液壓元件檢測系統(tǒng)研究與設(shè)計

趙亞英

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

液壓元件檢測系統(tǒng)研究與設(shè)計

趙亞英

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

摘要：液壓元件的質(zhì)量是液壓系統(tǒng)可靠工作的核心基礎(chǔ)，因此對液壓元件進(jìn)行性能檢測，對于減少后期設(shè)備故障，并為故障分析提供相關(guān)依據(jù)具有重要意義。擬定了檢測系統(tǒng)的整體測試原理方案，液壓元件檢測系統(tǒng)公稱壓力為32 MPa，測試壓力為32 MPa，公稱流量為160 L/min。對該試驗(yàn)臺各個組件進(jìn)行了選型和裝配設(shè)計，包括各個集成塊單元組件的裝配設(shè)計，最終完成了液壓元件檢測試驗(yàn)裝置中各個集成塊、泵站及檢測臺臺架、被試閥閥板等系統(tǒng)檢測單元的總體裝配設(shè)計。在具體方案實(shí)施中采用了二維設(shè)計與三維設(shè)計相結(jié)合的方式，以二維設(shè)計為主，三維模擬設(shè)計為輔，完成了對液壓元件檢測裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：液壓元件；泵站；流量；裝配；試驗(yàn)manghui l 壓力

液壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在鋼鐵冶金和工程裝載機(jī)械等行業(yè)都大量采用了液壓傳動系統(tǒng)，但是大量的液壓設(shè)備在長期運(yùn)行中都存在相當(dāng)一部分元件老化和失效的問題，使得液壓系統(tǒng)效率降低，性能下降[1]。企業(yè)所購液壓元件雖然在進(jìn)廠驗(yàn)收時經(jīng)過系統(tǒng)、專門的性能測試和質(zhì)量檢測，以保證液壓系統(tǒng)中的液壓元件能正常工作，但難免有部分元件未經(jīng)過抽檢而存在質(zhì)量問題，在設(shè)備啟用該元件后會出現(xiàn)故障；因此，設(shè)備裝機(jī)前需要進(jìn)一步通過試驗(yàn)檢測裝置對相關(guān)元件的性能進(jìn)行合格檢測，以完成合格品驗(yàn)證檢測環(huán)節(jié)，減少后期設(shè)備故障排除和維修工作量，并為故障分析提供相關(guān)依據(jù)。

1液壓元件檢測系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

國外液壓元件檢測具有節(jié)能和裝機(jī)容量小的優(yōu)點(diǎn)，這樣投資和運(yùn)行的費(fèi)用減少了，而且還使試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)試簡便可靠，更易于操作；國內(nèi)的液壓元件檢測系統(tǒng)還沒有提供綜合型液壓元件試驗(yàn)臺，而且國內(nèi)液壓元件型號老化，試驗(yàn)臺還是側(cè)重于壓力測試，同時存在流量和脈動測試薄弱的問題。國內(nèi)目前幾乎沒有標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)臺，大部分都是用戶自己做的試驗(yàn)臺，所以從外形設(shè)計以及穩(wěn)定性、可靠性等性能方面都存在一些問題。國外液壓元件檢測在上述方面都有更高、更精確的技術(shù)要求，其制造難度也增加了數(shù)倍。將國外和國內(nèi)同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備的加工條件和工藝水平，制定并優(yōu)化了設(shè)計方案。

2液壓試驗(yàn)臺裝置的構(gòu)成

該液壓元件檢測系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)測試參數(shù)根據(jù)實(shí)際企業(yè)工作環(huán)境要求，可實(shí)現(xiàn)流量、壓力調(diào)節(jié)功能根據(jù)實(shí)際負(fù)載需要進(jìn)行自行操作，保證液壓試驗(yàn)測試系統(tǒng)良好的靜態(tài)特性測量。主要技術(shù)指標(biāo)如下：工作壓力32 MPa；流量范圍160 L/min。本設(shè)計方案針對企業(yè)實(shí)際工況中元件性能進(jìn)行測試，同時試驗(yàn)臺都按上述技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計。

試驗(yàn)臺設(shè)計采用模塊化方法，各測試元件成單獨(dú)閥塊，各單元獨(dú)立操作，共用油源。主體部分選用框架結(jié)構(gòu)，材料選擇鑄鐵；測試部分包括各類型液壓元件性能檢測過程分析。

3液壓元件檢測系統(tǒng)方案設(shè)計

該試驗(yàn)臺緊密結(jié)合了企業(yè)的元件檢測需求，試驗(yàn)臺檢測系統(tǒng)設(shè)計是否成功由檢測元件是否達(dá)到元件性能指標(biāo)決定。依據(jù)公司提供的元件系列，分析測試要求，給出元件檢測基本方案。

3.1測試對象研究分析

設(shè)計突出了該液壓元件檢測系統(tǒng)的綜合性能測試，同時具有有針對性的液壓元件檢測試驗(yàn)臺系統(tǒng)。五大類檢測單元包括流量閥、壓力閥、液控單向閥和單向閥、換向閥、液壓缸5大部分，結(jié)合目前液壓試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用分析情況，完成了被測元件檢測系列目標(biāo)。在正常運(yùn)行情況下，對所測液壓元件的壓力、流量和電磁閥的響應(yīng)時間進(jìn)行測定。所測液壓元件型號及參數(shù)見表1。

