测 从表2可看出，负压检测共有4个阶段，第一阶 段是吸气 ，多路换向阀4处于中位，多路换向阀8的 左位工作 ，压缩空气经过换向阀阀4与8进入到真空 发生器中，真空发生器的工作原理是当供气口的供气 压力高于一定值后 ，喷管射出超声速射流 ，由于气体 的黏性，高速射流卷吸走负压腔内的气体 ，使该腔形 成很低的真空度 ，这样就 能使被测件与标准件内的 部分空气被吸出，形成一定的真空度 ；第二阶段为平 衡，此时停止吸气，多路换 向阀4 、8处于中位 ，此 时压缩空气直接排人大气；第三阶段为检测，同样是 通过差压传感器的示值变化来判断是否存在泄漏；第 四阶段为回复，多路换向阀4仍然处于中位 ，多路换 向阀8的右位工作，使得外部空气进入到被测件与标 准件中。 3 系统仿真实验及分析 为了得到多路换向阀对正负压澳 4 漏系统工作特性 的影响，应用 A ME S i m仿真软件建立出系统的仿真模 型并进行仿真实验，最后对实验结果进行分析。对系 统正压检测 状态 进行 实验 ，实 验 中压缩 空气 压力 为 0 ． 6 M P a ，减压 阀调定 后 的压力 为 0 ． 4 M P a ，当多路 阀的 开 口面 积 为 1 0 m m ，3 0 m m ，5 0 m m ，1 0 0 ／ ri m ，1 5 0 m m ，2 0 0 m m 时 ，分别 对 被测 件 容积 为 1 L ，2 L 进行检测，其压力的动态变化特征如表 3 、4和图 2、3所示。 表3 被测件容积为 l L时的实验结果 第 5期 钟丽琼 等基于多路阀的正负压测漏系统的设计与研究 6 1 表 4 被测件容积为 2 L时的实验结果 图2 加压时间比较图 图 3 压力增速比较图 表 3 、表4即为多路 阀的开 口面积发生变化时， 不同容积的被测件内压力的动态变化特性。从表中可 看出，多路阀的开口面积越小 ，被测件的加压时间就 越大 ，容器内的压力变化就越缓慢。这是因为开口较 小时，阀口对气体形成了一定的节流作用，从而使出 口气体流量减小。而当阀口开口较大时，加压所需要 的时间就很短暂 ，此时阀口对气体不会产生阻碍，从 而节约了检测时间。但阀口开度较大时，气体流量过 大，会对容器内的压力平衡造成负面影响，使其平衡 时间增加。所以，在设计阀口开度时，可依据上述仿 真实验，得到一个较佳的值域，即多路阀开 口面积可 在5 0～ 1 0 0 m m 之 间。 图 2 、图3为多路阀的开 口面积不同时，被测件 容积为 1 L 、2 L的加压时间和压力增速动态变化的 对比图。从图中不难看出，开 口面积较小时加压时间 随容积的增大而急剧增加 ，而开口面积较大时加压时 间受容积变化的影响不大，甚至可以达到相同的加压 时间。容器内的压力增速，随着容积的增大而减小。 4结论 在现有单功能差压气体泄漏检测仪的基础上，设 计了一种基于多路阀结构的正负压综合测漏系统，对 此系统的工作原理进行了阐述。应用 A M E S i m仿真软 件建立了系统的仿真模型，并进行仿真实验，最后对 实验结果进行分析。根据实验结果得出在检测容积 不太大的密封件时，可依据上述仿真实验 ，得出开 口 面积对检测时的加压时间与平衡时间均有影响 即 开口面积越大，加压时间就越短 ，平衡时间就会越 长 ，且能分析出一个较佳的开 口度值域 ，即多路阀 开口面积可在5 0 1 0 0 m m 之间。实验得出的结果对 设计多路阀阀口开度具有参考价值。 参考文献 【 1 】唐月生， 伍先达， 李锋， 等． 一种高精度微量气体泄漏检 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u l t i ． r e s p o n s e Q u a l i t y E n g i n e e ri n g [ J ] ． I I E T r a n s a c t i o n s ， 1 9 9 3 ， 2 5 3 51 5 【 6 】P E N G H P ， J I A N G X Q ， X U Z G ， e t a 1 ． O p t i m a l T o l e r a n c e De s i g n f o r P r o d u c t s w i t h C o e l me d C h a r a c t e ris t i c s b y C o n - s i d e r i n g t h e P r e s e n t w0 r t h o f Q u al i t y L o s s [ J ] ． T h e I n t e r n a t i o n al J o u r n a l o f Ad v a n c e d Ma n u f a c t u ri n g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 8， 3 9 1 ／ 2 18 ． 【 7 】C H A N W M， I B R A H I M R N ， L O C H E R T P B ． E v al u a t i n g t h e P r o d u c t Q u a l i t y L e v e l u n d e r M u h i p l e L - t y p e Q u al i t y C h a r a c t e ri s t i c s [ J ] ． I n t e rna t i o n al J o u r n a l o f A d v a n c e d Ma n - u f a c t u r i n g T e c h n o l o gy， 2 0 0 5 ， 2 7 1 9 0 9 5 ． 【 8 】 J E A N G A ． T o l e r a n c e D e s i g n C h o o s e O p t i m al S p e c i f i c a t i o n s i n t h e D e s i g n o f Ma c h i n e d P a rt s [ J ] ． Q u a l i t y a n d R e l i a b i l i t y I n t e rna t i o n al， 1 9 9 4， 1 0 1 2 73 5 ． 【 9 】J E A N G A ． E c o n o m i c T o l e r a n c e D e s i g n fo r Q u al i [ J ] ． Q u a l i t y a n d R e l i a b i l i t y E n g i n e e ri n g I n t e rna t i o n al， 1 9 9 5 ， 1 1 2 1 1 31 2 1 ． 【 1 0 】 S I N G H P K ， J A I N P K ， J A I N S C ． I m p o r t a n t I s s u e s i n T o 1 ． e r a n c e De s i gn of Me c h a n i c a l As s e mb l i e s ． P a r t 1 To l e r a n c e A n al y s i s [ J ] ． J o u r n a l o f E n g i n e e ri n g Manu f a c t u r e ， 2 0 0 9 ， 2 2 3 1 0 1 2 2 51 2 4 7 ． s - - ， 艄 罂