液壓元件綜合試驗臺的系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計方法分析

李大偉

摘要：當(dāng)前，液壓元件綜合試驗臺作為一種綜合應(yīng)用平臺，已在多設(shè)備、多儀器、多系統(tǒng)測試中得到廣泛應(yīng)用。本文圍繞液壓元件綜合試驗臺的內(nèi)部系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)，探討了試驗臺的主要功能及相關(guān)參數(shù)，并對試驗臺系統(tǒng)的組成進(jìn)行了介紹，然后圍繞閥試驗系統(tǒng)、馬達(dá)及缸試驗系統(tǒng)、泵試驗系統(tǒng)的綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計方式進(jìn)行了分析，望能為此領(lǐng)域設(shè)計研究提供些許思路與參考。

關(guān)鍵詞：液壓元件綜合試驗臺;電液換向閥;系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu);液壓橋路

中圖分類號：HT137? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0071-02

0? 引言

伴隨社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的日漸提升，許多新技術(shù)、新理念、新設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，有力推動著整個工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展與繁榮。液壓元件綜合試驗臺作為一種專門用于測試液壓元件的系統(tǒng)設(shè)備，當(dāng)前已在多方面得以應(yīng)用，如負(fù)載敏感比例閥件、常規(guī)液壓閥件及泵和馬達(dá)的出廠試驗及性能測試等。但在實際使用此系統(tǒng)時，了解其構(gòu)造，知曉其結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，對于更高效應(yīng)用，有著重要意義。本文結(jié)合當(dāng)前實況，就液壓元件綜合試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法，現(xiàn)就此作一探討。

1? 液壓試驗技術(shù)的發(fā)展情況

1.1 液壓試驗技術(shù)概述

液壓技術(shù)可理解為：結(jié)合人們的主觀能動性，并依據(jù)其掌握的技術(shù)水平，有效結(jié)合液壓試驗設(shè)備及測量系統(tǒng)，作為一套完整的技術(shù)工作，來服務(wù)于試驗任務(wù)，使其高效完成。

試驗技術(shù)中一般包含配置試驗裝備、選擇和標(biāo)定系統(tǒng)、制定試驗計劃等試驗前的準(zhǔn)備工作;安裝并調(diào)試試驗油路及測量裝置;獲取和記錄試驗數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理分析;得出結(jié)論并總結(jié)試驗報告。

根據(jù)試驗性質(zhì)，可將液壓試驗劃分為三類，即科學(xué)性試驗、型式試驗及出廠試驗?？茖W(xué)性試驗作為一種試驗項目，主要為了科學(xué)研究提供服務(wù)。型式試驗則主要是為了測試和考核產(chǎn)品的全面性能，其根本目的則為了鑒定某些產(chǎn)品，并對新產(chǎn)品的進(jìn)行定型。型式試驗在我國的試驗方法及標(biāo)準(zhǔn)中，具有其特定的規(guī)定。對于一些已經(jīng)定型且批量確定的產(chǎn)品，則需進(jìn)行出廠試驗，以此來確保其使用性能，并將其代表性較強的性能指標(biāo)挑選出來，作為合格標(biāo)準(zhǔn)，并附帶說要考核和出廠試驗項目。

1.2 液壓綜合試驗設(shè)備的發(fā)展概況

在液壓試驗中，為了完成試驗?zāi)康?，需要使用的設(shè)備則為液壓試驗設(shè)備。包含試驗對象、基本設(shè)備和輔助設(shè)備三類。根據(jù)用途的不同，可將液壓試驗設(shè)備劃分為教學(xué)用設(shè)備、科學(xué)研究用設(shè)備及產(chǎn)品鑒定檢測用設(shè)備三種。教學(xué)用設(shè)備主要在開設(shè)液壓專業(yè)的大專院校中使用，如QCS003A液壓試驗臺。科學(xué)研究用設(shè)備主要圍繞科學(xué)性試驗，用以研究和開發(fā)液壓系統(tǒng)及元件，大都在國家科研機構(gòu)和液壓氣動專業(yè)的學(xué)院適用，如廣西大學(xué)機械工程學(xué)院研制的LabVIEW液壓實驗測試臺等。產(chǎn)品鑒定檢測用設(shè)備主要對液壓元件進(jìn)行型式和出廠試驗，從而鑒定產(chǎn)品的合格情況，如浙江大學(xué)研制的電液伺服閥性能試驗臺CAT系統(tǒng)。

根據(jù)測試系統(tǒng)的功能，可將液壓試驗設(shè)備分為兩種模式，其中一種系統(tǒng)為計算機控制測試裝置，并完成對數(shù)據(jù)的采集和處理，如華中理工大學(xué)的液壓缸試驗臺CAT系統(tǒng)等;另外一種為計算機不控制測試裝置，僅僅采集數(shù)據(jù)、處理一些信號并輸出相應(yīng)的試驗結(jié)果，如廣州機床研究所監(jiān)測液壓泵性能和噪聲的系統(tǒng)等。

