液壓調平系統(tǒng)部件檢測試驗臺設計

范　鸞

（國防科技大學 機械工程系，湖南　長沙　410000）

液壓調平系統(tǒng)部件檢測試驗臺設計

范鸞

（國防科技大學 機械工程系，湖南長沙410000）

根據(jù)泵類、缸類、閥類液壓元件的檢測要求，需要完成對一個特定的液壓調平系統(tǒng)的各部件檢測試驗臺的原理設計。文章進一步分析了各部件的檢測系統(tǒng)、合并同類項，以達到縮小試驗臺體積的目的。利用軟件實現(xiàn)檢測系統(tǒng)液壓元件和管路的調用，以簡化操作流程。

液壓試驗臺；系統(tǒng)合并；軟件控制

一個完整的液壓系統(tǒng)由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油組成。其中，液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，將原動機的機械能轉換成液體的壓力能；液壓缸是執(zhí)行元件，將液體的壓力能轉換為機械能，驅動負載作直線往復運動或回轉運動；各種液壓閥是控制元件，控制和調節(jié)液體的壓力、流量和方向；輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表等。實現(xiàn)對一個特定的液壓系統(tǒng)各部件的檢測，也就完成了對各類液壓部件檢測的研究，這個液壓檢測試驗臺在一定壓力范圍內(nèi)，能滿足各類液壓元件的檢測需求。筆者在分析各類液壓元件的檢測要求之后，對各種液壓元件的檢測系統(tǒng)進行設計，并對各個檢測系統(tǒng)進行同項合并，運用電動開關閥和單向閥實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的整合和局部調用，探索完成了針對某特定液壓調平系統(tǒng)各液壓部件的檢測試驗臺的設計。

1　檢測要求

待檢測的液壓元件屬于一個完整的平臺液壓調平系統(tǒng)，調平前后平臺的支撐由4個輪子轉換為3個調平油缸，通過控制3個調平油缸的伸縮實現(xiàn)平臺的快速調平，此液壓系統(tǒng)的結構如圖1所示。

此液壓系統(tǒng)的調平有電動和手動兩種模式，故其含有電動泵和手動泵兩種動力元件，通過控制閥、手動閥、單向閥、液控閥、快慢閥、節(jié)流閥和轉接頭，實現(xiàn)對液壓泵輸出的油液進行流向控制、壓力控制和流量控制，最終傳輸?shù)綀?zhí)行元件，即調平油缸和翻轉油缸，完成負載平臺的調平和車輪的翻轉。

通過分析各待測液壓部件的檢測要求，發(fā)現(xiàn)檢測項目主要涉及保壓檢測、流量檢測、閥門功能性檢測3個方面，具體檢測指標如表1所示。

圖1　液壓調平系統(tǒng)結構

表1　各液壓部件的檢測要求

綜合對待檢測部件的分析，檢測試驗臺的綜合技術要求如表2所示。

表2　檢測試驗臺性能參數(shù)

2　檢測系統(tǒng)設計

檢測系統(tǒng)設計包括各類檢測項目的檢測原理分析、各個部件檢測分系統(tǒng)設計以及檢測系統(tǒng)同類項的合并與局部調用的實現(xiàn)，檢測設計如圖2所示。

2.1保壓檢測設計

圖2　保壓檢測系統(tǒng)結構

統(tǒng)計保壓檢測要求和檢測系統(tǒng)壓力要求主要有2MPa，6MPa，10MPa，15MPa 4種狀態(tài)，檢測系統(tǒng)由電動泵泵油，電動開關閥（Kd4～6）根據(jù)檢測系統(tǒng)需要接入安全閥，實現(xiàn)檢測系統(tǒng)最高壓力的控制，完成各項保壓檢測，或達到系統(tǒng)其他檢測的壓力要求。控制系統(tǒng)壓力的安全閥接入的電動開關閥的通斷，由邏輯控制程序與檢測流程同步實現(xiàn)。

2.2流向檢測設計

在閥門功能檢測，即閥門的單向導通、雙向導通、換向等功能的檢測模塊如圖3所示，根據(jù)對每種待測閥門的結構和檢測要求的分析得出，為了滿足各個閥的檢測，需要4組上述流向檢測的檢測模塊。模塊的調用同樣是通過電動開關閥的通斷，由邏輯控制程序與檢測流程同步實現(xiàn)。

圖3　流向檢測系統(tǒng)結構

2.3各類檢測系統(tǒng)的對比與合并

泵類待測部件的檢測，不需要額外的動力元件，只需要油箱、安全閥、壓力表和流量表，故將此類元件的檢測獨立為一個檢測分系統(tǒng)。

閥類和油缸類待測部件的檢測，需要額外的電動泵作為動力元件，為檢測系統(tǒng)提供能達到一定壓力的油液，通過各待測部件結構和檢測要求分析，對各個檢測系統(tǒng)進行同類項合并和油路的綜合規(guī)劃，得出閥類和油缸類待測部件的檢測分系統(tǒng)具體調用情況如圖4所示。

3　控制軟件設計

硬件平臺搭建好了，如何讓系統(tǒng)運作起來，這就需要控制軟件的設計了，需要分層完成對應的定義與協(xié)同。首先是物理層，確定電動開關閥與控制程序變量的對應，通過放大電路和數(shù)模轉換電路實現(xiàn)程序0或1對變量的賦值，確定特定開關的通斷；其次是邏輯層，確定檢測某個液壓部件的過程中，每個檢測狀態(tài)對應哪些電動開關的通或斷，實現(xiàn)相應液壓元件和管路系統(tǒng)的調用；最后是交互層，讓操作人員明確，他的每一步操作，對應的功能，檢測系統(tǒng)將處于的狀態(tài)，以及需要做的準備和注意事項。這就是控制軟件的分層設計思路。

