液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法分析

李大偉

摘要：當(dāng)前，液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)作為一種綜合應(yīng)用平臺(tái)，已在多設(shè)備、多儀器、多系統(tǒng)測(cè)試中得到廣泛應(yīng)用。本文圍繞液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)的內(nèi)部系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)，探討了試驗(yàn)臺(tái)的主要功能及相關(guān)參數(shù)，并對(duì)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的組成進(jìn)行了介紹，然后圍繞閥試驗(yàn)系統(tǒng)、馬達(dá)及缸試驗(yàn)系統(tǒng)、泵試驗(yàn)系統(tǒng)的綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行了分析，望能為此領(lǐng)域設(shè)計(jì)研究提供些許思路與參考。

關(guān)鍵詞：液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái);電液換向閥;系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu);液壓橋路

中圖分類號(hào)：HT137? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）08-0071-02

0? 引言

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的日漸提升，許多新技術(shù)、新理念、新設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，有力推動(dòng)著整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展與繁榮。液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)作為一種專門用于測(cè)試液壓元件的系統(tǒng)設(shè)備，當(dāng)前已在多方面得以應(yīng)用，如負(fù)載敏感比例閥件、常規(guī)液壓閥件及泵和馬達(dá)的出廠試驗(yàn)及性能測(cè)試等。但在實(shí)際使用此系統(tǒng)時(shí)，了解其構(gòu)造，知曉其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，對(duì)于更高效應(yīng)用，有著重要意義。本文結(jié)合當(dāng)前實(shí)況，就液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法，現(xiàn)就此作一探討。

1? 液壓試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展情況

1.1 液壓試驗(yàn)技術(shù)概述

液壓技術(shù)可理解為：結(jié)合人們的主觀能動(dòng)性，并依據(jù)其掌握的技術(shù)水平，有效結(jié)合液壓試驗(yàn)設(shè)備及測(cè)量系統(tǒng)，作為一套完整的技術(shù)工作，來(lái)服務(wù)于試驗(yàn)任務(wù)，使其高效完成。

試驗(yàn)技術(shù)中一般包含配置試驗(yàn)裝備、選擇和標(biāo)定系統(tǒng)、制定試驗(yàn)計(jì)劃等試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作;安裝并調(diào)試試驗(yàn)油路及測(cè)量裝置;獲取和記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理分析;得出結(jié)論并總結(jié)試驗(yàn)報(bào)告。

根據(jù)試驗(yàn)性質(zhì)，可將液壓試驗(yàn)劃分為三類，即科學(xué)性試驗(yàn)、型式試驗(yàn)及出廠試驗(yàn)。科學(xué)性試驗(yàn)作為一種試驗(yàn)項(xiàng)目，主要為了科學(xué)研究提供服務(wù)。型式試驗(yàn)則主要是為了測(cè)試和考核產(chǎn)品的全面性能，其根本目的則為了鑒定某些產(chǎn)品，并對(duì)新產(chǎn)品的進(jìn)行定型。型式試驗(yàn)在我國(guó)的試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)中，具有其特定的規(guī)定。對(duì)于一些已經(jīng)定型且批量確定的產(chǎn)品，則需進(jìn)行出廠試驗(yàn)，以此來(lái)確保其使用性能，并將其代表性較強(qiáng)的性能指標(biāo)挑選出來(lái)，作為合格標(biāo)準(zhǔn)，并附帶說要考核和出廠試驗(yàn)項(xiàng)目。

