一種高效液壓缸清洗試驗機液壓系統設計方案

周旭輝，魏建義，李芳，牛振華，劉志清

(1.安陽職業技術學院，河南安陽 455000;2.安陽凱拓機械有限公司，河南安陽 455000)

一種高效液壓缸清洗試驗機液壓系統設計方案

周旭輝1，魏建義1，李芳1，牛振華1，劉志清2

(1.安陽職業技術學院，河南安陽 455000;2.安陽凱拓機械有限公司，河南安陽 455000)

使用在一些重要場合的液壓缸，安裝前除需要進行各種常規測試外，還對液壓缸自身的清潔度等級提出較高要求，但普通的液壓缸試驗臺無法保證實驗液壓缸的清潔度。著重介紹一種液壓缸清洗試驗機液壓系統的設計要點，該系統充分運用電液比例自動控制，較為快捷地實現了試驗壓力與流量等參數的自動化控制調節，提高了設備的工作效率，最大程度地保證了實驗液壓缸自身的清潔度等級，提高了主機液壓系統的可靠性。

液壓缸清洗試驗臺;液壓缸清潔度

液壓缸是液壓系統主要的執行元件，廣泛應用于各種機械設備中，其性能直接影響所屬主機設備的使用功能和穩定性。液壓缸制造商在產品出廠前應對其進行嚴格的測試，比如試運行試驗、最低啟動壓力和往復運動試驗、耐壓試驗、保壓試驗、泄漏試驗等，但往往忽略液壓缸自身清潔度的保證和檢測，由于制造及組裝條件所限，油腔中難免存在機械雜質。而對于用戶，例如各種主機制造商而言，重要的液壓缸安裝前，除需要再次檢驗上述的指標外，為保證整機液壓系統的清潔度和可靠性，對于液壓缸自身的清潔度有較高要求，避免液壓缸本身對液壓系統造成污染。例如大型液壓起重機、大型混凝土泵車使用的液壓缸，其性能要求極其嚴格。但常規的液壓缸試驗臺往往不能滿足上述對液壓缸清潔度的要求。作者設計的液壓缸試驗臺除可對各種型號油缸進行試運行試驗、最低啟動壓力和往復運動試驗、耐壓試驗、保壓試驗、泄漏試驗外，還可以對液壓缸自身進行徹底的清洗，保證清潔度在較短的時間內可達到NAS1638 7級或更高，并且可對液壓缸進行超高壓力 (50 MPa)試驗，最大限度保證其可靠性。

1 系統關鍵功能的設計思路

根據設備的功能要求，實現自動清洗功能及壓力試驗時的壓力調節是液壓系統設計的關鍵。現分別將設計思路與原理闡述如下。

1.1 自動清洗功能

清洗液壓缸可以利用其進行往復運動時的液壓油紊流流動來實現。在液壓缸的往復運動中，液壓油將油缸內的機械雜質帶出，通過設置在管路的高精度過濾器將雜質捕捉。因為過濾器設置在管道上，油液工況為雙向流動，所以應將過濾器設計成可實現雙向過濾功能。其液壓原理圖如圖1所示。

圖1 過濾器原理

制作上，可以選用板式連接高壓過濾器，整流單向閥安裝在集成塊上。

液壓缸往復運動的實現，可以利用可編程控制器設置程序實現，具體控制模式可以采用壓力控制及時間控制來完成。液壓缸的運動速度可以通過采用電液比例方向閥來控制。通過操作臺設定可以無極調節運動速度。

1.2 壓力調節功能

對于液壓缸試驗臺而言，要完成各種壓力試驗項目，對系統的功能主要要求有兩點:(1)經濟可靠地實現高壓 (50 MPa或更高);(2)方便實現壓力測試曲線的設定。對于前者，使用震蕩式自動增壓器是理想的選擇，這樣對系統的主泵壓力級別要求較低，大大降低了制造成本。后者，可以選擇使用比例壓力控制閥來實現壓力的自動調節，這樣可方便地控制增壓器的入口油壓，實現高壓可控。

圖2 液壓系統原理圖及主要元件

2 液壓系統原理圖設計

該液壓缸清洗試驗機液壓系統原理圖如圖2所示。該液壓系統由試驗缸清洗回路、壓力控制回路、復位缸控制回路、循環過濾回路組成，現分別闡明系統及各回路的控制原理。

(1)系統壓力控制。

該液壓系統主泵1采用A4VSO型恒壓變量泵。泵的變量壓力設定為20 MPa。液壓泵1與電磁溢流閥5共同控制系統的工作壓力。溢流閥5為系統安全閥。為降低系統啟動時的液壓與電氣沖擊，設計上采用了以下方式:首先液壓泵電機安裝軟啟控制器，最大限度降低啟動電流;其次，程序上設定使啟動泵時，電磁溢流閥5處于開啟狀態，泵運轉5 s后溢流閥恢復正常狀態，系統實現了無壓啟動。同樣道理，為降低能源消耗，在工作間隙，操作工可以通過系統泄壓按鈕來使電磁溢流閥5開啟，液壓系統卸壓而不必頻繁停泵。

