光學式液壓缸測量方式以及試驗驗證

　　這篇光學技術論文發(fā)表了光學式液壓缸測量方式以及試驗驗證，提高液壓缸的直線度測量水平對提高其質(zhì)量和性能具有重要作用，那么該如何提高液壓缸的直線度測量水平呢?論文通過試驗的方法，使用不同直徑的缸筒進行測量，以下是論文的詳細探討。

　　關鍵詞：光學技術論文投稿,液壓缸筒,直線度

　　前言

　　缸筒深孔作為與活塞圓柱面直接接觸的關鍵形面，其直線度對液壓缸的正常工作具有重要影響，若其直線度偏差過大，則工作過程中活塞會嚴重偏磨，液壓缸抖動明顯[1]。所以，對于中長度液壓缸缸筒，生產(chǎn)過程中的直線度測量對提高液壓缸的使用性能，降低廢品率具有重要意義。對于液壓缸筒目前采用的感應片式應變片測量法及桿臂測量法等直線度測量方式，由于缸筒深孔空間的局限性，無法進行有效測量，且裝置制造成本過高，不能滿足實際生產(chǎn)現(xiàn)場的使用。因此，文中運用激光跟蹤儀的光學測量原理，設計深孔測量裝置，對長液壓缸缸筒的直線度進行測量，并將其測量結(jié)果與三坐標測量儀測量結(jié)果進行比較。

　　1測量方式與測量裝置

　　激光跟蹤儀的光學測量原理為：將缸筒內(nèi)孔軸線視為由n個等間距截面圓的圓心構(gòu)成的空間曲線，各個圓心點與圓上點固連，通過截面圓的任何一點均可表示圓心點相對變化率[2]。由此可知缸筒直線度測量過程為：(1)結(jié)合激光測量與無線傳輸技術，獲得圓上點坐標;(2)通過最小二乘法對圓上點進行計算分析，得出空間準軸線的方程表達式;(3)通過軸線得出圓柱面，該圓柱面囊括所有圓上點，圓柱面直徑即為缸筒直線度誤差[3]。

　　由此設計的液壓缸筒直線度測量系統(tǒng)如圖1、圖2所示。該系統(tǒng)由步進電機、運載機構(gòu)、支撐機構(gòu)、牽引機構(gòu)、光敏元件PSD、檢測單元、主機、被測缸筒及外部激光器組成[4]。系統(tǒng)中，運載機構(gòu)在步進電機的牽引下沿液壓缸缸筒移動;支撐機構(gòu)對缸筒起支撐作用;內(nèi)孔信息通過運載機構(gòu)傳遞與光敏元件PSD;通過對比外部激光與內(nèi)孔信息相對變化位置，可獲得缸筒內(nèi)孔直線度;通過藍牙將直線度信息傳遞與主機供測量人員讀取。運載機構(gòu)內(nèi)孔信息傳遞的準確性對整套裝置的測量精度具有重大影響，因此文中對運載機構(gòu)進行重點設計研究。

　　2運載機構(gòu)設計

　　綜合考慮缸筒直線度測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運載機構(gòu)對內(nèi)孔自適應性，運載機構(gòu)的設計如圖3所示。運載機構(gòu)在孔徑變化自適應過程中，3組圓周均勻分布的滾輪-彈簧機構(gòu)將內(nèi)孔信息傳輸與測量部分。運載機構(gòu)的空間姿態(tài)受作用力影響，其受力與空間姿態(tài)關系圖如圖4所示。定義姿態(tài)角ϕ0為滾輪軸心與運載機構(gòu)軸心連線方向和豎直方向所形成的夾角，當ϕ0=0時，運載機構(gòu)為常規(guī)移動姿態(tài)，測量準確;當ϕ0≠0時，運載機構(gòu)為非常規(guī)姿態(tài)，存在誤差，需對運載機構(gòu)空間姿態(tài)進行分析。

