液壓缸性能測試試驗臺的改進設計

武金良

天津城建大學(天津 300384)

液壓傳動系統基于其功率密度大，無極調速方便，工作平穩，易于過載保護和自動控制[1,2]等特點在各個行業的設備上有著十分廣泛的應用。液壓缸是將油液的壓力能轉變為機械能的裝置[3]，作為液壓執行元件[4]，其性能參數在出廠時應滿足相關國家行業標準[5]，以使系統的正常工作及功耗情況得到保證。設計的液壓缸試驗臺[6]包括液壓回路部分和測控部分，滿足國標規定的液壓缸試驗條件，并在自動化程度、功率的合理利用及檢測效率等方面都加以完善和改進，能夠完成對中小型液壓缸性能的有效測試。

1 液壓缸性能測試試驗臺組成及原理

1.1 測試試驗臺的組成

(1)液壓回路

液壓缸性能測試試驗臺的液壓系統回路設計主要參照國標《液壓缸實驗方法》( GB/15622-2005)[7]中

“型式試驗液壓系統原理圖”如圖1 所示的液壓回路。

該液壓系統中的加載缸回路在進行耐壓測試、泄漏測試及負載效率測試過程中應相應的控制元件均需手動調節，故自動化程度很低，檢測效率不高，同時液壓泵在檢測過程中始終處于高功率輸出狀態，使系統的功率損失較大，功率的有效使用效率不高，系統存在較大溫升問題。再者，該系統檢測過程得到的數據的準確性受人為觀測的影響因素較大，其數據的準確性及精度都不高。

在滿足試驗條件的前提下，在圖1 所示的原理圖基礎上，融入綠色設計理念，從提高系統自動化程度、提高檢測過程的效率，合理使用功率，降低系統溫升，提高檢測數據的準確性和精度為出發點，對該測試臺的液壓回路加以改進優化，設計了如圖2 所示的液壓測試回路，測試所需的原始數據即從該回路中得到。

圖1 液壓缸型式試驗液壓系統原理圖

圖2 優化的液壓缸測試系統回路原理圖

圖2 所示的回路中，溢流閥采用先導式的，其穩壓效果優于直動式，使加載穩定性得到提高。主油路采用三位四通“H”型中位機能的換向閥，使液壓泵能夠方便地實現卸荷，降低了電機的啟停次數，延長了其使用壽命，同時也降低了系統的功率損耗。兩個液控單向閥形成的鎖緊回路能夠很方便的將加載缸活塞閉鎖在其行程范圍內的任意位置。試驗缸采用進油節流調速回路，使試驗缸的伸出與回縮速度均可調。相應元件參數的選擇能夠匹配完成常用典型中、小型工程液壓缸的性能測試并達到相應精度的要求。

(2)測控系統

測控系統主要由計算機、A/D 和D/A 接口板、控制電路、主要檢測參數傳感器等組成，原理框圖如圖3 所示。該系統主要用于從液壓回路的相應位置上檢測試驗過程中需要采集并記錄的壓力、流量及溫度等相關參數，避免了人為誤差對測量數據準確性及精度的影響，相應計算機、接口板、傳感器的選型應滿足試驗臺檢測的需要。

圖3 試驗臺測控系統原理框圖

1.2 測試試驗臺工作原理

將試驗臺的測控系統與液壓回路進行搭接，將液壓缸10 的活塞桿完全縮回，不得影響試驗缸11 的試運轉過程，利用閥13 完成試運轉測試，此狀態下還可進行缸11 的全行程測試，利用溢流閥17 的調壓過程獲得試驗缸的最低啟動壓力值。將液壓缸10 與11 通過連接件19 進行剛性連接，通過閥8 和9 的鎖緊功能將試驗缸缸11 的活塞在試驗位置上固定后，結合閥17 的調壓功能可進行內泄漏的測試與耐壓測試。閥3和17 調節缸11 工作腔壓力，閥12 和21 調控缸11的速度，可進行緩沖試驗和效率測試。使用加熱器22將油溫加熱到指定溫度進行高溫測試。調節閥13 換向，閥17 調壓，結合加載缸的運行可對試驗缸進行耐久性測試。

