液壓缸密封件試驗(yàn)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

鐘祥軍

摘 要：對(duì)試驗(yàn)液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)液壓缸的測(cè)試要求，以及主要測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)桿密封以及活塞密封的性能進(jìn)行測(cè)試更加便捷有效。對(duì)此，本試驗(yàn)將采取脈沖壓力以及穩(wěn)壓運(yùn)行兩種模式，并利用對(duì)閉環(huán)的速度和溫度控制的相關(guān)原理，對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)的操控，以期達(dá)到為液壓缸密封件進(jìn)行測(cè)驗(yàn)提供試驗(yàn)支持的目的。

關(guān)鍵詞：液壓缸;密封件試驗(yàn);液壓控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH137.51;TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

近年來，我國在液壓控制系統(tǒng)中已經(jīng)取得了較大的探索成就，液壓機(jī)在工作中利用高壓液體帶來的能量，對(duì)各種機(jī)械能夠進(jìn)行有效的控制。液壓缸在液壓系統(tǒng)中，是作為動(dòng)力傳遞元件而存在的，液壓缸是否出現(xiàn)故障，直接關(guān)系到了液壓系統(tǒng)能否正常工作，以及在工作過程中是否安全，液壓缸中的密封件如果失效，其工作效率就會(huì)受到影響，所以對(duì)其性能進(jìn)行試驗(yàn)，是一項(xiàng)十分重要的工作。

1 液壓缸密封件試驗(yàn)概述

1.1 液壓缸密封件的試驗(yàn)?zāi)康?/p>

液壓缸密封件試驗(yàn)的主要目的，在于在一些動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)條件下的密封件，對(duì)其耐磨性、摩擦力、泄漏率以及抗擠出性能等進(jìn)行測(cè)試[1]，讓密封件在不同環(huán)境下的性能進(jìn)行直接地反映，在測(cè)試中也需要對(duì)密封件的實(shí)際使用情況進(jìn)行還原與模擬。對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮到對(duì)試驗(yàn)要求的壓力、溫度與速度的控制，同時(shí)也要能夠?qū)γ芊饧拿芊庑阅苓M(jìn)行測(cè)量，也要保證能一定速度下，對(duì)密封件的摩擦力大小進(jìn)行測(cè)量。

1.2 液壓缸密封件的試驗(yàn)要求

液壓缸密封件有五項(xiàng)基本要求，具體要求內(nèi)容如下：

第一點(diǎn)：在壓力范圍為0 MPa～40 MPa的時(shí)候，可以在靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)的條件下，對(duì)密封件進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試以及動(dòng)態(tài)測(cè)試。在動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，可以沖擊密封件，沖擊壓力的飛升速率，必須要達(dá)到200 000 psi/s。

第二點(diǎn)：密封件需要在地面上連續(xù)運(yùn)動(dòng)

500 000 m，并且中間沒有停機(jī)，在進(jìn)行密封件的動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，其速度以及行程都能夠調(diào)節(jié)[2]。

第三點(diǎn)：密封件在動(dòng)態(tài)條件下，要能夠?qū)ζ淠Σ亮Υ笮　⑿孤┝?，進(jìn)行測(cè)量，也要保證一定的測(cè)量方便程度，測(cè)量精度也要達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)。

第四點(diǎn)：測(cè)試油溫需要保持在一定的恒定溫度，控制精度要保證在該恒定溫度的上下2℃左右，以免對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。

第五點(diǎn)：機(jī)構(gòu)要方便測(cè)試人員對(duì)密封件以及相關(guān)配件進(jìn)行更換，同時(shí)也要能夠?qū)Σ煌?guī)格的密封件進(jìn)行測(cè)試。

2 液壓缸密封件的試驗(yàn)項(xiàng)目

密封件試驗(yàn)項(xiàng)目主要有三項(xiàng)，分別是對(duì)密封性能、摩擦力、耐久性進(jìn)行試驗(yàn)，三項(xiàng)試驗(yàn)具體內(nèi)容如下：

第一項(xiàng)，密封性能試驗(yàn)：要對(duì)活塞密封以及桿密封，在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)以及靜態(tài)試驗(yàn)中，其泄漏情況進(jìn)行檢測(cè)。

第二項(xiàng)，摩擦力試驗(yàn)：在保持其他的條件不變的前提下，對(duì)密封件的摩擦力與速度、壓力之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算，與此同時(shí)，還要對(duì)密封件的摩擦力在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作下的變化，進(jìn)行測(cè)量與記錄。

第三項(xiàng)，耐久性試驗(yàn)：將溫度控制在70℃，誤差不能超過上下2℃，液壓缸每循環(huán)1 000次之后將壓力保持在3 000 psi，時(shí)間長(zhǎng)度為1.4 h。保持這個(gè)過程，液壓缸循環(huán)38.88 h，靜止時(shí)長(zhǎng)9.8 h，共計(jì)48.68 h[3]。

