油液体积弹性模量检测装置的结构设计及有限元分析

1、油液体积弹性模量检测装置的结构设计及有限元分析        在液压系统中，油液的体积弹性模量是一个非常重要的物理量，对它的取值精确与否，将直接影响着对系统分析的精度、研究结果的正确性。油液的有效体积弹性模量可分为油液的体积弹性模量与管道和附件的弹性模量两大部分，以前者占主导地位，因此，对油液压缩性的研究是液压技术领域中一个重要的课题。油液体积弹性模量的影响因素有油液的含气量、温度、压力及分子结构等。在实际应用中，往往根据纯油的弹性模量、管道变形、混气情况等，粗略地估计油液的体积弹性模量值(一般为700MPa) 。实验表明，估计值与实

2、测值往往有较大的出人。但是在目前的油液弹性模量测量中，可靠、实用的测量设备还仅仅局限于学术上的讨论，缺乏这类设备成了开展相关实际工作时的一大难点。本文主要讨论一种基于体积弹性模量定义的油液弹性模量检测装置的原理及结构设计。 1 弹性模量检测装置的设计    根据油液弹性模量的定义:式中: e为油液的弹性模量;V 为初始状态的油液体积;V 为油液体积的改变量;p为V与对应的油液压力的改变量。    本装置设计就是依托上述原理，利用被压系统的部分油液作为研究对象，对测试腔内一定体积的油液施加压力，改变压力的大小，得到相应的油液体积的变化量

3、，根据上述直接测得的参数，按油液弹性模量的定义求得油液的弹性模量值，用二次系统直接显示或输出弹性模量信号。    整个检测装置结构如图1 所示:主要包括位移传感器l 、三位四通换向阀2 、加载油缸3 、单向阀4 、压力传感器5 、二位二通截止式换向阀6 和测试腔7 。    检测装置可分为上下两部分，上部为加载油缸，按普通油6缸设计，接三位四通换向阀，活塞上内置位移传感器;下部为测试腔，特别设计壁厚为30mm ，接截止换向阀，压力传感器。加载油缸与测试腔用单向阀连接，使油液不能回流。加载油缸的活塞杆伸入到测试腔中，并能够在测试腔内移动

4、，通过如载缸腿加压力，实现对油液的压缩。    整个检测过程如下:        (1)更换测试腔被测油液。截止式电磁换向阀6失电，导通。电磁换向阀2 的电磁铁失电，下位通，便加载缸无杆腔接通油箱，压力油进人加载缸有杆腔。当活塞杆运动到最高位置时，加载缸有杆腔压力升高，压力油顶开单向阀进人测试腔，再由截止式电磁换向阅6 回油箱。        (2) 预压缩阶段。截止式电磁换向阀6 得电，截止。电磁换向阅2 的电磁铁得电，上位通，使加载缸有杆腔接

5、通压力油箱，压力油进入加载缸无杆腔，由于活塞面积大于活塞杆的面积，压力油推动活塞杆向下运动，活塞杆进入测试腔的体积增加，测试腔中的油液被压缩。当活塞杆停止运动时，记录位移传器1 的读数XI， 压力传感器5 的读数P1。        (3) 压缩测试阶段。调节提高系统压力。由回路压力增大，压力油推动活塞杆继续向下运动，试腔中的油液进一步被压缩。当活塞杆停止运动时，记录位移传感器l 的读数几，压力传感器5 的读P2 0 由计算机进行数据处理并根据定义公式计算油弹性模量值。       (

6、4) 结束压缩。调节降低系统压力。由于回路压力减小，活塞杆向上运动。当活塞杆停止运动时，电磁换向阀2 的电磁铁失电，下位通，使加载缸无杆过腔接通压力油箱，压力油进入加载缸有杆腔。当活塞杆运动到最高位置时，截止式电磁换向阀6 失电导通，压力油顶开单向阀进入测试腔，再由截止式电磁换向阀6 回油箱。    此时又回到了更换测试腔被测油液时的状态，根据需要可重复上述步骤，多次测量油液的弹性模值。此时又回到了更换测试腔被测油液时的状态，根该设计有以下几个优点: (1)将加载油缸与测试腔设计为一体。本设计充分考虑了加工工艺，整体加工更能保证活塞杆的对中性，且能使液压油避免外界污染。(2) 测试腔壁厚设计为30mm ，远远大于常规油缸壁厚，因此可以忽略管壁变形对油液弹性模量测量的影响。(3) 测试腔压力的大小直接由压力感器测量，避免了换算的误差，因此加压过程中活塞和活塞杆的摩擦力可以不用考虑。(4) 单向阀的进油口与加载缸的有杆腔连通，单向阔的出油自与测试腔连通。加压前，液压系统中的油液可以通过单向阀和截