表1　所測液壓元件型號及參數(shù)

3.2元件試驗(yàn)類型與試驗(yàn)項(xiàng)目

本試驗(yàn)臺符合企業(yè)的實(shí)際使用要求，根據(jù)試驗(yàn)臺要測試元件的性能，針對企業(yè)元件試驗(yàn)過程及元件檢測試驗(yàn)測試需滿足空載運(yùn)轉(zhuǎn)、壓力試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、噪聲、系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)響應(yīng)快速性等確定測試標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.1液壓元件檢測系統(tǒng)方案

目前，國內(nèi)已有的元件測試試驗(yàn)臺系統(tǒng)存在效率不高、成本高和一次測試多次安裝等狀況，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，該試驗(yàn)臺滿足企業(yè)液壓元件檢測綜合系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)主要包括液壓泵站和液壓元件檢測單元，液壓元件檢測采用1個泵源多個控制塊單獨(dú)成體系，測試系統(tǒng)可以采用簡單壓力和流量表檢測。該測試試驗(yàn)臺采用不同尺寸安裝閥板完成多種類型被試閥的檢測，安裝簡單，試驗(yàn)臺設(shè)計系統(tǒng)可靠性高，成本低。試驗(yàn)臺完成的液壓元件檢測類型包括調(diào)速閥、節(jié)流閥、單向閥、液控單向閥、換向閥、壓力閥及液壓缸的檢測，試驗(yàn)緊密結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需求，目前，液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化程度不斷地加強(qiáng)，液壓元件檢測也不斷地標(biāo)準(zhǔn)化，元件檢測系統(tǒng)的應(yīng)用提高了企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的質(zhì)量和效率。

3.2.2擬定液壓元件檢測原理

在擬定測試原理方案時，首先考慮壓力閥元件(流量閥、換向閥、單向閥和液壓缸)測試，順便針對油源部分檢測出液壓泵的運(yùn)行性能參數(shù)和基本運(yùn)行功能，同時完成液壓缸的系統(tǒng)測試試驗(yàn)，在初步測試完成后，調(diào)節(jié)各類控制元件測試單元的開起開關(guān)，單獨(dú)測試各控制液壓元件試驗(yàn)單元?？紤]在試驗(yàn)臺系統(tǒng)設(shè)計中化簡系統(tǒng)中冗余的部分，留下各個檢測系統(tǒng)共同的部分，各種類型元件采取單元檢測的形式，如果要檢測某種元件，只需用1個液壓油源將要檢測元件單元的開關(guān)閥打開，其余檢測單元開關(guān)閉合，這樣動力油源的能量僅需達(dá)到所有要檢測單元的最大值，節(jié)省能量。綜合試驗(yàn)臺各元件檢測用最少的元件完成多種元件的檢測，具有一定的綜合性、節(jié)能性和易操作性。在原理圖初步的形成過程中，使各個檢測元件獨(dú)立成塊，基本滿足各元件檢測，從而滿足測試要求，使整個液壓元件檢測系統(tǒng)更加全面、實(shí)用。最終原理圖實(shí)施方案改進(jìn)的思路是進(jìn)一步和實(shí)際檢測單元聯(lián)系起來，把被測元件分離出來，并作為本試驗(yàn)臺系統(tǒng)的設(shè)計原理圖(見圖1)。

圖1　試驗(yàn)臺系統(tǒng)的設(shè)計原理圖

4液壓檢測系統(tǒng)泵站設(shè)計

4.1設(shè)計計算

通過上述方案分析，動力油源單元由電動機(jī)、聯(lián)軸器和柱塞泵連接而成。液壓系統(tǒng)最高壓力為32 MPa，最大流量為160 L/min。32 MPa屬于高壓系統(tǒng)，根據(jù)新編實(shí)用液壓技術(shù)手冊，可選用高壓軸向柱塞泵，選擇排量為63 mL/r的定量泵63MCY14-1B。驅(qū)動泵的電動機(jī)功率為100 kW，選取Y系列三相異步電動機(jī)Y180L-B。

4.2泵站裝配設(shè)計

完成系統(tǒng)的基本原理設(shè)計，泵站的設(shè)計原理方案確定之后，系統(tǒng)設(shè)計更關(guān)鍵的因素為對液壓泵站的裝配設(shè)計。裝配圖是后期系統(tǒng)使用指導(dǎo)、制造檢查、安裝及檢修工作的基礎(chǔ)。

對液壓泵站中的油箱、電動機(jī)、過濾器、壓力表和流量計等各個組成部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，在泵站設(shè)計中，涉及到對非標(biāo)準(zhǔn)組件結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計，研究分析各個組成部件在本試驗(yàn)臺系統(tǒng)承擔(dān)的功能及各個部件的使用過程，并對部件中的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行選型設(shè)計及選型依據(jù)研究分析[2-3]。