1.2 液壓綜合試驗(yàn)設(shè)備的發(fā)展概況

在液壓試驗(yàn)中，為了完成試驗(yàn)?zāi)康模枰褂玫脑O(shè)備則為液壓試驗(yàn)設(shè)備。包含試驗(yàn)對(duì)象、基本設(shè)備和輔助設(shè)備三類。根據(jù)用途的不同，可將液壓試驗(yàn)設(shè)備劃分為教學(xué)用設(shè)備、科學(xué)研究用設(shè)備及產(chǎn)品鑒定檢測(cè)用設(shè)備三種。教學(xué)用設(shè)備主要在開設(shè)液壓專業(yè)的大專院校中使用，如QCS003A液壓試驗(yàn)臺(tái)。科學(xué)研究用設(shè)備主要圍繞科學(xué)性試驗(yàn)，用以研究和開發(fā)液壓系統(tǒng)及元件，大都在國(guó)家科研機(jī)構(gòu)和液壓氣動(dòng)專業(yè)的學(xué)院適用，如廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院研制的LabVIEW液壓實(shí)驗(yàn)測(cè)試臺(tái)等。產(chǎn)品鑒定檢測(cè)用設(shè)備主要對(duì)液壓元件進(jìn)行型式和出廠試驗(yàn)，從而鑒定產(chǎn)品的合格情況，如浙江大學(xué)研制的電液伺服閥性能試驗(yàn)臺(tái)CAT系統(tǒng)。

根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的功能，可將液壓試驗(yàn)設(shè)備分為兩種模式，其中一種系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)控制測(cè)試裝置，并完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理，如華中理工大學(xué)的液壓缸試驗(yàn)臺(tái)CAT系統(tǒng)等;另外一種為計(jì)算機(jī)不控制測(cè)試裝置，僅僅采集數(shù)據(jù)、處理一些信號(hào)并輸出相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果，如廣州機(jī)床研究所監(jiān)測(cè)液壓泵性能和噪聲的系統(tǒng)等。

結(jié)合其特點(diǎn)及技術(shù)兩發(fā)面來(lái)看，當(dāng)前液壓綜合試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展方向?yàn)椋涸囼?yàn)臺(tái)操作的方便和可維護(hù)情況、油溫閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)、分布式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的采集和控制等。

2? 試驗(yàn)臺(tái)的功能及主要參數(shù)分析

2.1 功能介紹

液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)在控制被試液壓元件的工作狀態(tài)時(shí)，主要通過對(duì)各個(gè)控制元件的調(diào)節(jié)來(lái)完成，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。主泵作為動(dòng)力源供給一方，將不同等級(jí)的壓力和流量提供給液壓系統(tǒng)，從而使被試液壓元件，通過對(duì)各液壓控制閥的調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被試元件的試驗(yàn)，促使被試元件所處的狀態(tài)，能通過數(shù)字儀表展現(xiàn)出來(lái)，并在計(jì)算機(jī)的作用下，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的設(shè)計(jì)，可促使其提供出的實(shí)驗(yàn)手段較為準(zhǔn)確、可靠和安全，主要包含的內(nèi)容如下：①可提供負(fù)載敏感油源，并根據(jù)元器件需求流量的不同，將相應(yīng)規(guī)格的油源提供出來(lái)，并可測(cè)試負(fù)載敏感比例方向閥;②促使泵-馬達(dá)具有拖動(dòng)回路的功能;③能夠?qū)毫土髁啃枨蟛煌目刂朴驮垂δ芴峁┙o所需的;④能夠?qū)毫Α囟取⒘髁康葦?shù)據(jù)，借助傳感器進(jìn)行采集和處理，并將其進(jìn)行傳輸。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)分析

油源最高壓力為：31.5MPa;

控制流量：10L/min;

控制壓力：10MPa;

油源流量：25-160L/min;

最大拖動(dòng)功率：110kW;

系統(tǒng)油液過濾精度為：10μm;

背壓壓力：0.5-31.5MPa;

系統(tǒng)壓力：0.5-31.5MPa。

3? 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)組成

液壓試驗(yàn)臺(tái)的組成主要包含五部分，即試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架、數(shù)字顯示系統(tǒng)、液壓油源及泵機(jī)組、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。

液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)采取的控制技術(shù)較為先進(jìn)，為電液比例控制技術(shù)，該技術(shù)可對(duì)液壓系統(tǒng)的進(jìn)油、出油壓力進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)控，并可對(duì)被試泵的加載壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。被試泵及被試馬達(dá)采取的方式為對(duì)拖方式，馬達(dá)及被試泵之間的加載方式互為負(fù)載和拖動(dòng)動(dòng)力關(guān)系，其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，工作方便可靠。該試驗(yàn)臺(tái)具有兩臺(tái)手動(dòng)的高壓泵組，可依據(jù)具體的使用過程，對(duì)各個(gè)泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié)。油溫控制系統(tǒng)采取的方式為雙路冷卻并聯(lián)方式，在對(duì)油液溫度的控制方面更為經(jīng)濟(jì)有效。根據(jù)油溫，設(shè)置了上限和下限控溫裝置，可有效控制油溫，將其溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。此外，該系統(tǒng)具備的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，也可自動(dòng)采集和處理測(cè)試數(shù)據(jù)，從而將測(cè)試過程中的人為因素排除，促使實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)論更為精確。