結(jié)合其特點及技術(shù)兩發(fā)面來看，當(dāng)前液壓綜合試驗臺的發(fā)展方向為：試驗臺操作的方便和可維護(hù)情況、油溫閉環(huán)自動控制系統(tǒng)、分布式計算機數(shù)據(jù)的采集和控制等。

2? 試驗臺的功能及主要參數(shù)分析

2.1 功能介紹

液壓元件綜合試驗臺在控制被試液壓元件的工作狀態(tài)時，主要通過對各個控制元件的調(diào)節(jié)來完成，并對其性能進(jìn)行測試。主泵作為動力源供給一方，將不同等級的壓力和流量提供給液壓系統(tǒng)，從而使被試液壓元件，通過對各液壓控制閥的調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)對被試元件的試驗，促使被試元件所處的狀態(tài)，能通過數(shù)字儀表展現(xiàn)出來，并在計算機的作用下，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。對試驗臺進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的設(shè)計，可促使其提供出的實驗手段較為準(zhǔn)確、可靠和安全，主要包含的內(nèi)容如下：①可提供負(fù)載敏感油源，并根據(jù)元器件需求流量的不同，將相應(yīng)規(guī)格的油源提供出來，并可測試負(fù)載敏感比例方向閥;②促使泵-馬達(dá)具有拖動回路的功能;③能夠?qū)毫土髁啃枨蟛煌目刂朴驮垂δ芴峁┙o所需的;④能夠?qū)毫?、溫度、流量等?shù)據(jù)，借助傳感器進(jìn)行采集和處理，并將其進(jìn)行傳輸。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)分析

油源最高壓力為：31.5MPa;

控制流量：10L/min;

控制壓力：10MPa;

油源流量：25-160L/min;

最大拖動功率：110kW;

系統(tǒng)油液過濾精度為：10μm;

背壓壓力：0.5-31.5MPa;

系統(tǒng)壓力：0.5-31.5MPa。

3? 試驗臺系統(tǒng)組成

液壓試驗臺的組成主要包含五部分，即試驗臺臺架、數(shù)字顯示系統(tǒng)、液壓油源及泵機組、計算機數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。

液壓元件綜合試驗臺采取的控制技術(shù)較為先進(jìn)，為電液比例控制技術(shù)，該技術(shù)可對液壓系統(tǒng)的進(jìn)油、出油壓力進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)控，并可對被試泵的加載壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。被試泵及被試馬達(dá)采取的方式為對拖方式，馬達(dá)及被試泵之間的加載方式互為負(fù)載和拖動動力關(guān)系，其結(jié)構(gòu)較為簡單，工作方便可靠。該試驗臺具有兩臺手動的高壓泵組，可依據(jù)具體的使用過程，對各個泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié)。油溫控制系統(tǒng)采取的方式為雙路冷卻并聯(lián)方式，在對油液溫度的控制方面更為經(jīng)濟(jì)有效。根據(jù)油溫，設(shè)置了上限和下限控溫裝置，可有效控制油溫，將其溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。此外，該系統(tǒng)具備的計算機數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，也可自動采集和處理測試數(shù)據(jù)，從而將測試過程中的人為因素排除，促使實驗測試結(jié)論更為精確。

4? 液壓元件綜合試驗臺的系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 閥試驗系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計

液壓元件綜合試驗臺從字面上解釋，即是將液壓泵、液壓閥、液壓馬達(dá)及液壓缸等多種被試元件集中到同一臺試驗設(shè)備上，以此來完成性能測試。以上多種元件共同使用一個油源系統(tǒng)、一個液壓元件試驗操作臺、一個電氣操作控制臺，以及部分的儀器儀表和傳感器。依據(jù)液壓標(biāo)準(zhǔn)和液壓原理，選擇適宜的設(shè)計技術(shù)，并對液壓元件綜合試驗臺的系統(tǒng)整體或分體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計后，之后就需圍繞主系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)展開相關(guān)設(shè)計。為了將液壓閥、液壓泵、液壓缸及液壓馬達(dá)等試驗，在同一臺液壓元件試驗操作臺上完成，就需將主控主體選擇出來，圍繞系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為確保其它的試驗臺具有相應(yīng)的試驗條件，可將主體選擇為板式多油口閥試驗臺。因此，主控試驗臺可選取電液換向閥試驗臺。由于該試驗臺具備4個油口，即P、A、B、T，可將其作為液壓元件綜合試驗臺的主基板，也即被試件，此外，它還是該綜合試驗臺的功能閥。在選擇設(shè)計原理時，主基板上的電液換向閥就明確了通過試驗臺和系統(tǒng)的最大流量和壓力，從而確定了該試驗臺可試驗的電液換向閥的最大通徑。因此，與其相連的基板就可定為主基板。若將電液換向閥取掉，將兩個油口閥板連接到主基板上，轉(zhuǎn)變成P、T口，則可借助兩油口的板式閥完成試驗。同時也可解決兩油口和四油口三大類閥的的試驗問題。也即根據(jù)與基板連接的不同轉(zhuǎn)換連接閥板，為其提供相應(yīng)的通徑，可試驗小于試驗臺規(guī)定的最高壓力和公稱流量下的液壓閥。在對試驗臺進(jìn)行設(shè)計時，為確保螺紋管式連接閥也可進(jìn)行試驗，可在主基板下引出4個外接油口，即P、A、B、T。

