基于功率匹配的油缸試驗臺液壓系統設計

黃 燁

（浙江工業職業技術學院，浙江紹興 312000）

0 前言

油缸作為液壓傳動的主要執行元件，廣泛應用于工程機械、起重設備、冶金機械、農業機械、車輛工程、武器裝備、航空航天裝備等領域中，油缸質量和性能的好壞，直接影響整個液壓系統和設備的正常工作，因此檢驗與測試油缸性能至關重要。在油缸開發、出廠檢驗、產品驗收過程中，需要對液壓缸進行試驗。由于油缸的品種、規格多，因此，設計能滿足不同直徑與行程、不同負載（不同流量與壓力）的液壓缸通用試驗臺，并與負載功率匹配，提高試驗臺的運行效率，降低能源消耗顯得非常必要。

按照GB/T 15622——2005 規定[1]，液壓缸的型式檢驗項目有10項，其中耐久性試驗消耗功率最多，是油缸試驗臺的關鍵。

1 油缸試驗臺液壓系統設計

一般油缸試驗臺液壓系統如圖1～5所示，油缸試驗臺系統一般由被試缸子系統、加載缸子系統、檢測控制子系統組成；按組成模塊分供油模塊、控制閥模塊、電氣控制模塊等。

為了滿足不同規格的油缸進行性能測試，油缸試驗臺需要提供不同的壓力和速度。不同的被試油缸要承受不同的液壓力，加載缸需要提供不同的加載壓力，因此在被試液壓缸支路和加載缸支路設置溢流閥調定壓力；對于速度調節，加載子系統和被試缸子系統采用節流調速或變量泵調速。

如圖1 為國標GB/T 15622—2005 液壓缸型式試驗液壓系統原理圖[1-2]，溢流閥3 調定加載缸的壓力后，差動加載缸提供一定的負載，泵2 起補油作用；被試缸13的壓力由17調整，往復速度由單向節流閥20、21調節。該系統簡單實用，但節流調速發熱量大，功耗大，不宜于高速和功率大的場合。將圖1 中的節流調速改為變量泵調速，成為圖2系統，減少功耗。

圖1 單向節流調速液壓系統

圖2 變量泵調速液壓系統

對于功率大的加載缸，采取換向閥控液壓系統，如圖3～5。

圖3 中，泵2 和2’、16 和16’采取中高壓泵、高壓泵組合形式，可單獨供油，流量大時可雙泵供油，加載缸壓力由加載閥6調節，并利用雙向整流回路[3-4]。如果需要加載側向力，由于側向力一般為被試液壓缸軸向力的10%，此力較小，可以在側向加載支路上設置減壓閥構成減壓回路。

上述幾種組合，采用的是節流調速，且由于泵所能直接提供的流量通常不能與油缸所需流量匹配，而是依靠溢流損失來滿足的，故該液壓系統總體功率損耗比較大。

圖4 中，泵2 和13 采取中高壓變量泵，利用比例閥和變量泵一起調節進入液壓缸的流量——容積節流調速，由于容積節流調速沒有溢流損失，效率高，速度穩定性好，調整范圍大，且能準確控制油缸速度[5-6]。

圖3 具有側向加載的液壓系統

圖4 比例閥控液壓系統

功率大，特別是功耗及發熱量大時，應采取圖5所示具有功率回收的液壓系統[7]。當截止閥13關閉時，泵2、2’獨立向加載缸供油，壓力由溢流閥4、5調節。當截止閥13打開時，進行功率回收，此時有兩種情況：（1）若截止閥7 關閉，泵17、17’向被試缸和加載缸有桿腔供油，泵17、17’壓力由溢流閥15 調節；（2）若截止閥7 打開，泵2、2’、17、17’聯合向兩缸供油，此時截止閥14關閉，系統壓力由溢流閥4、5調節（系統壓力還可設置多級遠程調節），這種情況下，可提供最大流量。

圖5 具有功率回收的液壓系統

該組合一般采取中低壓變量泵與高壓泵組合形式，也可采取三泵組合，分別為低壓泵、中高壓泵和高壓泵，變量泵為系統提供主要油液，有恒壓泵和恒流泵；高壓泵作補油之用。

此外，有些油缸液壓系統，在主高壓回路中設置蓄能器，以減少系統壓力脈動，提高系統穩定性。

2 結論

根據油缸規格、負載和運行速度不同，設計不同的試驗臺液壓系統，選擇不同的供油方式，做到能源與負載功率匹配，降低功率損耗，同時提高系統運行質量。

［1］GB/T 15622-2005.液壓缸試驗方法［S］.

［2］彭熙偉.液壓缸綜合性能試驗臺設計［J］.液壓與氣動，2011（11）：93-94.

［3］張新，陳尚兵.油缸試驗臺的液壓系統［J］.煤礦機械，2010，2（31）：115-117.

［4］張立軍，劉克銘.液壓缸試驗臺液壓系統的初步設計［J］.機床與液壓，2008，12（36）：110-112.

［5］徐灝.機械設計手冊·液壓傳動與控制：第5版［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［6］王春行.液壓控制系統［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［7］紀躍波，張飛.高壓高速液壓缸耐久性試驗功率回收節能技術［J］.集美大學學報，2010，3 （14）：63-67.