測試試驗臺檢測過程中，相應的壓力、流量、溫度等數據可以由傳感器得到。

于在性能上有不同側重要求的液壓缸可有針對性的選測相應測試項目，一般工程液壓缸都要對試運轉、全行程、最低啟動壓力、耐壓及泄漏項目進行測試。

2 液壓缸性能測試過程

使用該試驗臺對某典型液壓缸進行常規性能檢測，過程如下：

2.1 試運轉測試

加載缸10 活塞桿回縮到行程末端，要求對試驗缸11 的全行程范圍內無剛性干擾，利用閥17 調定系統處于低壓，即能使試驗缸缸11 克服自身阻力，在全行程范圍內完成正常的伸出與回縮動作即可，通過換向閥13 使缸11 完成5 次以上全行程的正常伸縮即可。

2.2 全行程測量

在試運轉測試完成后，用閥13 使測試缸活塞分別停留在行程末端上，測量測試缸的其全行程長度，該測量結果應滿足設計和使用的要求。

2.3 啟動壓力特性測試

試運轉測試后，活塞桿回縮，閥12 和閥21 節流口全開，閥17 導閥彈簧全松，換向閥13 左位接入到回路中，均勻緩慢地調節溢流閥17 的導閥，逐步提高調定壓力值，觀察測試缸11 無桿腔進油口處壓力傳感器測量的壓力值，活塞在開始啟動時的壓力值即為該測試缸的最低啟動壓力值。

2.4 耐壓性測試

將加載缸10 與測試缸11 的活塞桿用連接件19連接，使用加載回路中的液壓鎖將測試缸的活塞分別鎖定在其行程末端，但不得與缸蓋有接觸，調節閥17為測試缸的工作腔加壓并保壓2 min，閥17 的調定壓力值錯誤！未找到引用源。應為按測試缸的額定壓力確定：p， p時，，耐壓性測試后試驗缸不應出現任何異常現象。

2.5 泄漏測試

將加載缸10 與測試缸11 的活塞桿用連接件19連接，使用加載回路中的液壓鎖將測試缸的活塞分別鎖定在其行程末端，但不得與缸蓋有接觸，調節閥17為測試缸的工作腔加其額定壓力，在測試缸的另一出油口處用流量傳感器測試內泄漏量。

在測試缸的檢測過程中應實時觀測其密封處、零件配合處、調節機構處是否存在外泄漏的現象。

2.6 負載效率檢測

將加載缸10 與測試缸11 的活塞桿用連接件19連接，換向閥7 左位接入回路，閥13 的右位接入回路，調節閥3 使加載壓力逐漸升高，使測試缸在不同負載下完成其伸出動作，測試不同負載下測試缸的效率。

3 試驗數據處理及缸的質量等級評定

完成液壓缸的檢測試驗后，對原始數據按相關國家行業標準(GB/T15622-2005)進行處理，液壓缸質量等級應按相關行業標準(JB/T10205-2000)的規定進行分析評定。

4 結論

設計的液壓缸性能測試試驗臺盡可能減少元件的使用數量，在減少試驗臺本身的成本的同時使試驗臺的測試過程中功耗降低，操作過程高效、簡單，傳感器保證了試驗數據的準確性，加載缸回路采用了液壓鎖，能夠在泵卸荷的狀態下，有效鎖定被測缸活塞的位置，不但合理的處理了系統的功耗問題，而且提高了試驗臺的自動化程度。

由設計的試驗臺獲得的數據既可以作為液壓缸質量等級評定的依據，又能為檢驗液壓缸的設計方案、優化缸的結構提供有力數據支持。

設計液壓缸性能檢測試驗臺可運用于各種類型的中、小型液壓缸的性能測試。

[1]姜繼海,宋錦春,高常識.液壓與氣壓傳動(第二社)[M].北京:高等教育出社,2010:4-5.

[2]左健民.液壓與氣壓,第4 社[M ].北京:機械工業出社社,2012: 50-73.

[3]許迎,劉永光,王聰．大型液壓缸測試用試驗臺研制［J］.機械工程師: 2013(6):81-83．

[4]劉曉明,葉瑋.液壓缸結構設計及運行特性分析［J］.液壓氣動與密封,2013(07):17-21.

[5]晁建桃.起撥道機液壓缸測試臺的液壓系統設計［J］.液壓與氣動,2013(1):85-87.

[6]喬學新.關于液壓元件綜合試驗臺的系統綜合結構設計［J］.液壓與氣動,2010(2):32.

[7]GB/T15622-2005，液壓缸試驗方法［S］．