基于多路阀的正负压测漏系统的设计与研究

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Design and Research on Positive and Negative Pressure Leak DetectionSystem Based on M ultiway ValveZHONG Liqiong .WANG Can .HU Hao(1.Mechanical and Electrical Department，Guiyang Colege，Guiyang Guizhou 550003，China；2.Numerical Control Technology Engineering Application Laboratory，Guiyang College，Guiyang Guizhou 550003，China；3.Colege of Mechanical Engineering，Guizhou University，Guiyang Guizhou 550003，China)Abstract：A new positive and negative pressure leak detection system which based on application of muhiway valve was designedand researched. Based on researching the present：diferential pressure leak detector，the pneumatic system which applied in case ofpositive and negative pressure comprehensive testing was designed，and the working principle of the circuit was analyzed.Next，byusing the AMESim to f0und the simulation model of this system.it was simulated experimentally. It was f0und that the multiway valveopening degree impact the operating characteristics of positive and negative pressure leak detection system. The experiments resultsshow that this system which based on reasonable muhiway valve can meet the testing requirements at present。

Keywords：Multiway valve；Positive and negative pressure；Leak detection system；Simulation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-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 - 。而差压测漏仪又是-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-体的思想，设计了-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-种能实现正负压综合检测的测漏系统，此系统引入了-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：2012-02-18基金项目：贵州势学技术基金项目 (20102280)；贵州大学自然科学青年科研基金项目 (2009041)作者简介：钟丽琼 (198l-)，女，硕士研究生，讲师，主要从事机械制造方面的研究。E-mail：zhenyuan04###163.com。

· 60· 机床与液压 第41卷件组成，其主控阀即为多路阀组。

4lY被测件、 -- - - --- 标准件4Y1-气源 过滤器 3-减压阀 4、8-换向阀 5-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-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-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-个密闭容器后，将引起-系列的热力学-动力学变化，这些因素都会使压力出现波动，所以需要进行-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-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-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-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-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AMESim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 MPa，减压 阀调定后的压力为 0.4 MPa，当多路阀的开 口面 积为 10 mm ，30 mm ，50 mm ，100/rim ，150 mm ，200 mm 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 ·61·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-定的节流作用，从而使出口气体流量减校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-个较佳的值域，即多路阀开口面积可在50～100 mm 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校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-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AMESim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-个较佳的开口度值域，即多路阀开口面积可在50-100 mm 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。