多路閥型式試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與開發(fā)*

程三紅，徐云奎，許敏影，陳 寅，袁曉鵬

(1.浙江華昌液壓機(jī)械有限公司，浙江臨安311305;2.浙江省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310000)

0 引言

多路閥作為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的核心元件，對(duì)整機(jī)的控制性能、可靠性及使用壽命均有著重要的影響，如何對(duì)多路閥的各種性能及質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確而綜合地考核，對(duì)多路閥的研制、國(guó)產(chǎn)化技術(shù)水平的提高均有著重要的意義［1］。目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)多路閥試驗(yàn)系統(tǒng)主要用于出廠檢驗(yàn)，未涉及型式試驗(yàn)的所有項(xiàng)目，造成對(duì)多路閥相關(guān)特性研究深度不夠深入。

因此，本研究針對(duì)目前國(guó)內(nèi)對(duì)多路閥測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn):液壓多路換向閥技術(shù)條件(JB/T8729.1 -1998)［2］、液壓多路換向閥試驗(yàn)方法(JB/T8729.2 -1998)［3］，設(shè)計(jì)出以叉車用多路閥型式試驗(yàn)為主的綜合試驗(yàn)臺(tái)，為液壓行業(yè)提供液壓元件產(chǎn)品檢測(cè)服務(wù)。

1 測(cè)試平臺(tái)組成與試驗(yàn)內(nèi)容

缸、閥、泵試驗(yàn)臺(tái)總體布置圖如圖1所示，該測(cè)試平臺(tái)在結(jié)構(gòu)上分為油源、系統(tǒng)、臺(tái)架以及計(jì)算機(jī)控制4 部分。

圖1 缸、閥、泵試驗(yàn)臺(tái)總體布置圖

該試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試對(duì)象除多路換向閥外，兼顧其他手動(dòng)換向閥、電磁換向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥等;試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括:滑閥機(jī)能、壓力損失、內(nèi)泄漏、工作范圍、動(dòng)態(tài)性能、啟閉特性、壓力穩(wěn)定性、流量穩(wěn)定性等［4-6］。與國(guó)家測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)的測(cè)試回路相比較，該企業(yè)試驗(yàn)臺(tái)增設(shè)了耐久性試驗(yàn)、微動(dòng)特性檢測(cè)、單穩(wěn)閥穩(wěn)態(tài)性能檢測(cè)等測(cè)試機(jī)構(gòu)，為該行業(yè)檢測(cè)提供更為全面的新產(chǎn)品型式試驗(yàn)方法。同時(shí)，針對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)泄漏測(cè)量采用量杯人為讀數(shù)法易造成較大誤差的現(xiàn)象，本研究提出了采用稱重法測(cè)量較小泄漏量的全新設(shè)計(jì)方法，使測(cè)試結(jié)果更接近測(cè)試元件的真實(shí)值。

2 型式試驗(yàn)回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

油源部分分為主泵、輔泵與控制油源泵，其中，主泵中增設(shè)小排量高壓泵，主要用于多路閥檢測(cè)中的自鎖閥芯內(nèi)泄漏、單向閥泄漏以及瞬態(tài)試驗(yàn)等;做高溫試驗(yàn)時(shí)為方便調(diào)整油箱內(nèi)油液深淺，以及換油清洗工作，泵站增設(shè)兩個(gè)油箱將吸油與回油分開。臺(tái)架由液壓閥、液壓油缸、液壓泵以及液壓馬達(dá)4 類組成，其中，本研究主要對(duì)液壓閥試驗(yàn)臺(tái)架部分進(jìn)行介紹。

該測(cè)試系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)為:主系統(tǒng)最高工作壓力35 MPa，最大設(shè)計(jì)流量250 L/min，耐壓試驗(yàn)壓力最高為25 MPa。液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。多路閥型式試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)回路由主測(cè)試系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)兩部分組成。圖2 中間部分為多路閥主測(cè)試系統(tǒng)，包括加載單元、壓力、流量檢測(cè)單元;右部分為輔助測(cè)試系統(tǒng)，其中一部分為先導(dǎo)式多路閥等元件提供先導(dǎo)控制油，以及在瞬態(tài)試驗(yàn)中提供階躍控制信號(hào);另一部分為耐久試驗(yàn)提供控制壓力，高溫試驗(yàn)中提供高溫油液，以及保證小油箱內(nèi)液位高度不超過設(shè)定的上限，以此來保證整個(gè)主測(cè)試系統(tǒng)的正常供油。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

