用于可视化观测的高速转阀及流动参数实时检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于可视化观测的高速转阀及流动参数实时检测装置。
【背景技术】
[0002]新型电液激振器提尚激振频率的关键在于增加尚速转阀阀芯沟槽数或提尚阀芯转速，均会导致阀口通流面积减小或瞬间流速增加，从而产生大量气穴，不仅会造成流量阻塞，同时，气泡溃灭引起的压力脉动还会对系统形成强非线性干扰，影响激振系统的频率输出精度与稳定性。另外，现有的激振特性计算都是对系统内流量、压力等特征参数进行线性化假设，由于流量方程严重的非线性，会导致激振波形及频率特性与传统的线性化数学模型求解出的结果有很大不同。另外，当激振阀切换频率增加，理论振动频率可以进一步提高，但是随着阀口处的气穴规模与程度的加重，一旦大量气穴阻塞流道引起流量饱和，振幅严重衰减，激振系统的振动频率将不能达到理论振动频率。因此，进行转阀内部气穴观测实验，同时实现流量、压力、振动等参数的同步测量，成为修正计算参数、改善流道结构并提高激振器性能的关键和瓶颈。
【发明内容】
[0003]本发明针对目前对高速转阀内部气穴观测实验，同时实现流量、压力、振动等参数测量不便的问题，提出了一种从流场内部高速可视化观测及流动参数实时测量为出发点，采用高速摄像及同步信号测量(采集)技术实现激振器结构改造，提升激振性能的用于可视化观测的高速转阀及流动参数实时检测装置。
[0004]本发明所述的用于可视化观测的高速转阀及流动参数实时检测装置，其特征在于:包括原型-平面观测阀、高速可视化观测与分析装置、流动参数实时测量与信号采集装置，所述的原型-平面观测阀的出油口、进油口分别与油路进出油口连通形成回路；所述的原型-平面观测阀包括阀体、阀芯、与阀芯转动配合的阀套，所述的阀体端部装有透明的观察窗；所述的阀体内壁设有与阀体内腔连通的第一油腔和第二油腔，并且所述的第一油腔与进油口连通、第二油腔与出油口连通；所述的阀芯末端与电机输出轴连接、所述的阀芯的前端侧壁周向设置多个阀芯槽口 ；所述的阀套侧壁间隔设置多个进出油孔，并且保证第一油腔和第二油腔相应位置均设有相应的进出油孔；
[0005]所述的高速可视化观测与分析装置包括高速摄像机、处理器，所述的高速摄像机的摄像头对准所述的原型-平面观测阀的观察窗，并且所述的高速摄像机的信号输出端与所述的处理器信号输入端连接、所述的处理器的信号输出端与所述的流动参数实时测量与信号采集装置数据输入端相连；
[0006]所述的流动参数实时测量与信号采集装置包括信号采集装置、流量测量装置，所述的信号采集装置的信号输入端与处理器相应的信号输出端相连、信号输出端与流量测量装置的信号输入端相连。
[0007]进一步，所述的观察窗轴向设有距离调节螺栓，并且所述的螺栓头端装有与阀体内腔匹配的观测板，并且所述的观测板侧壁周向设有与阀芯槽口一致的开槽。
[0008]进一步，所述的信号采集装置包括用于探测阀体内流体压力波动的压力/脉冲传感器、用于探测阀体内流体噪声的频谱仪，所述的流量测定装置包括图像记录/分析仪、噪声信号记录仪、压力/脉冲信号记录仪，所述的图像分析仪信号输入端与处理器的信号输出端相连；所述的频谱仪信号输出端与所述的噪声信号记录仪信号输入端连接、频谱仪的感应探头、所述的压力/脉冲传感器分别置于原型-平面观测阀侧面。
[0009]进一步，所述的高速可视化观测与分析装置还配有由聚光镜、无频闪光灯、调节电源构成的补光光路，所述的无频闪光灯与所述的调节电源电连、无频闪光灯发出的光线沿摄像方向照射，并且光线穿过聚光镜射在覆盖在高速摄像机的摄像头拍摄视野内的原型-平面观测阀表面。
[0010]进一步，所述的高速摄像机的摄镜头与阀体外壁垂直。
[0011]进一步，油路中的油箱与阀体进油口之间的管路上依次分布柱塞泵、滤波器，其中油箱的出油口与柱塞泵的进油口连通，柱塞泵的出油口与滤波器的进油口连通，滤波器的出油口与阀体进油口连通。
[0012]或者，油路中的油箱与阀体进油口之间的管路上依次分布比例变量泵、滤波器和流量计，油箱进油口与阀体出油口之间的管路上依次设有背压阀和精密压力表，并且油箱出油口与比例变量泵之间、滤波器与流量计之间、油箱进油口与阀体出油口之间分布设有过滤器，所述的比例变量泵与滤波器之间通过高压软管连通。
[0013]进一步，油箱上配置温度传感器。
[0014]进一步，油箱和滤波器出油口之间的管路上配有比例溢流阀。
[0015]进一步，所述的观测窗通过紧固螺栓固定在与阀芯前端同侧的阀体端部。
[0016]进一步，所述的阀体横截面为正方形，并且阀芯槽口位于阀体中心位置；阀芯槽口数与阀套窗口数分别为2、4、6、8个，阀体、阀套均使用透明有机玻璃，阀体上开透明观察窗和光源入射窗口，以观测内部流场及气穴状态。
[0017]进一步，所述的高倍聚光镜汇聚功率lkW，无频卤光灯的色温5，500K以上。
