一种多功能液压试验台控制系统设计

1、一种多功能液压试验台控制系统设计 摘要： 本文介绍了一种多功能液压试验台控制系统 设计，液压控制模块的设计采用了模块化设计方式，可以缩 短产品设计开发周期减少开发成本。 液压系统采用 LUDV 负 载反馈控制技术能实现对不同负载压力的多个执行元件同 时系统流量自动按比例分配。 关键词： 液压试验台；控制系统；负载反馈；模块化 设计 中图分类号： TP271 文献标识码： A 文章编号： 1006-4311（ 2015） 09-0051-03 0 引言 随着液压元件制造技术的飞速发展，液压系统的测试技 术已经发展成为多门学科的集成技术， 主要包括： 液压技术、 计算机辅助控制技术、传感器技术、仪

2、器仪表技术、测试技 术以及为电子技术等五个技术。 该多功能液压测试试验台主要用于对掘进机液压系统 液压元件进行检测和分析。试验台液压系统对测试元件提供 高压液压油，主要针对旧液压元件进行检测时元件内部容易 有脏物污染系统，专门开发了液压系统清洗装置；该系统可 将系统主要液压元件都集成到同一试验台上进行综合性能 测试，也可以分别测试液压泵、 液压阀和液压缸的性能参数。 1 液压系统的模块化设计 多功能液压测试试验台的基于目前煤矿井下用一种掘 进机液压系统的需求而开发的，要求对掘进机液压系统和液 压元件进行功能和特性试验。而整个试验台液压系统有许多 基本回路组成，而这些系统回路在测试不同液压元件时

3、是回 路是相同的，因此在该试验台液压系统设计时将这些基本回 路或作用相同的几个回路设计成液压模块部件，再根据试验 台的使用要求把这些液压模块进行合理的组合。 模块化产品的构成模式主要是用一个简单地公式来表 达的：新产品（系统）=通用模块（不变部分） +专用模块 （变 动部分）。采用模块化思想开发非标设备，可以实现产品在 小批量生产时尽可能选用通用模块减少产品的设计开发成 本，模块化设计能实现产品的多样化和效益最大。 该试验台液压系统可以划分为四个模块：油液存储及处 理模块，压力源产生模块，液压阀控制模块，油路测试输出 模块。 1.1 液压系统原理 多功能液压实验台的原理如图 2 所示。本试验台

4、部分由 一台电动机带动组合泵 （排量 270mL/r 和 92mL/r ）提供动力 源，进行功能性试验时柱塞泵卸载， 270 泵提供低压大流量。 用于打压试验时 92 柱塞泵加载，提供高压小流量，在整个 试验中有效的减少了电动机做无功功率。油泵的测试与马达 的测试共用一台 270 泵提供低压力、大流量的油源；液压马 达的高压泵与液压阀试验的泵共用，提高了试验台元件的使 用率，减少试验台元件的种类，方便了试验台的维护。 1.2 测试项目 油缸试验的动作平稳性试验、低压密封性能试验均由 270 泵提供低压大流量动力；而进行高压保压试验时（ 125% 工作压力）密封性能试验则由组合泵 92泵提供动力

5、源。采 用两种泵组合试验的方法，既减少了功率的浪费，而且降低 了系统不必要的发热。 液压泵的试验加载部分由电液比例溢流阀20 和流量 测试仪器 22 进行控制和监测，电液比例溢流阀可以连续均 匀加载，通过流量传感器、压力传感器 5 显示数据反馈控制 电液比例溢流阀组成一套闭环控制系统，可以提高测试数据 的精确度。 液压马达的试验则需双套泵组进行试验，其中一套 270泵通过桥式整流回路 25 为马达提供油源， 另一套为测试 加载泵组 28。动力源输出液压油， 控制部分通过电液比例换 向阀 36 控制马达的转向变化，通过电液比例溢流阀控制马 达的压力变化，进而实现对液压马达的试验项目的测试。 本试

6、验台配备过滤系统、散热系统、加热系统级漏油回 收系统，都是由计算机集成控制。而漏油回收系统则由回收 油箱中液位控制继电器 15 自动控制油泵电机组的启停，将 被试元件拆装过程中泄漏油液经过滤器回收到主试验系统 中去，它主要是由电机油泵组、液位控制继电器和过滤器组 成的。 2 LUDV 技术在液压试验台的应用 目前我们掘进机液压系统普遍采用负载传感控制系统， 也就是 LS 负载反馈控制技术。该系统通常是由变量泵、负 载传感多路阀组成。采用负载传感变量系统，泵能够根据负 载的情况通过 LS 口的负载压力自动对变量泵的斜盘摆角进 行调节，从而有效控制泵的流量始终等于执行元件所需的流 量。当负载压力升

7、高的后，泵的摆角将会自动调小，促使泵 的流量减小。反之，泵的摆角增大，输出流量变大。 但 LS 负载传感技术也有缺点，系统为了保证执行机构 能够工作正常，泵输出的压力为最高负载压力，即负载传感 控制只在最高负载回路起作用，而对其它压力负载低的回路 采用压力补偿方式，以使阀出口压差保持为负载所需压力。 当系统有几组执行元件同时动作时，液压泵达到最大输出排 量，同时为满足最高负载回路压力系统输出的流量会往负载 压力高的回路走，系统压力低的回路可能会出现速度下降或 者停止动作的显现。 LUDV 液压系统是在负载传感技术的基础上设置了负载 传感分流器，以克服普通传统负载传感控制系统的缺点，其 主要作用

