液壓缸綜合試驗(yàn)臺(tái)研制

液壓缸綜合試驗(yàn)臺(tái)研制

1序言2試驗(yàn)設(shè)備及功率回收回路液壓庫(kù)由三個(gè)執(zhí)行元件組成：試驗(yàn)對(duì)象液壓庫(kù)、對(duì)申請(qǐng)液壓庫(kù)、側(cè)面壓力加載液壓庫(kù)、主缸、六組電機(jī)泵組、四個(gè)插裝閥組和輔助設(shè)備。系統(tǒng)在性能試驗(yàn)中,采用非功率回收回路,以提高測(cè)試的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性;在進(jìn)行耐久性試驗(yàn)中采用功率回收回路,以節(jié)約能源。該系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。2.1系統(tǒng)控制系統(tǒng)被試液壓缸系統(tǒng)的動(dòng)力源為泵B1、B2(性能試驗(yàn)中閥F1-1關(guān)閉),泵B3為考慮以后發(fā)展的備用泵。根據(jù)被試缸的規(guī)格不同,可選擇單泵變量、雙泵變量或三泵變量,以實(shí)現(xiàn)有級(jí)和無級(jí)的流量控制。系統(tǒng)壓力由比例溢流閥7實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)(電磁鐵3YA通電,若3YA不通電,液壓泵卸荷)。被試缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或停止由插裝閥C3、C4、C5、C6的先導(dǎo)閥H2的電磁鐵1YA或2YA的通電情況來實(shí)現(xiàn)。被試缸的回油路通過背壓閥6和回油閥組接通,當(dāng)電磁鐵9、10、11YA均不通電時(shí),被試缸回油通過插裝閥C16直接回到油箱,不對(duì)流量進(jìn)行測(cè)試,當(dāng)電磁鐵10、11YA均通電時(shí),回油通過插裝閥C14和小流量計(jì)回到油箱,當(dāng)電磁鐵9、11YA均通電時(shí),被試缸回油通過插裝閥C15和大流量計(jì)回到油箱,以提高流量測(cè)試的精確度。2.2加載缸進(jìn)油管和補(bǔ)油流量的控制對(duì)頂加載液壓缸由泵組B4、B5、B6提供補(bǔ)油(也可由B3提供)。試驗(yàn)中選擇對(duì)頂加載缸的規(guī)格與被試液壓缸相同,根據(jù)液壓缸的規(guī)格確定供油泵組數(shù)。對(duì)頂加載缸進(jìn)油路上的壓力由插裝式比例溢流閥9進(jìn)行調(diào)控(電磁鐵4YA通電,若3YA不通電,液壓泵卸荷),加載缸的補(bǔ)油流量由插裝式流量閥8進(jìn)行調(diào)節(jié)(旁油節(jié)流調(diào)速)。由泵組B4、B5、B6流來的油液通過插裝閥C8、C9、C10、C11組成的橋式整流回路進(jìn)入加載缸,加載缸的回油通過橋式整流回路、插裝閥C7流回油箱,加載缸回油路的壓力通過插裝閥C7的先導(dǎo)控制閥H4由比例溢流閥1或4進(jìn)行調(diào)節(jié),從而控制加載力的大小,而溢流閥2、3主要起過載保護(hù)作用。2.3油液換向閥回路側(cè)向力加載液壓缸通過側(cè)向力減壓回路輸送油液,該回路由減壓閥5和換向閥H3組成,通過控制換向閥電磁鐵7YA或8YA通電情況,可以控制是否進(jìn)行側(cè)向力加載。2.4被試缸液壓系統(tǒng)在液壓缸的耐久性試驗(yàn)中,為節(jié)省能量,采用功率回收,此時(shí)閥F1-1打開,比例溢流切換閥組的換向閥H4開啟(電磁鐵5YA或6YA通電),比例溢流閥1或4的壓力上調(diào)(起過載保護(hù)作用),加載缸排出的油液可通過閥F1-1進(jìn)入被試缸,被試缸的回油仍然通過背壓閥6和回油閥組接通,通過回油閥組中的插裝閥C14或C15或C16回到油箱。此時(shí)系統(tǒng)只需提供機(jī)械損失和容積損失所需能量。泵組B1、B2向被試缸提供功率回收高壓容積補(bǔ)償(此時(shí)所需泵提供的流量很小),泵組B4、B5、B6向加載缸提供功率回收壓力補(bǔ)償。另外,為了減少系統(tǒng)壓力脈動(dòng),提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,在被試缸液壓系統(tǒng)中設(shè)置了蓄能器;為減少油液污染,在泵出口設(shè)置高壓濾油器,系統(tǒng)回油口處設(shè)置回油濾油器,泵的吸油口處設(shè)置吸油過濾室;為保持油液溫度在規(guī)定范圍內(nèi),油箱內(nèi)設(shè)置加熱器用于系統(tǒng)加熱,回油管路設(shè)置散熱器用于系統(tǒng)冷卻。3信號(hào)分析和測(cè)試條件控制測(cè)控系統(tǒng)要完成:液壓系統(tǒng)非電量參數(shù)到電量參數(shù)的變換;各種被測(cè)參數(shù)值的顯示;自動(dòng)測(cè)試中的信號(hào)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集;信號(hào)分析處理;測(cè)試結(jié)果的輸出(顯示、存盤、打印);對(duì)測(cè)試過程及整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試條件的控制等。