3 型式試驗(yàn)特色功能介紹

綜合國(guó)內(nèi)已有多路閥的出廠試驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，通過在油路快速切換環(huán)節(jié)增設(shè)雙向加載單元或液控單向閥組實(shí)現(xiàn)油路切換［7-9］，可有效避免頻繁換接閥口測(cè)試油管。與傳統(tǒng)液壓元件出廠測(cè)試系統(tǒng)的功能相比，在集成原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，該試驗(yàn)臺(tái)增加了對(duì)液壓閥的耐久性、微動(dòng)特性以及瞬態(tài)試驗(yàn)的檢測(cè)。其中，瞬態(tài)試驗(yàn)要求階躍加載閥能夠快速動(dòng)作，在被試閥口處產(chǎn)生滿足瞬態(tài)條件的壓力梯度，通過壓力傳感器、記錄儀記錄被試閥8 進(jìn)口處的壓力變化過程。而微動(dòng)特性試驗(yàn)由3 項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目組成:P→T 壓力微動(dòng)特性、P→A(B)流量微動(dòng)特性、A(B)→T 流量微動(dòng)特性。測(cè)試期間將通過滑閥閥芯由中立位置緩慢移動(dòng)到各換向位置，測(cè)出隨行程變化所測(cè)油口的壓力與流量的相應(yīng)值［10-11］。筆者在多路閥泄漏量測(cè)試中采用稱重測(cè)量法檢測(cè)泄漏量;在油缸內(nèi)泄漏測(cè)試環(huán)節(jié)采用微脈沖式位移傳感器監(jiān)測(cè)活塞微小位移量，通過數(shù)據(jù)采集與程序計(jì)算得出油缸內(nèi)泄漏量，輸出數(shù)據(jù)并保存，完善了對(duì)液壓元件特性參數(shù)的全面檢測(cè)與認(rèn)證。

3.1 稱重測(cè)量法

多路換向閥內(nèi)泄漏測(cè)試裝置如圖3所示，該裝置采用單點(diǎn)式稱重傳感器，具有過載保護(hù)設(shè)置，且可進(jìn)行角差修正，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP66。當(dāng)被試閥8 的滑閥閥芯處于中立位置時(shí)，A、B 油口進(jìn)油，溢流閥加壓至公稱壓力，除T 油口外其余油口堵住，由T 口測(cè)量泄漏量，通過稱重傳感器將泄漏油液的重量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成內(nèi)泄漏量，顯示在工控顯示器上。檢測(cè)過程不存在人為操作，改善了傳統(tǒng)內(nèi)泄漏測(cè)量采用量杯人為讀數(shù)帶來的不必要誤差。

圖3 多路換向閥內(nèi)泄漏測(cè)試裝置

3.2 耐久試驗(yàn)

該試驗(yàn)臺(tái)采用輔助系統(tǒng)中的高壓葉片泵為控制回路提供壓力油，同時(shí)該泵也可換接油缸操縱滑閥實(shí)現(xiàn)多路閥的耐久性測(cè)試。耐久性試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示，該試驗(yàn)通過調(diào)節(jié)被試多路閥的主安全閥壓力至公稱壓力，并使通過被試閥流量為試驗(yàn)流量，將被試閥以20 次/min～40 次/min 的頻率連續(xù)換向。本研究記錄試驗(yàn)過程中換向閥的換向次數(shù)與安全閥動(dòng)作次數(shù)，并在達(dá)到壽命指標(biāo)所規(guī)定的換向次數(shù)后，檢查被試閥主要零件是否完好無損。將油缸與被試閥之間連接拉壓力傳感器，進(jìn)行換向閥操縱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。

圖4 多路換向閥耐久性試驗(yàn)臺(tái)架

3.3 微動(dòng)特性試驗(yàn)

