多通道伺服液壓加載設(shè)備設(shè)計(jì)

解泳軍

（中國(guó)航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

多通道伺服液壓加載設(shè)備是液壓動(dòng)力源，輸出一定壓力、流量的液體動(dòng)力，供零部件疲勞加載試驗(yàn)用。整套設(shè)備應(yīng)具有先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中應(yīng)保持流量、壓力穩(wěn)定、脈動(dòng)小、并且無(wú)干擾情況下任意組合油泵運(yùn)行，可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的壓力項(xiàng)目的試驗(yàn)需求；具備遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行中的設(shè)備狀態(tài)，故障顯示、故障報(bào)警、故障切斷等，安全保護(hù)性好。能夠用于零部件的單點(diǎn)及多點(diǎn)的電液伺服加載。

1 多通道伺服液壓加載設(shè)備

1.1 技術(shù)指標(biāo)

設(shè)備的工作壓力21MPa，最高壓力為25MPa；總流量400 升/分；工作溫度范圍+5 ～+55℃；壓力連續(xù)調(diào)整；加載最大載荷300KN；油缸行程最大距離行程130mm；具有超溫報(bào)警、超壓自動(dòng)卸荷、超低液位自動(dòng)停泵，溫度超限自動(dòng)停泵、單泵故障顯示并自動(dòng)換泵等功能；工作介質(zhì)為N46 抗磨液壓油。

1.2 總體結(jié)構(gòu)

液壓加載設(shè)備由總泵站和四個(gè)子站組成，總泵站包括泵源、公用油箱、小循環(huán)冷卻系統(tǒng)、油路油管、集油器、電器控制柜及遠(yuǎn)程控制盒組成。

1.3 總泵站工作原理

主油箱用隔板分成兩個(gè)區(qū)域(見(jiàn)圖1)，后半?yún)^(qū)域?yàn)槌鲇蛥^(qū)，前半?yún)^(qū)為回油區(qū)，四個(gè)泵組中每個(gè)泵組的吸油口用一個(gè)蝶閥控制其開(kāi)閉。液壓油通過(guò)變量柱塞泵進(jìn)入單泵控制閥塊，經(jīng)過(guò)閥塊進(jìn)入高壓油路。單組控制閥塊具有手動(dòng)調(diào)壓、超壓卸荷、軟啟動(dòng)以及測(cè)壓之功能，單組控制閥塊的溢流閥壓力應(yīng)調(diào)到系統(tǒng)額定壓力以上。4 臺(tái)泵組的高壓油都匯集到高壓油管內(nèi)，進(jìn)入總控制閥塊，總控制閥塊具有遠(yuǎn)程壓力控制之功能，總溢流閥上泄露油則通過(guò)裝在溢流油路上的流量計(jì)計(jì)量后返回油箱。高壓油通過(guò)高壓油濾、高壓球閥再到地溝管路，在地溝管路的終端有集油器，集油器向液壓子站提供系統(tǒng)額定壓力液壓油，液壓子站再向工作液壓系統(tǒng)提供不同壓力的油源。

工作液壓系統(tǒng)的回油通過(guò)子站進(jìn)入回油集油器，再通過(guò)地溝管路上裝有回油流量計(jì)，主閥塊溢流閥泄油流量計(jì)和回油路流量計(jì)上均帶有流量變送器，通過(guò)遠(yuǎn)程遙控柜上的小型觸摸屏操作者可以看到該兩處的實(shí)時(shí)流量值，通過(guò)壓力傳感器可以在遠(yuǎn)程遙控柜上看到和調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)時(shí)壓力，伺服液壓泵具有小循環(huán)冷卻系統(tǒng)，當(dāng)油溫超限時(shí)，小循環(huán)冷卻系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，也可以停到工作主泵進(jìn)行小循環(huán)冷卻，從而保證向油箱提供低溫清潔的液壓油。

1.4 子站工作原理及優(yōu)點(diǎn)

從總站來(lái)的系統(tǒng)壓力經(jīng)過(guò)二次過(guò)濾器到達(dá)集成塊后，根據(jù)子站的不同型號(hào)，分成不同高壓進(jìn)入不同液壓缸，液壓缸的低壓回到集成塊后，匯總到回油進(jìn)入系統(tǒng)回油管。

單個(gè)子站有一種壓力3 個(gè)通道；二種壓力3 個(gè)通道；三種壓力3 個(gè)通道的共3 種，根據(jù)試驗(yàn)的不同要求可任意組合。由于子站的體積小、重量輕，而且底部帶有轱轆，移動(dòng)方便。子站可消除加載過(guò)程的壓力脈動(dòng)。

快換接頭用于配油塊與油源和加載系統(tǒng)的快速連接，同時(shí)，減少管路裝拆時(shí)泄漏，避免油液的不必要浪費(fèi)；單向閥用于降低油源系統(tǒng)對(duì)加載通道的影響，通過(guò)與蓄能器的配合使用，降低加載系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)，同時(shí)，降低油源對(duì)加載系統(tǒng)的惡劣影響。插裝閥用于完全隔斷油源與加載系統(tǒng)的聯(lián)系，切斷油源對(duì)加載系統(tǒng)的供油途徑，保證在單通道加載系統(tǒng)停止工作時(shí)不影響其他通道的正常工作，同時(shí)，使該通道完成卸荷，保證使用安全。高精度濾油器用于對(duì)進(jìn)入加載通道的油液進(jìn)入過(guò)濾，避免污染物進(jìn)入伺服閥，同時(shí)，在濾油器上安裝壓差傳感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)濾油器的污染監(jiān)測(cè)，保證油液的清潔和及時(shí)更換濾芯。

