電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(南京機(jī)電液壓工程研究中心 航空機(jī)電系統(tǒng)綜合航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京　211106)

引言

電液伺服閥作為電液伺服控制系統(tǒng)的核心部件，其性能直接決定了電液控制系統(tǒng)的特性。液壓系統(tǒng)和液壓元件一般工作在常溫狀態(tài)，在某些特定條件和特定場(chǎng)合需要工作在極端低溫環(huán)境下。

1　溫度對(duì)電液伺服閥的影響

當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，電液伺服閥閥芯閥套之間的滑動(dòng)副間隙發(fā)生變化，容易引起閥芯閥套間的卡滯、卡死、壓力損失增加或泄漏加劇等現(xiàn)象；油液黏度隨油溫變化而變化；磁性材料性能也受溫度影響，可能會(huì)引起控制系統(tǒng)的失控，尤其在低溫環(huán)境下使用的電液伺服閥，使用低溫試驗(yàn)臺(tái)模擬工況測(cè)試其在低溫環(huán)境下的性能和做溫度篩選試驗(yàn)是非常有必要的。

2　電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1) 電液伺服閥靜態(tài)試驗(yàn)的測(cè)試原理

根據(jù)GJB 3370-1998《飛機(jī)電液流量伺服閥通用規(guī)范》中4.6.3條中相關(guān)規(guī)定，按圖1(電液伺服閥靜態(tài)試驗(yàn)原理圖)就可以測(cè)試出電液伺服閥空載流量、內(nèi)漏等靜態(tài)特性。

2) 設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

根據(jù)GJB 3370-1998《飛機(jī)電液流量伺服閥通用規(guī)范》中4.6.5.1低溫試驗(yàn)中需將工作油液溫度降低至-30 ℃等有關(guān)測(cè)試要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)難點(diǎn)：

(1) 如何做到節(jié)能，使使用成本降到最低；

(2) 如何保證工作油液在試驗(yàn)過(guò)程中不升溫。

3　電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在普通電液伺服閥試驗(yàn)臺(tái)中，通過(guò)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，為電液伺服閥測(cè)試提供一定壓力的工作油液，此時(shí)，工作油液會(huì)產(chǎn)生一定的溫升。

電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)中，一般先將油箱的工作油液冷凍至測(cè)試所需溫度，由于溫升現(xiàn)象的存在，油箱的溫度需比測(cè)試溫度低。除了油箱整個(gè)系統(tǒng)位于常溫環(huán)境中， 工作油液在一個(gè)測(cè)試周期中溫升比較大。這種試驗(yàn)方式試驗(yàn)?zāi)芎谋容^大，且在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中溫度波動(dòng)比較大，不能真實(shí)地反應(yīng)電液伺服閥在低溫狀態(tài)下某一溫度時(shí)的性能。

圖1　電液伺服閥靜態(tài)試驗(yàn)原理圖

結(jié)合電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到該系統(tǒng)節(jié)能等問(wèn)題。我們確定的設(shè)計(jì)方案是：采用常溫油推冷油，冷油不回油箱的設(shè)計(jì)理念，主要包括液壓源和試驗(yàn)臺(tái)架測(cè)試回路兩部分，原理圖如圖2所示。

3.1　液壓源的設(shè)計(jì)

電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)的液壓源應(yīng)是定壓源，供油壓力脈動(dòng)盡量??；液壓管路要盡量短、拐彎小，導(dǎo)管截面積要足夠大，試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械和液壓振動(dòng)應(yīng)盡量小。

電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)的液壓原理圖如圖2所示。

液壓源的調(diào)壓方式采用帶閉環(huán)控制的比例溢流閥，在測(cè)試過(guò)程中保證了壓力的穩(wěn)定，減少了在測(cè)試過(guò)程中進(jìn)油壓力漂對(duì)測(cè)試的影響。油泵出口設(shè)置了一定長(zhǎng)度的高壓軟管，降低了壓力脈動(dòng)對(duì)測(cè)試的影響。電液伺服閥屬于高精度液壓元件，對(duì)油液污染特別敏感，因此在油泵吸油口前設(shè)置吸油濾，阻擋大的雜質(zhì)顆粒進(jìn)入液壓回路；油泵后面設(shè)置二級(jí)過(guò)濾器，使油液清潔度滿(mǎn)足測(cè)試的要求；回油管路上同樣也設(shè)置了回油過(guò)濾器。在液壓源進(jìn)回管路之間設(shè)置一進(jìn)回油溝通換向閥，動(dòng)作與油泵啟停聯(lián)動(dòng)，當(dāng)油泵停止時(shí)，換向閥11斷電，進(jìn)回油溝通，迅速消除進(jìn)油管路中的余壓，使拆閥時(shí)不會(huì)產(chǎn)生返油現(xiàn)象。