(2)自動清洗功能。試驗缸清洗回路主要由電液比例換向閥20、數字式壓力繼電器11、高壓過濾器42、試驗液壓缸及相關的轉換閥門35、36組成。自動循環清洗的運動主要由電液比例換向閥20來控制。液壓缸清洗有兩種控制模式:壓力控制模式與時間控制模式。控制原理如下:首先是壓力控制模式。在這種模式下，電液比例換向閥的換向是根據設置在液壓閥出口A、B管道上的壓力繼電器訊號來控制的。當液壓缸伸出到達極限位置時，液壓缸無桿腔管路的壓力會升高并最終達到泵輸出壓力，此時壓力繼電器11－1觸發，電液比例換向閥20換向，液壓缸縮回，當液壓缸縮回至極限位置時，液壓缸有桿腔管路的壓力會升高并最終達到泵輸出壓力，此時壓力繼電器11－2觸發，電液比例換向閥20換向。如此反復，便可實現循環動作。循環動作的數目可以從操作面板的控制屏上方便地設定。其次是時間控制模式。在這種模式下，液壓缸伸出或縮回的運動時間由PLC進行控制，當時間達到后，電液比例換向閥20換向，同樣可實現循環動作。時間參數同樣由操作面板的控制屏方便地設定。試驗液壓缸的運動速度根據缸的具體尺寸應及時調整，調整通過改變電液比例換向閥20的給定來實現。

(3)系統清潔度的控制。控制試驗液壓缸的清潔度等級是該試驗機的主要功能。為此，該液壓系統設置了多重過濾器。例如，液壓系統單獨設計了循環過濾回路，由循環泵2、冷卻器31、加熱器3、過濾器38組成，可有效控制油溫及系統清潔度，循環過濾精度為5μm。同時系統設置了回油過濾器18，過濾精度為10μm。為防止試驗液壓缸內的機械雜質進入系統對液壓元件造成損害，在試驗缸清洗回路上設置了可雙向過濾的高壓過濾器42，過濾精度為10 μm。通過這些過濾器，事實證明，有效控制了系統清潔度，試驗液壓缸在循環清洗30次后，清潔度基本達到了NAS7級。

(4)壓力試驗功能。壓力試驗是該試驗機的關鍵功能。使用增壓器可以方便實現局部高壓功能，降低了對液壓主泵的壓力等級要求，可以靈活選用中壓系列工業液壓泵，降低了系統成本及制作難度。其液壓回路主要由比例減壓閥6、換向閥9、增壓器12、壓力變送器13及相關的轉換閥門組成。增壓器的增壓比為3.2，電磁換向閥9控制增壓器是處于增壓狀態或是卸壓狀態。比例減壓閥6控制進入增壓器的輸入油壓，從而控制其最高輸出壓力。比例減壓閥6的給定可以在操作臺設定。壓力變送器13實時顯示增壓器的輸出油壓并顯示在操作面板上。通過PLC編程，可以方便地實現各種壓力測試功能。

3 結論

該油缸清洗試驗機的液壓系統設計，充分運用比例控制方式，實現了壓力與流量的復合控制，最大程度減化了系統設計。同時，巧妙運用增壓回路，實現局部高壓使系統整體性能得到優化，對其他類似功能的液壓系統有較強的應用推廣價值。

［1］成大先.機械設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2004.

［2］雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京:北京理工大學出版社，1998.

［3］路甬祥.液壓氣動技術手冊［M］.北京:機械工業出版社，2004.

Hydraulic System Design of High Performance Hydraulic Cylinder W ashing and Testing Machine

ZHOU Xuhui1，WEIJianyi1，LIFang1，NIU Zhenhua1，LIU Zhiqing2
(1.Anyang Vocational and Technical College，Anyang Henan 455000，China;2.Anyang Kaituo Machinery Co.，Ltd.，Anyang Henan 455000，China)

The hydraulic cylinder used at important occasion requirementsmore for its cleanness，but the ordinary cylinder testingmachine can'tmeet this requirements.The design points of a cylinder testingmachine were introduced.Making full use of the electro-hydraulic proportional control，the automatic adjustmentof flow and pressurewas realized.So the efficiency of the equipment is improved，the hydraulic cylinder cleanness is guaranteed to the greatest extent，the reliability of the equipment is improved.

Hydraulic cylinder test-bed;Cleanness of hydraulic cylinder

TH137.51

A

1001－3881(2014)10－146－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.045

2013－04－23

中央財政支持提升專業服務產業發展能力資助項目

周旭輝 (1976—)，男，高級工程師，主要從事液壓系統的教學與科研等方面的工作。E－mail:15518881369@163.com。