圖1 總泵站原理圖

1.5 油箱

因?yàn)橐簤合到y(tǒng)連續(xù)工作在21MPa，所以油箱的有效容量應(yīng)為：

式中：H 為總發(fā)熱量，千卡/時(shí)；τ1 為長(zhǎng)期工作后之油溫，℃；τ2 為周?chē)諝鉁囟龋妗?/p>

并且油箱的有效容量以不超過(guò)油箱總?cè)萘康?/3，根據(jù)油箱上蓋板上擺放的元器件，確定油箱尺寸為1500×1200×1200。材料為1Cr18Ni9Ti 不銹鋼，此材質(zhì)不容易生銹，可以防止污染液壓油和防凝水，為了分離回油帶來(lái)的氣泡與贓物，吸油側(cè)設(shè)有隔板。

在油箱側(cè)壁安設(shè)與壁等高的油位指示計(jì)，以指示最高最低油位。為了感受到油溫，側(cè)壁還設(shè)有JM2021 型一體化溫度傳感器。為了清洗換油的方便，油箱的上端設(shè)有注油口，側(cè)壁有清洗口，底端設(shè)有放油口。油箱的頂部安裝了MPM416WK 型壓阻式液壓變送器，它把與液壓深度成正比的液體靜壓力，通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成電流（或電壓）信號(hào)輸出，從而建立遠(yuǎn)程遙控盒可看到。頂部還安裝有LWGY30 型渦流流量計(jì)，流體流經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號(hào)檢測(cè)器（由永磁鋼和線(xiàn)圈組成）的磁場(chǎng)中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線(xiàn)，周期性的改變著線(xiàn)圈的磁通量，從而使線(xiàn)圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號(hào)。

此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)德?tīng)柧匦蚊}沖波，可遠(yuǎn)傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時(shí)流量成正比。為了消除氣泡，油箱的上端設(shè)有QUQ4-40×10 型空氣濾清器。

1.6 冷卻系統(tǒng)

由于大量的高壓油從溢流閥流出，會(huì)產(chǎn)生大量的熱而使溫度升高，油溫過(guò)高，將使泵的容積效率下降，所以采用回油加旁路小循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，小循環(huán)冷卻泵采用內(nèi)嚙合齒輪泵，冷卻器采用瑞士不銹鋼板式冷卻器，其散熱面積5.4m2。當(dāng)油溫升到30℃時(shí)，打開(kāi)冷卻系統(tǒng)的水閥，冷卻器開(kāi)始工作，系統(tǒng)回油流經(jīng)冷卻器熱交換后回油箱。當(dāng)油溫達(dá)到設(shè)定上限值時(shí)，小循環(huán)冷卻泵自行啟動(dòng)，將高溫從油箱底部抽出并與系統(tǒng)回油匯合經(jīng)冷卻器后回油箱。

1.7 過(guò)濾系統(tǒng)

為了防止污染所有的液壓件，在高壓出油口，設(shè)有流通能力為630L/min，過(guò)濾精度為5u 的高壓油濾器。在冷卻后的回油管路上安裝一臺(tái)流通能力為630L/min，過(guò)濾精度為30u 的直回式回流過(guò)濾器進(jìn)行一次過(guò)濾后流入油箱，可以防止污染油箱。油濾上裝有防油污染的CMS 型壓差指示器，當(dāng)污染度超標(biāo)后就報(bào)警。

1.8 管道

油箱采用對(duì)分式法蘭壓板連接，安裝方便，強(qiáng)度高，無(wú)泄漏，而且避免了電焊內(nèi)部有焊渣而污染油。在油管路中，裝有壓力變送器，壓力信號(hào)可以直接傳到控制臺(tái)的計(jì)算機(jī)中，操作人員可以隨時(shí)檢測(cè)滑油的供給情況。

2 設(shè)備控制

多通道伺服液壓加載設(shè)備可就地控制也可遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制是通過(guò)S7-200 型可編程程序邏輯控制器控制各種設(shè)備從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。控制器轉(zhuǎn)入運(yùn)行模式后，CPU 將執(zhí)行用戶(hù)程序，用戶(hù)程序中包括位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜的數(shù)字運(yùn)算以及與其他智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的輸入狀態(tài)，根據(jù)控制邏輯去控制現(xiàn)場(chǎng)的輸出設(shè)備的狀態(tài)，以達(dá)到控制的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

多通道伺服液壓加載設(shè)備操作方便靈活，可就地操作或遠(yuǎn)程操作。設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟卸荷、遙控可不卸荷啟動(dòng)其它泵組、回路冷卻、循環(huán)過(guò)濾、抽油、加油以及消泡等功能。設(shè)備具有效率高、可靠性高、保養(yǎng)方便、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。經(jīng)零部件疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證，該設(shè)備符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了單、多通道伺服液壓加載的目的。