多路換向閥微動(dòng)特性試驗(yàn)臺(tái)如圖5所示，基于多路閥耐久性測(cè)試臺(tái)架，將油缸與被試閥之間安裝微調(diào)機(jī)構(gòu)，便可進(jìn)行微動(dòng)特性試驗(yàn)的操作。該微調(diào)機(jī)構(gòu)可以以微小增量移動(dòng)滑閥，其原理為通過輸入直線行程轉(zhuǎn)換成螺距，再將螺距轉(zhuǎn)換為直線行程作為輸出量，每次進(jìn)程通過螺距控制可實(shí)現(xiàn)微小增量的輸出，油缸端部的位移傳感器可測(cè)量增量的大小，以此來實(shí)現(xiàn)緩慢移動(dòng)滑閥閥芯的操縱工況，分別得出滑閥行程與壓力(流量)的微動(dòng)特性曲線。其中，微動(dòng)性位移通過主動(dòng)油缸安裝的內(nèi)置式微脈沖位移傳感器測(cè)量并顯示在工況計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。

圖5 多路換向閥微動(dòng)特性試驗(yàn)臺(tái)

3.4 型式試驗(yàn)臺(tái)的擴(kuò)展單元

多路閥試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)工裝布局考慮到后期的擴(kuò)展設(shè)備安裝，因此，其設(shè)計(jì)具有可擴(kuò)展性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)分流閥、換向閥、溢流閥、減壓閥的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，該部分按實(shí)際需要將逐步完善。擴(kuò)展單元中采用溢流閥來模擬負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載壓力的連續(xù)調(diào)節(jié)，回油路增設(shè)3 個(gè)并聯(lián)且具有不同量程的流量計(jì)，計(jì)量不同測(cè)試閥的回油流量值。

4 結(jié)束語

該綜合測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)用可靠，且兼顧了設(shè)計(jì)成本與測(cè)試效率。試驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)具有可擴(kuò)展性，且試驗(yàn)臺(tái)新增多路閥某些特殊性能的檢測(cè)，有助于對(duì)新開發(fā)研制的多路閥產(chǎn)品進(jìn)行全面檢測(cè)認(rèn)證;通過位移、力等傳感器的合理運(yùn)用，改善了原有測(cè)試系統(tǒng)人為獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在較大誤差這一現(xiàn)象，同時(shí)為自動(dòng)化控制提供了良好的技術(shù)支持。

［1］曾定榮.多路閥綜合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究［D］.杭州:浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2010.

［2］全國(guó)液壓氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).JB/T8729.1-1998 液壓多路換向閥技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

［3］全國(guó)液壓氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).JB/T8729.2-1998 液壓多路換向閥試驗(yàn)方法［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

［4］張圣峰，徐 兵，劉 偉，等.LUDV 多路閥中節(jié)流閥的仿真分析［J］.機(jī)電工程，2011，28(9):1036-1039.

［5］張勤輝.液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究與開發(fā)［J］.煤礦機(jī)械，2010，31(2):119-122.

［6］雷天覺.新編液壓工程手冊(cè)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1998.

［7］曾億山，李文新，夏永勝.液壓缸綜合性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的研究開發(fā)［J］.煤礦機(jī)械，2008，29(8):97-99.

［8］張利斌，趙 強(qiáng)，姚繼英.裝藥設(shè)備液壓系統(tǒng)的維護(hù)方法［J］.兵工自動(dòng)化，2013，32(1):48-51.

［9］陳建長(zhǎng)，王福山，孟祥富，等.液壓多路換向閥試驗(yàn)過程工作油口控制［J］.工程機(jī)械，2010，41(10):53-56.

［10］XU Bing，LIU Ying-jie，YANG Hua-yong.Simulation study of the novel valve arrangement used in hydraulic control system［C］//The Sixth International Fluid Power Conference，Dresden，Germany，2008，Workshop，Group B，2008:139-14.

［11］嚴(yán)繼東，張 鳳，牟吉平.多功能綜合液壓試驗(yàn)臺(tái)的研制與開發(fā)［J］.流體傳動(dòng)與控制，2005，10(3):16-18.