測(cè)試精度主要由系統(tǒng)的硬件環(huán)境來保證。系統(tǒng)硬件功能可分為三個(gè)方面,即:試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試、試驗(yàn)參數(shù)調(diào)節(jié)及油溫控制(見圖2)。3.1測(cè)量方案試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)用于采集液壓缸試驗(yàn)過程中的液壓缸進(jìn)出口油壓、液壓缸進(jìn)出口流量和外泄漏量、液壓缸啟動(dòng)壓力及進(jìn)出口油溫。液壓缸進(jìn)出口油壓由壓力傳感器測(cè)定,變送器與傳感器一體,經(jīng)變送和放大的直流模擬電壓信號(hào)由屏蔽線輸出,送至遠(yuǎn)控臺(tái)。液壓缸進(jìn)出口油溫及油箱油溫由熱電偶溫度傳感器測(cè)定,同樣為模擬電壓輸出。液壓缸出口流量由橢圓齒輪流量計(jì)測(cè)量,經(jīng)光點(diǎn)脈沖發(fā)生裝置變送,將一定測(cè)量時(shí)間內(nèi)的流量值轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖數(shù)送入二次儀表。根據(jù)所選傳感器的儀表常數(shù),可確定對(duì)應(yīng)于給定精度等級(jí)的測(cè)量時(shí)間。液壓缸試驗(yàn)流量范圍較大,為保證測(cè)試精度,采用兩塊量程大小不同的流量傳感器并聯(lián)切換。液壓缸內(nèi)泄漏量相對(duì)較小,約為0.1~0.5L/min,不宜采用容積式流量傳感器。通過測(cè)量液流充滿精確標(biāo)定容積的時(shí)間,定出該時(shí)間內(nèi)的平均泄漏量。計(jì)時(shí)采用光點(diǎn)開關(guān),具有較高精度。以上各路信號(hào)首先送往安裝在遠(yuǎn)控臺(tái)上的二次儀表,通過多路數(shù)碼管以文本方式顯示,便于操作人員觀測(cè)。之后由二次儀表輸出端送往計(jì)算機(jī)接口。壓力、溫度、流量均為0~+0.5V模擬信號(hào)。信號(hào)通過屏蔽線送入端子板由濾波電路除去高頻干擾,經(jīng)A/D接口轉(zhuǎn)換為TTL電平數(shù)字量,再由計(jì)算機(jī)識(shí)別讀取。3.2比例流量泵和比例溢流閥根據(jù)液壓缸試驗(yàn)有關(guān)規(guī)定需要調(diào)節(jié)的試驗(yàn)參數(shù)為液壓缸進(jìn)口壓力及流量。壓力調(diào)節(jié)的執(zhí)行元件選用插裝式比例溢流閥,該溢流閥是通過控制無反饋電磁鐵進(jìn)而控制壓力,流量調(diào)節(jié)的執(zhí)行元件是比例流量泵,比例流量泵由操作人員在遠(yuǎn)控臺(tái)通過手動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)穩(wěn)流電源帶動(dòng)比例泵實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速粗調(diào)。比例溢流閥和流量閥用于精確調(diào)節(jié)液壓缸壓力與流量,在遠(yuǎn)控臺(tái)通過手動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)電源較精確地調(diào)節(jié)試驗(yàn)所需的壓力,通過流量閥,調(diào)節(jié)液壓缸所需速度,以滿足試驗(yàn)B級(jí)穩(wěn)態(tài)條件要求。由計(jì)算機(jī)經(jīng)PCL-711S接口卡的2路D/A輸出模擬電壓信號(hào)分別送入比例溢流閥和流量閥,通過對(duì)用戶向計(jì)算機(jī)輸入的期望試驗(yàn)壓力值與從壓力及流量傳感器向計(jì)算機(jī)的返回值兩者進(jìn)行比較,由軟件實(shí)現(xiàn)壓力及速度的閉環(huán)控制。3.3溫度控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型由于整個(gè)系統(tǒng)油液體積較大,作為被控的對(duì)象的油溫是一個(gè)大慣性的緩變量。而且液壓系統(tǒng)管路復(fù)雜且試驗(yàn)工況較多,所以很難建立被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。為此采用開關(guān)控制方案,通過判斷各油溫傳感器送回的溫度值及變化趨勢(shì),打開或關(guān)閉安裝在油箱底部的電加熱器或油箱四周的循環(huán)冷卻水閥門,以控制油溫在試驗(yàn)條件允許范圍內(nèi)。開關(guān)控制有兩種方式,可通過遠(yuǎn)控臺(tái)上控溫儀由操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)。