圖4　試驗臺檢測系統(tǒng)結構圖

明確控制軟件的設計步驟以后，還需要進一步明確每個部件檢測的操作流程。每個檢測的實現(xiàn)，需要對應特定的檢測系統(tǒng)狀態(tài)，每種狀態(tài)之間如何安全地切換。特別是涉及高壓液壓系統(tǒng)后，安全是特別重要的，檢測系統(tǒng)壓力從低到高，再從高到低的切換，合理的安排可以一定程度提高安全度和系統(tǒng)狀態(tài)切換的速度，這就需要對檢測流程進行合理規(guī)劃設計，從而實現(xiàn)控制系統(tǒng)狀態(tài)的順利切換，即液壓系統(tǒng)局部元件與管路的調用。

這里以控制閥的檢測為例，如圖5所示，簡述檢測操作流程的設計以及邏輯控制的實現(xiàn)。

明確操作流程以后，如何實現(xiàn)操作流程的順序進行，如何控制硬件平臺中各元件的狀態(tài)，與操作人員期望的狀態(tài)一致，這就需要邏輯控制來實現(xiàn)。如圖6所示，硬件平臺上的每一個元件對應一個特定的編號，可控的元件對應一個特定的邏輯變量，從對邏輯變量賦值的改變，來變換可控元件的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的局部調用。

圖5　控制閥的檢測流程

檢測流程是以檢測要求和檢測過程說明為藍本的，故其與檢測表也是對應的，為了更加明確檢測過程與檢測系統(tǒng)邏輯的對應關系，列出了上表。其中K2是檢測系統(tǒng)電動泵的啟動開關；K3是電磁鐵1的啟動開關，電磁鐵1控制待檢測的控制閥的閥體2的換向；K4是電磁鐵2的啟動開關，電磁鐵2控制待檢測的控制閥的閥體3的換向；Kd4是2MPa安全閥的隔離電動開關，“1”狀態(tài)表示上電即“通”狀態(tài)，“0”表示斷電即“斷”狀態(tài)，如在6MPa的保壓檢測中，Kd4為“0”狀態(tài)，即2MPa的安全閥被斷開于系統(tǒng)，系統(tǒng)最大壓力能達到6MPa；Kd5是6MPa安全閥電動隔離開關，一致處于常“通”狀態(tài)；Kd7是檢測系統(tǒng)的輸出端口之一，與相應的手動開關閥連通，這些手動開關閥是待測部件接入檢測系統(tǒng)的唯一接口，根據(jù)待檢測部件的不同，調用不同的檢測系統(tǒng)局部，選用相應的手動開關閥接入；Kd17是檢測系統(tǒng)末端的保壓電動開關，待系統(tǒng)壓力達到后，隔離液壓系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，開始保壓檢測。通過分析，會發(fā)現(xiàn)，電磁鐵檢測后，2MPa保壓檢測開始前的檢測系統(tǒng)各相關開關的狀態(tài)與閥芯檢測時的檢測系統(tǒng)狀態(tài)一致；檢測完畢后，系統(tǒng)各開關的狀態(tài)與控制閥檢測開始時的初始狀態(tài)一致。這些系統(tǒng)狀態(tài)的定義，如“P9”等，與人機交互界面一致，在操作員點擊相應界面的下一步時，會啟動檢測系統(tǒng)處于相應的狀態(tài)，這就是控制邏輯設計的目的和意義。

圖6　控制閥檢測的邏輯控制實現(xiàn)

4　結語

多個檢測系統(tǒng)的綜合，實現(xiàn)對一個完整的液壓調平系統(tǒng)的各種部件的全面檢測，有優(yōu)勢也有缺點，優(yōu)勢是通過各個檢測系統(tǒng)的綜合和局部調用，極大限度地控制了檢測平臺的體積、關鍵液壓元件的數(shù)量，對各類液壓元件的檢測，系統(tǒng)具有一定的兼容和擴展性；缺點是未能引入各種傳感器，未能實現(xiàn)檢測過程的全自動，還需要操作人員的人工介入，這是以后需要完善進步的方面。對于各種液壓傳感器的研究與應用需要進一步深入探索。

同時，雖然檢測系統(tǒng)主要液壓元件數(shù)量減少，系統(tǒng)體積縮小，但是系統(tǒng)復雜程度卻有所提升，檢測系統(tǒng)自身的維護問題不容忽視，這也是我們完成液壓元件檢測功能以后，需要進一步研究和完善的問題。

多功能液壓檢測試驗臺的研制、自動化控制在液壓檢測領域的應用、檢測系統(tǒng)自監(jiān)控的發(fā)展，這些液壓檢測領域的需求將越來越多，更是我們努力的發(fā)展方向，產(chǎn)學研的合作將為發(fā)展提供更大的動力和更好的加速度。

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Design of the large-torque precise cable drive mechanism

Fan Luan
（Mechanical Engineering Department of National University of Defense Technology， Changsha 410000， China）

According to the testing requirements of pumps， cylinders and valves hydraulic components， completing the system design of each component test bench of a specifc hydraulic leveling system is needed. The article further analyzed the detection system of the various components， merging similar items to reduce the volume of the test platform. Calling the hydraulic components and pipes of

hydraulic test platform； system design； software control

范鸞（1981— ），女，湖南常德，本科，工程師；研究方向：機電控制研究。

detection systems to simplify operations with the software.