液壓缸綜合試驗臺研制

1序言2試驗設備及功率回收回路液壓庫由三個執行元件組成：試驗對象液壓庫、對申請液壓庫、側面壓力加載液壓庫、主缸、六組電機泵組、四個插裝閥組和輔助設備。系統在性能試驗中,采用非功率回收回路,以提高測試的穩定性和準確性;在進行耐久性試驗中采用功率回收回路,以節約能源。該系統的工作原理如圖1所示。2.1系統控制系統被試液壓缸系統的動力源為泵B1、B2(性能試驗中閥F1-1關閉),泵B3為考慮以后發展的備用泵。根據被試缸的規格不同,可選擇單泵變量、雙泵變量或三泵變量,以實現有級和無級的流量控制。系統壓力由比例溢流閥7實現遠程控制調節(電磁鐵3YA通電,若3YA不通電,液壓泵卸荷)。被試缸的往復運動或停止由插裝閥C3、C4、C5、C6的先導閥H2的電磁鐵1YA或2YA的通電情況來實現。被試缸的回油路通過背壓閥6和回油閥組接通,當電磁鐵9、10、11YA均不通電時,被試缸回油通過插裝閥C16直接回到油箱,不對流量進行測試,當電磁鐵10、11YA均通電時,回油通過插裝閥C14和小流量計回到油箱,當電磁鐵9、11YA均通電時,被試缸回油通過插裝閥C15和大流量計回到油箱,以提高流量測試的精確度。2.2加載缸進油管和補油流量的控制對頂加載液壓缸由泵組B4、B5、B6提供補油(也可由B3提供)。試驗中選擇對頂加載缸的規格與被試液壓缸相同,根據液壓缸的規格確定供油泵組數。對頂加載缸進油路上的壓力由插裝式比例溢流閥9進行調控(電磁鐵4YA通電,若3YA不通電,液壓泵卸荷),加載缸的補油流量由插裝式流量閥8進行調節(旁油節流調速)。由泵組B4、B5、B6流來的油液通過插裝閥C8、C9、C10、C11組成的橋式整流回路進入加載缸,加載缸的回油通過橋式整流回路、插裝閥C7流回油箱,加載缸回油路的壓力通過插裝閥C7的先導控制閥H4由比例溢流閥1或4進行調節,從而控制加載力的大小,而溢流閥2、3主要起過載保護作用。2.3油液換向閥回路側向力加載液壓缸通過側向力減壓回路輸送油液,該回路由減壓閥5和換向閥H3組成,通過控制換向閥電磁鐵7YA或8YA通電情況,可以控制是否進行側向力加載。2.4被試缸液壓系統在液壓缸的耐久性試驗中,為節省能量,采用功率回收,此時閥F1-1打開,比例溢流切換閥組的換向閥H4開啟(電磁鐵5YA或6YA通電),比例溢流閥1或4的壓力上調(起過載保護作用),加載缸排出的油液可通過閥F1-1進入被試缸,被試缸的回油仍然通過背壓閥6和回油閥組接通,通過回油閥組中的插裝閥C14或C15或C16回到油箱。此時系統只需提供機械損失和容積損失所需能量。泵組B1、B2向被試缸提供功率回收高壓容積補償(此時所需泵提供的流量很小),泵組B4、B5、B6向加載缸提供功率回收壓力補償。另外,為了減少系統壓力脈動,提高系統穩定性,在被試缸液壓系統中設置了蓄能器;為減少油液污染,在泵出口設置高壓濾油器,系統回油口處設置回油濾油器,泵的吸油口處設置吸油過濾室;為保持油液溫度在規定范圍內,油箱內設置加熱器用于系統加熱,回油管路設置散熱器用于系統冷卻。3信號分析和測試條件控制測控系統要完成:液壓系統非電量參數到電量參數的變換;各種被測參數值的顯示;自動測試中的信號轉換和數據采集;信號分析處理;測試結果的輸出(顯示、存盤、打印);對測試過程及整個試驗臺測試條件的控制等。測試精度主要由系統的硬件環境來保證。系統硬件功能可分為三個方面,即:試驗數據測試、試驗參數調節及油溫控制(見圖2)。3.1測量方案試驗數據測試系統用于采集液壓缸試驗過程中的液壓缸進出口油壓、液壓缸進出口流量和外泄漏量、液壓缸啟動壓力及進出口油溫。液壓缸進出口油壓由壓力傳感器測定,變送器與傳感器一體,經變送和放大的直流模擬電壓信號由屏蔽線輸出,送至遠控臺。液壓缸進出口油溫及油箱油溫由熱電偶溫度傳感器測定,同樣為模擬電壓輸出。液壓缸出口流量由橢圓齒輪流量計測量,經光點脈沖發生裝置變送,將一定測量時間內的流量值轉變為脈沖數送入二次儀表。根據所選傳感器的儀表常數,可確定對應于給定精度等級的測量時間。液壓缸試驗流量范圍較大,為保證測試精度,采用兩塊量程大小不同的流量傳感器并聯切換。液壓缸內泄漏量相對較小,約為0.1~0.5L/min,不宜采用容積式流量傳感器。通過測量液流充滿精確標定容積的時間,定出該時間內的平均泄漏量。