也可通過微機(jī),根據(jù)油液溫度值及其變化率確定升溫點(diǎn)和降溫點(diǎn),經(jīng)PCL-711接口卡數(shù)字IO輸出數(shù)字量,經(jīng)放大后帶動(dòng)繼電器開關(guān),控制油溫。3.4液壓缸控制系統(tǒng)該軟件具有實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)參數(shù)、判斷試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)條件及油液溫度條件是否合格、調(diào)節(jié)和控制液壓缸進(jìn)口油壓及速度、設(shè)定油溫控制升降點(diǎn)以及進(jìn)行傳感器的系統(tǒng)標(biāo)定等功能。該軟件還能夠針對(duì)液壓缸型式試驗(yàn)的不同試驗(yàn)項(xiàng)目,對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)離線處理,并將所需數(shù)據(jù)以圖形及文本方式輸出到相應(yīng)外設(shè)(打印機(jī)、顯示器)上。4軸向加載力系統(tǒng)壓力:32MPa;測(cè)試最大行程:3000mm;最大軸向加載力:2000kN;最大側(cè)向加載力:200kN;系統(tǒng)最大流量:570L/min。5臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)(1)試驗(yàn)臺(tái)能按照GB/T15622-1995要求進(jìn)行液壓缸型式試驗(yàn)項(xiàng)目,滿足B級(jí)測(cè)試精度測(cè)試條件;(2)試驗(yàn)臺(tái)采用手動(dòng)和自動(dòng)控制,計(jì)算機(jī)采集、處理和打印輸出;(3)通過傳感器采集測(cè)試數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)顯示速度-位移曲線、效率-位移曲線、摩擦力-位移曲線、壓力-位移曲線、輸出力-位移曲線;計(jì)算機(jī)軟件具備自動(dòng)校正功能,界面清晰,操作方便。(4)可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話進(jìn)行液壓油溫度和泄漏量處理;(5)設(shè)置兩套試驗(yàn)臺(tái)架適用于液壓缸的對(duì)頂加載和側(cè)向力的模擬試驗(yàn)。設(shè)置側(cè)向力裝置施加在被試液壓缸活塞桿桿頭處,一般為被試缸軸向力的10%;(6)適應(yīng)范圍廣:行程范圍為0~3000mm,最大缸徑為!280mm,臺(tái)架可分別在不同行程范圍時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié),能滿足不同規(guī)格的支腿和變幅液壓缸進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)增設(shè)工裝后可進(jìn)行挖掘機(jī)液壓缸和市場(chǎng)液壓缸試驗(yàn);(7)試驗(yàn)系統(tǒng)具備非功率回收和功率回收功能,并可方便切換;非功率回收可提高性能測(cè)試的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,功率回收系統(tǒng)可節(jié)約能源;(8)容積補(bǔ)償和非功率加載均采用比例閥控制壓力,壓力補(bǔ)償和容積補(bǔ)償均采用比例泵控制流量;(9)在加載狀態(tài)下,可實(shí)現(xiàn)液壓缸任意位置鎖緊,能進(jìn)行任意位置的泄漏量測(cè)試和保壓。(10)流量調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、自動(dòng)換向記數(shù)和換向時(shí)間調(diào)節(jié)在面板上集中控制。總體布局合理、美觀,便于檢修;液壓、電氣設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠,充分體現(xiàn)先進(jìn)的測(cè)試水平并全面反映測(cè)試參數(shù)和數(shù)據(jù)。6試驗(yàn)臺(tái)的研制及其特點(diǎn)該試驗(yàn)臺(tái)采用功率回收系統(tǒng)對(duì)液壓缸進(jìn)行耐久性試驗(yàn)大大降低了能源消耗,它只要提供機(jī)械損失和容積損失所需能量即可?，F(xiàn)以QY50K.28變幅液壓缸試驗(yàn)為例進(jìn)行計(jì)算。液壓缸主要參數(shù)為:缸徑φ280mm,桿徑φ220mm,工作壓力22MPa,行程2700mm,試驗(yàn)速度0.03m/s,試驗(yàn)加載運(yùn)行按照10萬次計(jì)算。采用背壓加載方式進(jìn)行耐久性試驗(yàn)(非功率回收):試驗(yàn)流量:由此看來,該試驗(yàn)臺(tái)在節(jié)