3 液壓缸密封件試驗(yàn)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 速度控制

速度對(duì)密封件的摩擦力以及泄漏量來說，都有著較大的影響，并且這三者之間的關(guān)系也是對(duì)密封件性能的主要研究項(xiàng)目之一，所以要對(duì)速度進(jìn)行穩(wěn)定控制，以及無極調(diào)節(jié)。該試驗(yàn)系統(tǒng)了用了聲波回波測(cè)距原理，能夠?qū)鞲衅骱湍繕?biāo)物之間的距離進(jìn)行測(cè)量，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可以對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并來求出驅(qū)動(dòng)油缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，并與要求速度進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)過數(shù)字PID的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)換向閥流量來控制速度。閉環(huán)速度控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、超聲波位移傳感器、比例換向閥三者共同構(gòu)成，整體流程見圖1。

3.2 壓力控制

液壓缸密封件測(cè)試分為脈沖壓力運(yùn)行模式與穩(wěn)壓運(yùn)行模式。在脈沖壓力運(yùn)行模式下，密封件需要一直承受高壓與低壓之間的變化沖擊，通過對(duì)電磁閥的切換，進(jìn)行壓力沖擊，能夠讓沖擊壓力的飛升速率，有效地達(dá)到每秒200 000 psi。

在穩(wěn)壓運(yùn)行模式下，密封件要保持承受某種恒定的壓力，具體如圖2所示，壓力傳感器的信號(hào)能夠反饋給計(jì)算機(jī)，并通過數(shù)字PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體控制方式與速度控制中的系統(tǒng)控制方式相同。

3.3 溫度控制

溫度能夠?qū)γ芊饧哪Σ亮Υ笮∫约懊芊庑阅茉斐奢^大的影響，嚴(yán)格對(duì)測(cè)試油溫的范圍進(jìn)行控制，這就需要將其他測(cè)試條件保持一致。對(duì)油箱進(jìn)行加熱，當(dāng)油液經(jīng)過管路的時(shí)候部分熱量會(huì)散發(fā)掉，但是密封件在不斷地摩擦中也有新的熱量產(chǎn)生，這就讓油箱中的油液溫度與測(cè)試缸中的油液溫度，產(chǎn)生大約正負(fù)5℃的差值。為了讓差值控制在正負(fù)2℃，當(dāng)溫度測(cè)量產(chǎn)生變化的時(shí)候，計(jì)算機(jī)可以控制調(diào)壓模塊，讓加熱器的輸出功率降低，從而使得油溫精準(zhǔn)的達(dá)到測(cè)試油溫的標(biāo)準(zhǔn)。如果油溫下降，那么可以開啟加熱器，對(duì)油液進(jìn)行加熱，使得油溫能夠恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度。閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)與速度、壓力控制系統(tǒng)差距較大，具體流程見圖3。

3.4 泄漏檢測(cè)方法

密封件的泄漏量很小，同時(shí)流量計(jì)的泄漏也會(huì)影響測(cè)量的精度，現(xiàn)階段我國多數(shù)使用的是兩倍測(cè)量法來檢測(cè)內(nèi)泄漏，這正是因?yàn)檫@種方式原理簡(jiǎn)單，設(shè)備易得，這就使得其適用范圍較廣，但同時(shí)也存在著精度低，效率低等缺點(diǎn)。本試驗(yàn)采用的是電子天平稱取量杯質(zhì)量的方式，利用不同的量杯收集測(cè)試缸兩端的油液，對(duì)側(cè)漏質(zhì)量用電子天平進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。這種方式的測(cè)量精度較高，并且能夠?qū)崿F(xiàn)較高的自動(dòng)化程度，利用計(jì)算機(jī)對(duì)電子天平的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算與檢測(cè)。

4 結(jié)論

綜上所述，本試驗(yàn)中設(shè)計(jì)的液壓缸密封件試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠?qū)U密封以及活塞密封的密封件進(jìn)行性能測(cè)試，并且試驗(yàn)過程較為方便，效率較高。與此同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠滿足密封件測(cè)試對(duì)三要素——壓力、溫度、速度的標(biāo)準(zhǔn)要求，為密封件試驗(yàn)提供方法支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]張富喜，王俊耀.用于液壓缸密封件的密封性能分析[J].流體傳動(dòng)與控制，2004（02）：52-53.

[2]繆正成，邢科禮，楊孟林.液壓缸密封件試驗(yàn)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2016，43（11）：44-46+48.

[3]繆正成，楊孟林，邢科禮.基于LabVIEW的液壓缸密封件泄漏試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2016，43（12）：12-14+16.