計時采用光點開關,具有較高精度。以上各路信號首先送往安裝在遠控臺上的二次儀表,通過多路數碼管以文本方式顯示,便于操作人員觀測。之后由二次儀表輸出端送往計算機接口。壓力、溫度、流量均為0~+0.5V模擬信號。信號通過屏蔽線送入端子板由濾波電路除去高頻干擾,經A/D接口轉換為TTL電平數字量,再由計算機識別讀取。3.2比例流量泵和比例溢流閥根據液壓缸試驗有關規定需要調節的試驗參數為液壓缸進口壓力及流量。壓力調節的執行元件選用插裝式比例溢流閥,該溢流閥是通過控制無反饋電磁鐵進而控制壓力,流量調節的執行元件是比例流量泵,比例流量泵由操作人員在遠控臺通過手動調節相應穩流電源帶動比例泵實現轉速粗調。比例溢流閥和流量閥用于精確調節液壓缸壓力與流量,在遠控臺通過手動調節相應電源較精確地調節試驗所需的壓力,通過流量閥,調節液壓缸所需速度,以滿足試驗B級穩態條件要求。由計算機經PCL-711S接口卡的2路D/A輸出模擬電壓信號分別送入比例溢流閥和流量閥,通過對用戶向計算機輸入的期望試驗壓力值與從壓力及流量傳感器向計算機的返回值兩者進行比較,由軟件實現壓力及速度的閉環控制。3.3溫度控制系統數學模型由于整個系統油液體積較大,作為被控的對象的油溫是一個大慣性的緩變量。而且液壓系統管路復雜且試驗工況較多,所以很難建立被控對象精確的數學模型。為此采用開關控制方案,通過判斷各油溫傳感器送回的溫度值及變化趨勢,打開或關閉安裝在油箱底部的電加熱器或油箱四周的循環冷卻水閥門,以控制油溫在試驗條件允許范圍內。開關控制有兩種方式,可通過遠控臺上控溫儀由操作人員根據經驗手動調節。也可通過微機,根據油液溫度值及其變化率確定升溫點和降溫點,經PCL-711接口卡數字IO輸出數字量,經放大后帶動繼電器開關,控制油溫。3.4液壓缸控制系統該軟件具有實時顯示試驗參數、判斷試驗穩態條件及油液溫度條件是否合格、調節和控制液壓缸進口油壓及速度、設定油溫控制升降點以及進行傳感器的系統標定等功能。該軟件還能夠針對液壓缸型式試驗的不同試驗項目,對試驗數據進行相應離線處理,并將所需數據以圖形及文本方式輸出到相應外設(打印機、顯示器)上。4軸向加載力系統壓力:32MPa;測試最大行程:3000mm;最大軸向加載力:2000kN;最大側向加載力:200kN;系統最大流量:570L/min。5臺架試驗系統的設計特點(1)試驗臺能按照GB/T15622-1995要求進行液壓缸型式試驗項目,滿足B級測試精度測試條件;(2)試驗臺采用手動和自動控制,計算機采集、處理和打印輸出;(3)通過傳感器采集測試數據,實時顯示速度-位移曲線、效率-位移曲線、摩擦力-位移曲線、壓力-位移曲線、輸出力-位移曲線;計算機軟件具備自動校正功能,界面清晰,操作方便。(4)可實現人機對話進行液壓油溫度和泄漏量處理;(5)設置兩套試驗臺架適用于液壓缸的對頂加載和側向力的模擬試驗。設置側向力裝置施加在被試液壓缸活塞桿桿頭處,一般為被試缸軸向力的10%;(6)適應范圍廣:行程范圍為0~3000mm,最大缸徑為!280mm,臺架可分別在不同行程范圍時進行調節,能滿足不同規格的支腿和變幅液壓缸進行試驗。經增設工裝后可進行挖掘機液壓缸和市場液壓缸試驗;(7)試驗系統具備非功率回收和功率回收功能,并可方便切換;非功率回收可提高性能測試的穩定性和準確性,功率回收系統可節約能源;(8)容積補償和非功率加載均采用比例閥控制壓力,壓力補償和容積補償均采用比例泵控制流量;(9)在加載狀態下,可實現液壓缸任意位置鎖緊,能進行任意位置的泄漏量測試和保壓。(10)流量調節、壓力調節、自動換向記數和換向時間調節在面板上集中控制。總體布局合理、美觀,便于檢修;液壓、電氣設計穩定可靠;計算機系統可靠,充分體現先進的測試水平并全面反映測試參數和數據。6試驗臺的研制及其特點該試驗臺采用功率回收系統對液壓缸進行耐久性試驗大大降低了能源消耗,它只要提供機械損失和容積損失所需能量即可。現以QY50K.28變幅液壓缸試驗為例進行計算。液壓缸主要參數為:缸徑φ280mm,桿徑φ220mm,工作壓力22MPa,行程2700mm,試驗速度0.03m/s,試驗加載運行按照10萬次計算。采用背壓加載方式進行耐久性試驗(非功率回收):試驗流量:由此看來,該試驗臺在節