5檢測系統(tǒng)裝配設(shè)計

一般液壓元件檢測可以完成一種類型的液壓元件測試，比如順序閥測試試驗(yàn)臺、溢流閥測試試驗(yàn)臺、液壓缸測試試驗(yàn)臺和流量閥試驗(yàn)臺等各種類型專用試驗(yàn)臺，不管何種類型的試驗(yàn)臺，其組成部分主要包括臺面、儀表安裝板、電控部分和試驗(yàn)臺本身等結(jié)構(gòu)，其中，油路系統(tǒng)包括液壓源供油管路系統(tǒng)、試驗(yàn)回油管路系統(tǒng)和臺面回油系統(tǒng)等。試驗(yàn)臺在試驗(yàn)過程中的振動和沖擊等將引起整個試驗(yàn)臺的變形[4-6]。

5.1集成閥塊設(shè)計

基于集成塊優(yōu)化設(shè)計思路的深入滲透使系統(tǒng)能更好地發(fā)揮其使用功能，在集成塊結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮孔道布置的位置和間距的合理性，在設(shè)計中使用三維設(shè)計軟件Pro/E，充分體現(xiàn)出三維設(shè)計的優(yōu)勢，設(shè)計出合理的集成塊。

5.1.1集成塊1設(shè)計

集成塊1功能是完成流量閥的性能測試，根據(jù)原理圖選取具體的元件型號，集成塊設(shè)計中除了閥塊的尺寸設(shè)計，還有各個組成元件內(nèi)部油道的尺寸設(shè)計。在進(jìn)行閥塊設(shè)計時，各零件的型號應(yīng)給定，同時其安裝尺寸也應(yīng)確定，有了這些先決條件才可以設(shè)計閥塊。在具體的設(shè)計過程中：1)先給出閥塊的尺寸草圖，定出集成塊各個組成元件的安裝面；2)通過Pro/E三維設(shè)計軟件完成閥體的三維設(shè)計，將內(nèi)部油路通道之間的連接通過三維設(shè)計直觀地表達(dá)出來；3)把各個元件放在集成塊相應(yīng)的位置，保證與內(nèi)部油口相通。

在此集成塊閥塊油路設(shè)計中沒有給出集成塊底座的設(shè)計，而在各集成塊總體安裝圖中應(yīng)該給出，在整體裝配設(shè)計時做了集成塊底座安裝設(shè)計研究。

5.1.2 液壓元件檢測裝配方案

方案中的閥塊是整齊分布的，同時各個閥塊的管路都安排在閥塊的背后，也就是說大部分管路是看不到的，而是布置在試驗(yàn)臺后面。在試驗(yàn)臺柜體設(shè)計中要考慮5個閥塊的放置位置，各閥塊安裝裝配圖如圖2所示。

圖2　各閥塊安裝裝配圖

5.2液壓元件檢測系統(tǒng)三維設(shè)計

圖3　試驗(yàn)臺系統(tǒng)的　三維裝配圖

在液壓元件檢測臺的二維設(shè)計過程中，同時通過液壓綜合試驗(yàn)臺三維設(shè)計進(jìn)行必要的輔助設(shè)計，集成塊的三維設(shè)計，特別是試驗(yàn)臺整體設(shè)計離不開三維軟件的輔助應(yīng)用。試驗(yàn)臺系統(tǒng)的三維裝配圖如圖3所示，從三維實(shí)體可以很直觀地了解不同方案的側(cè)重點(diǎn)，為檢測裝置的施工提供可靠的依據(jù)。

結(jié)合現(xiàn)代液壓元件一些常見功能，使傳統(tǒng)上只能在多臺試驗(yàn)臺設(shè)備上才能實(shí)現(xiàn)的測試功能在本試驗(yàn)臺上全部實(shí)現(xiàn)，大副度提高了試驗(yàn)臺的質(zhì)量和元件測試的成功率。

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責(zé)任編輯鄭練

Research and Design of system of Hydraulic Component Detection

ZHAO Yaying

(Shaanxi Institute of Technology, Xi’an 710300, China)

Abstract:It is the core basis of hydraulic system that the quality of hydraulic component, so it is important that detecting the function of hydraulic component to reduce the happening rate of equipments disfunction and provide relative evidence. The paper gave the schedule of detecting system, the nominal pressure of hydraulic component is 32 MPa, detecting pressure is 32 MPa, and the nominal flow is 160 L/min. Model selection and assembling design were done for components of test bed including assembling design of several integrated package units components, at last, finished the general assembling design of several integrated package, and pump station, rack of detecting bed, valve band of test bed components and so on. Took the way of combining 2D design with 3D design in plan implementation, finished the structure design of hydraulic component with 2D design as the principal thing and 3D design as assistant thing.

Key words:hydraulic component, pump station, flow, assembling, testing manghui l pressure

收稿日期：2014-06-18

作者簡介：趙亞英(1976-)，女，工程碩士，講師，主要從事機(jī)電液一體化相關(guān)課程教學(xué)等方面的研究。

中圖分類號：TG 444

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A