　　分析直線度測量方式可知，運載機構(gòu)測量結(jié)果不受沿孔軸線位姿的影響，而受沿孔軸線周向轉(zhuǎn)動影響較大，主要與以下因素有關[5]：(1)滾輪磨損;(2)制造及安裝誤差;(3)缸體加工誤差。因素(1)可通過改善滾輪材料進行避免;因素(2)可通過提高重要組成部件的制造和安裝精度避免;因素(3)可通過優(yōu)化運載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式避免[6]。

　　缸體深孔加工主要要求為直線度、平行度、直徑公差、圓度及粗糙度等[7]。其中，平行度反映軸線與側(cè)母線的平行程度，直徑公差主要對各個橫截圓面直徑形成影響，粗糙度為內(nèi)深孔表面光滑度的反映[8]，以上三個加工要求對缸體直線度影響均較小，所以文中主要從圓度誤差對運載機構(gòu)沿軸線周轉(zhuǎn)影響情況方面進行分析。當液壓缸體內(nèi)深孔截面為非圓面時，則如圖5所示，內(nèi)孔和運載機構(gòu)接觸點外接圓與內(nèi)孔表面不重合。圖5中，虛線為截面各個接觸點外接圓，實線為缸體內(nèi)深孔圓截面。設Fn1為接觸點A11的法向約束力，由于內(nèi)孔非圓形狀的影響，法相約束力與外接圓中心O有所偏離，F(xiàn)n1指向中心的徑向分量為Fe1，其為截面在A11處內(nèi)接觸點外接圓法向力，切向分量為Fr1。文中設運載機構(gòu)姿態(tài)角的增量為Δϕ，外接圓的半徑為R。

　　3試驗驗證

　　文中分別通過設計設備與三坐標測量儀對內(nèi)徑為230mm、長度為3000mm、直線度要求為0.15mm的10根缸體進行內(nèi)深孔測量，測量結(jié)果如圖6所示。經(jīng)測量，由圖6可知，光學式液壓缸直線度測量裝置的測量偏差小于0.005mm，誤差率小于10%，僅為3.3%。由此證明所設計裝置有效，且滿足實際生產(chǎn)需求。

　　4結(jié)論

　　文中運用激光跟蹤儀的光學測量原理，設計深孔測量裝置，并通過實驗對比對長液壓缸缸筒進行直線度測量。由此可得出以下結(jié)論：(1)對于運載機構(gòu)，可通過提高加工、安裝精度，滾輪選為球面，抑制運載機構(gòu)在測量過程中的周向轉(zhuǎn)動;(2)通過對長液壓缸體內(nèi)深孔直線度的對比實驗可知，設計裝置測量偏差小于0.005mm，誤差率小于10%，滿足實際生產(chǎn)所需。

　　參考文獻

　　[1]余廣,曾良才,毛陽,等.液壓缸活塞表面微條紋織構(gòu)摩擦性能數(shù)值分析[J].武漢科技大學學報,2015,38(6):436-439.

　　[2]黃風山,宋海生,卞偉,等.基于激光跟蹤儀的風電輪轂精度現(xiàn)場檢測方法[J].機床與液壓,2016,44(19):8-11.

　　[3]馮祝雷,李明,丁海東.激光跟蹤儀高精度測量運動物體位姿的研究[J].激光技術,2016,40(3):436-440.

　　[4]董登峰,周維虎,紀榮祎,等.激光跟蹤儀精密跟蹤系統(tǒng)的設計[J].光學精密工程,2016,24(2):309-318.

　　[5]王足生,李瑞生.對液壓缸活塞的改進設計[J].液壓氣動與密封,2015,35(9):12-13.

　　[6]丹慧芳.液壓支架缸體內(nèi)孔的加工工藝系統(tǒng)分析[J].機械工程師,2015,(7):162-163.

　　[7]杜洋,高志山.使用高精度三坐標測量儀實現(xiàn)透鏡定中心[J].光學精密工程,2015,23(3):639-644.

　　[8]曹玉環(huán).一種小直徑鋼質(zhì)液壓缸筒的加工方法[J].液壓與氣動,1998,(4):5.

　　作者：董宏偉 單位：山西大學 物理與電子信息學院

　　推薦閱讀：《杭州電子科技大學學報(社會科學版)》是由杭州電子科技大學主辦、浙江省教育廳主管的綜合性學術刊物。

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