8、是保证在多个执行机构同时动作时供油不足时所 有执行元件的工作速度按比例下降，系统分配的流量与负载 压力无关的控制。 在该液压试验台系统中我们选用了 LUDV 负载传感技 术，由于该试验台我们要模拟掘进机整机液压系统会有多个 执行机构同时动作的现象，流量分配型压力补偿阀的出现， 可以使单泵多执行机构的负荷传感控制系统变得更加实用。 因此，采用这种 LUDV 负荷传感控制试验台可以采用单泵供 油的方式，满足多个执行元件同时工作，从而省掉了复杂的 合流控制回路的设计，使得该试验台液压系统变得更简单实 用。 综上所述， LUDV 系统具有下列主要特点： 能实现对不同负载压力的多个执行元件同时系统流 量

9、自动按比例分配。采用电液比例控制技术可以实现系统 的无极调速。优越的微控制性能便于精细作业和多功能作 业。可以采用单泵控制系统，整个系统设计紧凑，集成化 程度高，安装使用成本低，故障率低。3 液压系统 元部件设计计算 3.1 液压泵的选择 确定液压泵的最大工作压力 pp。 pp p1+ 2 p 式中： p1 液压缸或液压马达额定工作压力为 25MPa、最大工作压力为 28 MPa; p从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间 总的管路损失。 艺p的准确计算要待元件选定并绘出管路 图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速 不大的，取 2 p= （0.20.5） MPa; 管路复杂，进口

10、有调阀的，取2 p= （0.51.5） MPa, 则可得液压泵的最大工作压力： 30MPa。 确定液压泵的流量 QP。多液压缸或液压马达同时工 作时，液压泵的输出流量应为 QP K （ 2 Qmax） 式中K系统泄漏系数，一般取K=1.11.3; 2 Qmax同时动作的液压缸或液压马达的最大总流 量，可从（Q-t）图上查得。对于在工作过程中用节流调速的 系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取0.5X 10-4m3/s。 由于本实验台所实验系统中的元件按最大取有两类： CA50 马达，其排量为 3140ml/r ，该马达设计转速为 35r/min，取容积效率为 0.94，贝U Q=q x n/

11、1000=3140 x 35 x 0.94/1000=116.94L/min ； MR700F低速大扭矩马达，其排量为700 ml/r，该马达 设计转速为 77.1r/min，取效率为 0.94，贝U Q=q x n/1000=700 x77.1x 0.94/1000=50.7L/min ； 选择液压泵的规格根据以上求得的 pp 和 Qp 值，按 系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或本手册中选择相 应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定 压力一般要比最大工作压力大25%60%。 选得的液压泵的参数规格如下： 型号： PV270 排量 /mL*sA (-1):270 额定压力 /

12、MPa ： 32 额定转速 /r*minA ( -1 )： 1500 驱动功率 /kW ： 132 容积效率/% : 92 3.2 液压阀的选择 阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大 流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量 选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足 执行机构最低稳定速度的要求。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必 要时也允许有 20%以内的短时间过流量。 3.3 液压系统及其油温控制技术 采用变量型液压系统，可实现按需供油，从而有效降低 了油温，减少了故障率。其液压系统的发热量主要包括三部 分:液压泵功率损失所产生的热量:Q1

13、=P( 1-？浊)？驻 t;液压阀内损失所产生的发热量：Q2=pq ?驻t;管路 中压力损失所产生的热量: 液压系统的散热量主要包括两部分：油箱本体散热 量，若只考虑油液温度上升所吸收的的热量和油箱本身所散 发的热量时，系统的温度 T 随运转时间 t 的变化关系如下： 本机所增加的蛇形管冷却器和板翅冷却器进一步增大了 系统的散热量，其散热方程： 液压系统所产生的热量，在开始时一部分是由运动介质 （液压油） 及装置本体所吸收的， 较少的一部分向周围辐射， 在温度值达到一定的数值后，发热量和散热量相对平衡，系 统也能够保持到一定的温度不再上升，较为理想的情况是在 连续工作状态下，达到 50 C的平

14、衡温度。 为了提高系统效率实现“按需供油” ，系统采用主泵站 由一台 132kW 的电机驱动一台两联柱塞变量泵， 采用带负载 敏感控制的恒功率变量泵和比例多路换向阀等新元部件。在 液压系统功率基本不变的前提下，通过提高系统压力，采用 进口高压低速大扭矩马达，有效提高了液压系统的过载能 力。 4 结语 该试验台可以将掘进机液压系统元部件进行综合性能 测试，也可以分别测试液压泵、 液压阀和液压缸的性能参数。 液压系统采用 LUDV 负载铭感变量系统， 系统选用两种排量 液压泵相结合的方式按照不同规格流量的液压元件进行分 类测试，同时具有节能作用。经过试验证明其功能齐全、性 能可靠、测试范围广，达到了预期目的 参考文献： 1路甬祥.电液比例控制技术 M. 北京：机械工业出