4? 液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 閥試驗(yàn)系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)從字面上解釋，即是將液壓泵、液壓閥、液壓馬達(dá)及液壓缸等多種被試元件集中到同一臺(tái)試驗(yàn)設(shè)備上，以此來(lái)完成性能測(cè)試。以上多種元件共同使用一個(gè)油源系統(tǒng)、一個(gè)液壓元件試驗(yàn)操作臺(tái)、一個(gè)電氣操作控制臺(tái)，以及部分的儀器儀表和傳感器。依據(jù)液壓標(biāo)準(zhǔn)和液壓原理，選擇適宜的設(shè)計(jì)技術(shù)，并對(duì)液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)整體或分體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)后，之后就需圍繞主系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)展開相關(guān)設(shè)計(jì)。為了將液壓閥、液壓泵、液壓缸及液壓馬達(dá)等試驗(yàn)，在同一臺(tái)液壓元件試驗(yàn)操作臺(tái)上完成，就需將主控主體選擇出來(lái)，圍繞系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為確保其它的試驗(yàn)臺(tái)具有相應(yīng)的試驗(yàn)條件，可將主體選擇為板式多油口閥試驗(yàn)臺(tái)。因此，主控試驗(yàn)臺(tái)可選取電液換向閥試驗(yàn)臺(tái)。由于該試驗(yàn)臺(tái)具備4個(gè)油口，即P、A、B、T，可將其作為液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)的主基板，也即被試件，此外，它還是該綜合試驗(yàn)臺(tái)的功能閥。在選擇設(shè)計(jì)原理時(shí)，主基板上的電液換向閥就明確了通過試驗(yàn)臺(tái)和系統(tǒng)的最大流量和壓力，從而確定了該試驗(yàn)臺(tái)可試驗(yàn)的電液換向閥的最大通徑。因此，與其相連的基板就可定為主基板。若將電液換向閥取掉，將兩個(gè)油口閥板連接到主基板上，轉(zhuǎn)變成P、T口，則可借助兩油口的板式閥完成試驗(yàn)。同時(shí)也可解決兩油口和四油口三大類閥的的試驗(yàn)問題。也即根據(jù)與基板連接的不同轉(zhuǎn)換連接閥板，為其提供相應(yīng)的通徑，可試驗(yàn)小于試驗(yàn)臺(tái)規(guī)定的最高壓力和公稱流量下的液壓閥。在對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為確保螺紋管式連接閥也可進(jìn)行試驗(yàn)，可在主基板下引出4個(gè)外接油口，即P、A、B、T。