4.2 馬達(dá)、缸試驗系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計

依據(jù)綜合試驗臺的原理，試驗臺與其它試驗進(jìn)行連接的主要油口，即為主控試驗電液換向閥臺上的被試電液換向閥A、B。依據(jù)試驗原理，為了完成馬達(dá)對拖的試驗，可將其模擬加載回路斷開，使用A、B兩個工作口與馬達(dá)試驗加載回路相連即可。在控制馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方式時，可將補油系統(tǒng)設(shè)置到泵加載回路設(shè)計中，選取四個單向閥作為液壓橋路，從而平衡加載泵的進(jìn)出口供油情況，采取主油路將被試馬達(dá)推動，以此來使加載泵的進(jìn)出油口方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后將主基板上的電液換向閥作為功能閥來轉(zhuǎn)變方向。將一個調(diào)壓溢流閥安裝到組成液壓橋路的4個單向閥B口側(cè)，促使馬達(dá)加載泵完成加載工況。設(shè)計液壓馬達(dá)試驗臺可測量的最大排量為50mL/r;最高工作壓力為25MPa;流量計準(zhǔn)確等級為0.5%;壓力傳感器量程為0～40MPa，測量精度為0.3%。若將兩個高壓球閥安裝在被試馬達(dá)的進(jìn)出油口處，從而截止主油路，并將被試液壓油缸連接到電液換向閥A、B及兩油口油路上，就可完成對液壓油缸的相關(guān)試驗。液壓缸試驗臺架包含的結(jié)構(gòu)為位移傳感器、軸承支座、加載缸、試驗臺架基座等。試驗臺架基座上安裝有軸承支座、加載缸支架及被試鋼支架。軸承支座可用來放置被試缸，并可自由滑動和調(diào)整高度。加載缸為被試缸的主動缸或負(fù)載缸。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力和流量時，可通過選擇不同的液壓油源供油方式進(jìn)行。借助對柱塞變量泵的調(diào)節(jié)，來進(jìn)一步排量，利用節(jié)流閥來完成對小流量的調(diào)節(jié)。被測試液壓缸最高試驗壓力為25MPa;最大試驗流量為300L/min;公稱壓力滿足GB/T2346規(guī)定;可測試不大于500mm的液壓缸外徑;壓力傳感器的量程為0～40MPa，測量精度為0.3%。

4.3 泵試驗系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計

液壓泵站可將液壓能源提供給整套的液壓試驗系統(tǒng)，如液壓泵試驗臺、液壓馬達(dá)試驗臺、伺服比例閥試驗臺等。液壓泵站主要由液壓站和兩個75kW的電控柜組成。液壓泵試驗臺在液壓元件綜合試驗臺上，相比于系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計，其是一個單獨的回路，其試驗系統(tǒng)與閥、缸及馬達(dá)等不同，在共同使用的液壓元件試驗操作臺上，為完成被試泵的出口遠(yuǎn)程加載調(diào)壓功能，可將一個遠(yuǎn)程調(diào)壓閥安裝到上面。將一個單獨被試泵的進(jìn)出口回路，設(shè)置到共同使用的油源系統(tǒng)上，并將與被試扭矩儀、液壓泵及電機組合的被試泵試驗臺架進(jìn)行連接，就可完成與液壓泵相關(guān)的試驗，并可使用同一個電氣操作控制臺。結(jié)合企業(yè)的使用需求，并參照中華人員共和國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，液壓泵試驗臺的測量參數(shù)范圍及精度分別為：最大測量排量為250mL/r;最高工作壓力為25MPa;扭矩轉(zhuǎn)速儀的準(zhǔn)確等級為0.5級;壓力傳感器的量程為0～40MPa，精度為0.3%。

5? 結(jié)語

綜上，要設(shè)計出一臺可適用于不同種類液壓元件綜合試驗的液壓元件試驗臺，使用的設(shè)計理念和設(shè)計思路都有所不同，為此，需依據(jù)液壓標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)相應(yīng)的液壓原理展開創(chuàng)造性設(shè)計和思考。開闊視野，開放思想，結(jié)合實踐中的實例和具體應(yīng)用展開設(shè)計，確保其切實可行，并保障液壓試驗臺的設(shè)計配置及人機組合較為合理。為此，在設(shè)計過程中，需充分發(fā)散思維，確保設(shè)計出的液壓元件綜合試驗臺既實用，又合理，滿足對多種液壓元件的綜合試驗。

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