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液压式测力机的基本原理

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  • 发布时间:2015-01-10
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科技 富3.2激光焊接过程控制激光焊接过程控制的主要内容就是对焊接工艺参数的控制。在激光焊接时,光束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的工艺参数之-。在-定激光功率和焊接速度下 ,只有焦点处于最佳焦点位置范围时,才可获得最大熔深和良好的焊缝成形。偏离这个范围,熔深则下降,甚至破坏稳定的深熔焊过程,变为模式不稳定焊接或热导焊。但实际激光焊接时 ,存在多种因素影响焦点位置的稳定性,包括因非平面工件和焊接变形引起的焊接喷嘴-工件距离变化,激光器窗 口、聚焦镜等元件热透镜效应引起焦点位置的变化 ,以及光束在飞行光路中不同位置引起焦点位置的变化等。如何迅速确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围,-直是激光焊接迫切要求解决而又难度很大的课题。

激光焊接技术是-种高新技术,由于其独有的特点,特别适合在传感器密封焊中使用 ,目前国外许多生产传感器的厂家均利用激光焊接工艺生产传感器 ,而国内采用此工艺的厂家不多,主要是-些生产军用传感器产品的厂家和部分科研机构在采用此种工艺 ,且采用国外激光焊接机的较多。为提高国内传感器的整体水平以及发展民族激光产业,我国的传感器生产厂家应眷采用国产激光焊接机来生产加工传感器,以增加产品竞争力 ,开拓国际市常液压式测力栅硇基本原理新疆维吾尔自治区计量测试研究院 闰好奎 任建国大力值标准测力机可分为静重式 、液压式、杠杆式。静重式测力机没有力值放大系统,直接将传感器接在砝码上。需要的力值用相应重量的砝码体现。但是其在体积上有局限性 ,如果需要很大的力,所需砝码的体积大 、数量多,所以大力值静重式测力机往往过于庞大,维护费用昂贵。杠杆式测力机运用杠杆原理对力值进行放大,其精度较高,-般在 ±5 X 10-1×10~。但是受到杠杆长度的局限,其测试力值的上限将受到影响。液压式则是利用了帕斯卡原理。液压式测力机可以复现较大的力值 ,自身体积居中,所需空间不大,但是精度低于静重式测力机 。

帕斯卡定律指出,容器内的液体向各个方向施加相等的压力。更精确地说,在静止液体中,作用力是以声速在整个液体中传递的,此力垂直地作用于任何表面。根据液体静力学的这个压力传递原理 ,作用于封闭液体的外力,必然以相等的压力通过全部液体向限制液体的容器或管道的表面传递。因而作用于小面积的测力活塞上的标准砝码的重力w,通过液压传递后,必然会在大面积的工作活塞上产生大的标准力值F,用以施加到待检的测力计或测力传感器上。

图1液压式测力机工作原理图图 l是液压式测力机工作原理图。右边的测力油缸绕活塞旋转而产生动压,类似于-无密封的自由活塞式压力计,左边的工作油缸与活塞之间具有静压,也不存在任何机械密封。因此两套缸塞系统的活塞在加荷状态下,都能 自动地居中,使缸塞问只有液体的湿摩擦,而无机械的干摩擦。缸塞间隙中的泄漏 ,则由泵站提供的压力为P的高压油补给,从而使系统接近于液压平衡。由于工作活塞的面积可以比测力活塞大数百甚至上千倍 ,这样它的放大能力就远远超过了杠杆原理的标准测力机,可用于复现和测量5~20MN的力值。在相同力值的情况下,它的造价低、占地少、测量范围的上下限之比大,准确度-般可以达到0.03~0.05%,因而适合于用作大力值的基(标)准器。实际上,液压式基(标)准测力机就是按帕斯卡定律和无密封原理工作的精密的液压杠杆。如图 1中,如果传递比很大,则画面右侧的小质量的砝码产生的力值也会被放大到很大,然后作用于被检测力计。当缸塞之间不存在机械摩擦 ,漏油量很小,可以认为处于液压静平衡时,工作活塞上产生的力值F可表述为:FFokmg(1- /pj (1)式中:Fr广- 初始负荷,撒于两活塞及其吊挂的重力 、两活塞底面的高度差(图 I中的H)、油液的密度以及两个活塞的有效面积;k--传递比,等于工作活塞与测力缸塞的有效面积比;P ,pf- 分别等于砝码材料和空气的密度;r- 所加标准砝码的质量 ;g- 重力加速度。

图2是测力活塞受力分析图。对测力活塞的受力进行分析后可知其运动方程为:图2测力活塞受力分析图M d Zh- FR (2)式中:M--活塞及其负荷的质量;h--活塞的位移;w--减去了空气浮力后活塞及其负荷的重力;Fr FPpA。,P为活塞底面的压力,An为活塞底面的几何面积;Fn-- FR2abel( ),:6为牛顿粘滞力,b为活塞半径, 为液体的动力粘度 ,Z为缸塞间隙的长度 ,V 为液体速度在圆柱坐标系z方向上的分量。经过对纳维尔-斯托克斯方程求解 ,获知间隙中的液体速度的分布后,式(2)可表述为:M d 2h~W pA 27 trl· (3)式中:A--A叮r[ab(a-b)2/3] (4)a--油缸内半径当测力活塞静止不动时 ,d2h/d。tO,dh/dtO,则式(3)变为pW/A。

因此,A自然地被称为缸塞的有效面积。从式(4)可知 ,有效面积大于真实的几何面积,从而使压力有所降低。究其表观原因,是由于间隙中液体的流动(这是消除机械干摩擦所必需的)使活塞受到了粘滞力的作用。若忽视二次微量(ab) ,则式(4)可简化为:A竹ab (5)当 自由 活塞 无补 油 而 自行 下 降时 ,所求 得 的有 效 面 积 为(&z十6z),式(5)比它小 竺。 有效面积概念的引入,相当于砝码和活塞作用于这个面积上的力全部传递给了液体,而无需考虑液体湿摩擦。当测力活塞运动时,活塞附近液体速度在 r方 向的方向导数T, l b发生变化 ,从而使粘滞力发生变化。活塞上升时,方向导数I的值大于静止时的值 ,相应产生的力值也就大于正确值 ,反之亦然。因此,粘滞力对测力的影响实际上表现为两个部分:-是有效面积,二是活塞运动所造成的力值波动或变动。

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