4.2 馬達(dá)、缸試驗(yàn)系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)綜合試驗(yàn)臺(tái)的原理，試驗(yàn)臺(tái)與其它試驗(yàn)進(jìn)行連接的主要油口，即為主控試驗(yàn)電液換向閥臺(tái)上的被試電液換向閥A、B。依據(jù)試驗(yàn)原理，為了完成馬達(dá)對(duì)拖的試驗(yàn)，可將其模擬加載回路斷開，使用A、B兩個(gè)工作口與馬達(dá)試驗(yàn)加載回路相連即可。在控制馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方式時(shí)，可將補(bǔ)油系統(tǒng)設(shè)置到泵加載回路設(shè)計(jì)中，選取四個(gè)單向閥作為液壓橋路，從而平衡加載泵的進(jìn)出口供油情況，采取主油路將被試馬達(dá)推動(dòng)，以此來(lái)使加載泵的進(jìn)出油口方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后將主基板上的電液換向閥作為功能閥來(lái)轉(zhuǎn)變方向。將一個(gè)調(diào)壓溢流閥安裝到組成液壓橋路的4個(gè)單向閥B口側(cè)，促使馬達(dá)加載泵完成加載工況。設(shè)計(jì)液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)可測(cè)量的最大排量為50mL/r;最高工作壓力為25MPa;流量計(jì)準(zhǔn)確等級(jí)為0.5%;壓力傳感器量程為0～40MPa，測(cè)量精度為0.3%。若將兩個(gè)高壓球閥安裝在被試馬達(dá)的進(jìn)出油口處，從而截止主油路，并將被試液壓油缸連接到電液換向閥A、B及兩油口油路上，就可完成對(duì)液壓油缸的相關(guān)試驗(yàn)。液壓缸試驗(yàn)臺(tái)架包含的結(jié)構(gòu)為位移傳感器、軸承支座、加載缸、試驗(yàn)臺(tái)架基座等。試驗(yàn)臺(tái)架基座上安裝有軸承支座、加載缸支架及被試鋼支架。軸承支座可用來(lái)放置被試缸，并可自由滑動(dòng)和調(diào)整高度。加載缸為被試缸的主動(dòng)缸或負(fù)載缸。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力和流量時(shí)，可通過選擇不同的液壓油源供油方式進(jìn)行。借助對(duì)柱塞變量泵的調(diào)節(jié)，來(lái)進(jìn)一步排量，利用節(jié)流閥來(lái)完成對(duì)小流量的調(diào)節(jié)。被測(cè)試液壓缸最高試驗(yàn)壓力為25MPa;最大試驗(yàn)流量為300L/min;公稱壓力滿足GB/T2346規(guī)定;可測(cè)試不大于500mm的液壓缸外徑;壓力傳感器的量程為0～40MPa，測(cè)量精度為0.3%。

4.3 泵試驗(yàn)系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

液壓泵站可將液壓能源提供給整套的液壓試驗(yàn)系統(tǒng)，如液壓泵試驗(yàn)臺(tái)、液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)、伺服比例閥試驗(yàn)臺(tái)等。液壓泵站主要由液壓站和兩個(gè)75kW的電控柜組成。液壓泵試驗(yàn)臺(tái)在液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)上，相比于系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其是一個(gè)單獨(dú)的回路，其試驗(yàn)系統(tǒng)與閥、缸及馬達(dá)等不同，在共同使用的液壓元件試驗(yàn)操作臺(tái)上，為完成被試泵的出口遠(yuǎn)程加載調(diào)壓功能，可將一個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥安裝到上面。將一個(gè)單獨(dú)被試泵的進(jìn)出口回路，設(shè)置到共同使用的油源系統(tǒng)上，并將與被試扭矩儀、液壓泵及電機(jī)組合的被試泵試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行連接，就可完成與液壓泵相關(guān)的試驗(yàn)，并可使用同一個(gè)電氣操作控制臺(tái)。結(jié)合企業(yè)的使用需求，并參照中華人員共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，液壓泵試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)量參數(shù)范圍及精度分別為：最大測(cè)量排量為250mL/r;最高工作壓力為25MPa;扭矩轉(zhuǎn)速儀的準(zhǔn)確等級(jí)為0.5級(jí);壓力傳感器的量程為0～40MPa，精度為0.3%。

5? 結(jié)語(yǔ)

綜上，要設(shè)計(jì)出一臺(tái)可適用于不同種類液壓元件綜合試驗(yàn)的液壓元件試驗(yàn)臺(tái)，使用的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思路都有所不同，為此，需依據(jù)液壓標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)相應(yīng)的液壓原理展開創(chuàng)造性設(shè)計(jì)和思考。開闊視野，開放思想，結(jié)合實(shí)踐中的實(shí)例和具體應(yīng)用展開設(shè)計(jì)，確保其切實(shí)可行，并保障液壓試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)配置及人機(jī)組合較為合理。為此，在設(shè)計(jì)過程中，需充分發(fā)散思維，確保設(shè)計(jì)出的液壓元件綜合試驗(yàn)臺(tái)既實(shí)用，又合理，滿足對(duì)多種液壓元件的綜合試驗(yàn)。

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