3.2　測(cè)試臺(tái)架的設(shè)計(jì)

測(cè)試臺(tái)架分為操作臺(tái)架和制冷箱兩部分，油缸、儲(chǔ)油缸和單向閥組等均放置在制冷箱內(nèi)。制冷箱內(nèi)部布局圖見(jiàn)圖3。

1.油箱組件　2.吸油過(guò)濾器　3、36.溫度計(jì)　4.空氣濾清器 5.液位計(jì)　6.回油過(guò)濾器　7.吸油截止閥　8.油泵　9.高壓軟管 10、23、28、29、34.單向閥　11.進(jìn)回油溝通換向閥　12.散熱器 13.蓄能器　14.耐震壓力表　15.高壓過(guò)濾器 16、31.精密高壓過(guò)濾器　17.比例溢流閥　18.油缸充油截止閥 19.回油截止閥　20.常溫進(jìn)油截止閥　21.換向閥　22、33油缸 24.齒輪流量計(jì)　25.回油壓力表　26、32.液控單向閥 27.排氣開(kāi)關(guān)　30.儲(chǔ)油缸　35.進(jìn)油壓力表圖2　電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)液壓原理圖

圖3　制冷箱內(nèi)部布局圖

圖2中電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)的工作過(guò)程如下：循環(huán)整個(gè)系統(tǒng)，直至油液清潔度優(yōu)于6級(jí)(GJB 420A-1996)。先關(guān)閉回油截止閥19，打開(kāi)油缸充油開(kāi)關(guān)18，等油缸22、33完全充滿(mǎn)油以后，關(guān)閉油缸充油開(kāi)關(guān)18，再打開(kāi)回油截止閥19，切換換向閥21至左位機(jī)能工作，油缸33中活塞運(yùn)行至另一端，關(guān)閉回油截止閥19。換向閥21斷電，關(guān)閉液壓源，啟動(dòng)制冷箱降溫，工作油液溫度降低至-30 ℃。打開(kāi)液壓源，調(diào)節(jié)比例溢流閥17至測(cè)試所需壓力，切換換向閥21至右位機(jī)能工作，在高壓的作用下，液控單向閥26打開(kāi)，油缸22中里的低溫油液依次經(jīng)過(guò)液控單向閥26，單向閥28，推動(dòng)儲(chǔ)油缸30中的低溫油液，通過(guò)精密高壓過(guò)濾器31，為電液伺服閥低溫試驗(yàn)提供一定壓力的低溫工作油液。經(jīng)過(guò)電液伺服閥后，經(jīng)過(guò)單向閥34回到油缸33中。油缸22、33中的容量只需滿(mǎn)足電液伺服閥低溫試驗(yàn)一個(gè)周期測(cè)試的所需的工作油液。由于油缸22、33中的低溫工作油液在工作過(guò)程中不回到油箱，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的降溫，就可以進(jìn)行第二次低溫試驗(yàn)。根據(jù)GJB 3370-1998《飛機(jī)電液流量伺服閥通用規(guī)范》中4.6.5.1中低溫試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定測(cè)試電液伺服閥在低溫狀態(tài)下的額定流量和分辨率。

3.3　液壓系統(tǒng)特點(diǎn)

(1) 低溫工作油液不回油箱，只在低溫箱里循環(huán)，避免了工作油液的重復(fù)降溫，使使用成本降到最低；

(2) 在油缸后面加置一儲(chǔ)油缸，保證工作油液在試驗(yàn)過(guò)程中不升溫；

(3) 系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的比例溢流閥，調(diào)節(jié)方便，調(diào)壓穩(wěn)定，減少由壓力波動(dòng)帶來(lái)的測(cè)試差異；

(4) 液壓回路設(shè)置油濾組，保證了油液清潔度。

4　結(jié)論

該設(shè)計(jì)通過(guò)采用常溫油推冷油，冷油不回油箱的設(shè)計(jì)理念，有效地解決了電液伺服閥低溫試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，具有技術(shù)創(chuàng)新性，其設(shè)計(jì)思路不同于常規(guī)的電液伺服閥測(cè)試臺(tái)。該設(shè)備已順利完成了多批電液伺服閥低溫試驗(yàn)，實(shí)際使用證明其是可靠、節(jié)能的，且后期維護(hù)成本低，收到了良好的使用效果。其他一些需要做低溫試驗(yàn)的液壓元器件的測(cè)試設(shè)備也可以參照上述方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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