[0018]工作过程:实验时高速转阀观测模型接到蓄能器上。考虑到液压油内的杂质会形成核子，导致气穴现象发生的不稳定性，系统采用高低精度过滤器循环过滤的方法，最高过滤精度为20 μπι。模型阀进出口尽量靠近阀腔的位置设有压力和脉冲传感器用于测量阀口前后的流体压力波动。高压软管及滤波器可以对油液流动时的脉动进行衰减，实验台操作部分主要采用高速观测方法获取转阀内部气穴形态信息。实验用高速摄像机采用同步观测法，改变高速转阀阀芯转速，调整高速摄像机拍摄频率，使之与阀芯转动频率相同或成整数倍，以便获得清晰稳定的图像。同时，通过高精度流量计实时获得系统流量的变化信息，实现流场可视化与流动数据的同步采集。
[0019]为了对阀口内部的流动现象进行正面观测，摄像机镜头要与阀体轴线平行并保持与外壁面垂直，拍摄过程中调节镜头光圈和曝光时间使图像获得最好的清晰度和亮度值。由于阀口流体的运动速度极快，并且槽口尺寸很小，需要进行微距拍摄，两方面都给拍摄工作带来了很大的难度，一方面高速运动的流体很容易产生模糊尾迹等现象，另一方面在微距模式下由于拍摄范围有限，调焦范围和对焦点受到限制，很难对全部空间范围内的流动现象进行捕捉。并且在较大倍率微距拍摄的情况下，镜头的有效光圈急剧缩小，相应的快门速度也急剧下降，这时候对光源的要求就非常高。因此，增加光强非常重要，需要进行高倍补光+光源汇聚技术。在微距拍摄模式下，摄像镜头与转阀槽口距离要足够近，但由于阀芯不透明，需要采用顺光(或侧面补光)的方式进行照明，镜头和阀体之间要留出适当的空间使光线通过。另外，由于转阀的阀芯转动，为了观测空化现象发生时气穴的出现位置，在不改变镜头对焦点和拍摄模式下，需要不断调整光源位置。
[0020]流场信号采集系统主要采用两种方式对阀体内部流场进行探测，首先用压力/脉冲传感器及测量装置测量槽口及阀腔内部压力分布与脉动状况，其次采用高速可视化观测和噪声频谱分析相结合的方法获取阀体内部气穴形态信息，同时记录噪声信息，以及形态变化与噪声特性的相关关系，并对系统流量的变化情况进行记录，进而对气穴形态、噪声声级以及流量特性的相关关系进行分析。
[0021]本发明具有的有益效果是:在微距范围内对转阀内部，特别是槽口狭小范围内气穴流动现象进行高速/放大拍摄，同时进行流量、振动及噪声等参数信息数据实时采集，直观判断阀口气穴现象与流量饱和、谐振以及噪声频谱之间的相关关系，进而探索有效抑制气穴的阀体结构，达到抑制气穴、降低振动并提高激振性能的目的。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的原型-平面观测阀的结构图之一(箭头代表电机旋转方向)。
[0023]图2是本发明的图1的A-A剖视图。
[0024]图3是本发明的原型-平面观测阀的结构图之二(箭头代表电机旋转方向)。
[0025]图4是本发明的图3的B-B剖视图。
[0026]图5是本发明的高速可视化观测与分析装置结构框图。
[0027]图6是本发明的高速可视化观测与分析系统装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图进一步说明本发明
[0029]参照附图:
[0030]实施例1本发明所述的用于可视化观测的高速转阀及流动参数实时检测装置，包括原型-平面观测阀1、高速可视化观测与分析装置2、流动参数实时测量与信号采集装置3，所述的原型-平面观测阀I的出油口 11、进油口 12分别与油路4进出油口连通形成回路；所述的原型-平面观测阀I包括阀体13、阀芯14、与阀芯转动配合的阀套15，所述的阀体13端部装有透明的观察窗131 ;所述的阀体13内壁设有与阀体13内腔连通的第一油腔132和第二油腔133，并且所述的第一油腔132与进油口 12连通、第二油腔133与出油口 11连通；所述的阀芯14末端与电机16输出轴连接、所述的阀芯14的前端侧壁周向设置多个阀芯槽口 141 ;所述的阀套15侧壁间隔设置多个进出油孔151，并且保证第一油腔132和第二油腔133相应位置均设有相应的进出油孔151 ；
[0031]所述的高速可视化观测与分析装置2包括高速摄像机21、处理器22，所述的高速摄像机21的摄像头对准所述的原型-平面观测阀I的观察窗131，并且所述的高速摄像机21的信号输出端与所述的处理器22信号输入端连接、所述的处理器22的信号输出端与所述的流动参数实时测量与信号采集装置3数据输入端相连；
[0032]所述的流动参数实时测量与信号采集装置3包括信号采集装置31、流量测量装置32，所述的信号采集装置31的信号输入端与处理器22相应的信号输出端相连、信号输出端与流量测量装置32的信号输入端相连。
[0033]进一步，所述的观察窗131轴向设有距离调节螺栓134，并且所述的螺栓134头端装有与阀体13内腔匹配的观测板135，并且所述的观测板135侧壁周向设有与阀芯槽口141 一致的开槽。
[0034]进一步，所述的信号采集装置31包括用于探测阀体内流体压力波动的压力/脉冲传感器311、用于探测阀体内流体噪声的频谱仪312，所述的流量测定装置32包括图像记录/分析仪321、噪声信号记录仪322、压力/脉冲信号记录仪323，所述的图像分析仪321信号输入端与处理器22的信号输出端相连；所述的频谱仪312信号输出端与所述的噪声信号记录仪322信号输入端连接、频谱仪312的感应探头、所述的压力/脉冲传感器311分别置于原型-平面观测阀I侧面。
[0035]进一步，所述的高速可视化观测与分析