液压缸综合试验台研制

液压缸综合试验台研制

1序言2试验设备及功率回收回路液压库由三个执行元件组成：试验对象液压库、对申请液压库、侧面压力加载液压库、主缸、六组电机泵组、四个插装阀组和辅助设备。系统在性能试验中,采用非功率回收回路,以提高测试的稳定性和准确性;在进行耐久性试验中采用功率回收回路,以节约能源。该系统的工作原理如图1所示。2.1系统控制系统被试液压缸系统的动力源为泵B1、B2(性能试验中阀F1-1关闭),泵B3为考虑以后发展的备用泵。根据被试缸的规格不同,可选择单泵变量、双泵变量或三泵变量,以实现有级和无级的流量控制。系统压力由比例溢流阀7实现远程控制调节(电磁铁3YA通电,若3YA不通电,液压泵卸荷)。被试缸的往复运动或停止由插装阀C3、C4、C5、C6的先导阀H2的电磁铁1YA或2YA的通电情况来实现。被试缸的回油路通过背压阀6和回油阀组接通,当电磁铁9、10、11YA均不通电时,被试缸回油通过插装阀C16直接回到油箱,不对流量进行测试,当电磁铁10、11YA均通电时,回油通过插装阀C14和小流量计回到油箱,当电磁铁9、11YA均通电时,被试缸回油通过插装阀C15和大流量计回到油箱,以提高流量测试的精确度。2.2加载缸进油管和补油流量的控制对顶加载液压缸由泵组B4、B5、B6提供补油(也可由B3提供)。试验中选择对顶加载缸的规格与被试液压缸相同,根据液压缸的规格确定供油泵组数。对顶加载缸进油路上的压力由插装式比例溢流阀9进行调控(电磁铁4YA通电,若3YA不通电,液压泵卸荷),加载缸的补油流量由插装式流量阀8进行调节(旁油节流调速)。由泵组B4、B5、B6流来的油液通过插装阀C8、C9、C10、C11组成的桥式整流回路进入加载缸,加载缸的回油通过桥式整流回路、插装阀C7流回油箱,加载缸回油路的压力通过插装阀C7的先导控制阀H4由比例溢流阀1或4进行调节,从而控制加载力的大小,而溢流阀2、3主要起过载保护作用。2.3油液换向阀回路侧向力加载液压缸通过侧向力减压回路输送油液,该回路由减压阀5和换向阀H3组成,通过控制换向阀电磁铁7YA或8YA通电情况,可以控制是否进行侧向力加载。2.4被试缸液压系统在液压缸的耐久性试验中,为节省能量,采用功率回收,此时阀F1-1打开,比例溢流切换阀组的换向阀H4开启(电磁铁5YA或6YA通电),比例溢流阀1或4的压力上调(起过载保护作用),加载缸排出的油液可通过阀F1-1进入被试缸,被试缸的回油仍然通过背压阀6和回油阀组接通,通过回油阀组中的插装阀C14或C15或C16回到油箱。此时系统只需提供机械损失和容积损失所需能量。泵组B1、B2向被试缸提供功率回收高压容积补偿(此时所需泵提供的流量很小),泵组B4、B5、B6向加载缸提供功率回收压力补偿。另外,为了减少系统压力脉动,提高系统稳定性,在被试缸液压系统中设置了蓄能器;为减少油液污染,在泵出口设置高压滤油器,系统回油口处设置回油滤油器,泵的吸油口处设置吸油过滤室;为保持油液温度在规定范围内,油箱内设置加热器用于系统加热,回油管路设置散热器用于系统冷却。3信号分析和测试条件控制测控系统要完成:液压系统非电量参数到电量参数的变换;各种被测参数值的显示;自动测试中的信号转换和数据采集;信号分析处理;测试结果的输出(显示、存盘、打印);对测试过程及整个试验台测试条件的控制等。测试精度主要由系统的硬件环境来保证。系统硬件功能可分为三个方面,即:试验数据测试、试验参数调节及油温控制(见图2)。3.1测量方案试验数据测试系统用于采集液压缸试验过程中的液压缸进出口油压、液压缸进出口流量和外泄漏量、液压缸启动压力及进出口油温。液压缸进出口油压由压力传感器测定,变送器与传感器一体,经变送和放大的直流模拟电压信号由屏蔽线输出,送至远控台。液压缸进出口油温及油箱油温由热电偶温度传感器测定,同样为模拟电压输出。液压缸出口流量由椭圆齿轮流量计测量,经光点脉冲发生装置变送,将一定测量时间内的流量值转变为脉冲数送入二次仪表。根据所选传感器的仪表常数,可确定对应于给定精度等级的测量时间。液压缸试验流量范围较大,为保证测试精度,采用两块量程大小不同的流量传感器并联切换。液压缸内泄漏量相对较小,约为0.1~0.5L/min,不宜采用容积式流量传感器。通过测量液流充满精确标定容积的时间,定出该时间内的平均泄漏量。计时采用光点开关,具有较高精度。以上各路信号首先送往安装在远控台上的二次仪表,通过多路数码管以文本方式显示,便于操作人员观测。之后由二次仪表输出端送往计算机接口。压力、温度、流量均为0~+0.5V模拟信号。信号通过屏蔽线送入端子板由滤波电路除去高频干扰,经A/D接口转换为TTL电平数字量,再由计算机识别读取。3.2比例流量泵和比例溢流阀根据液压缸试验有关规定需要调节的试验参数为液压缸进口压力及流量。压力调节的执行元件选用插装式比例溢流阀,该溢流阀是通过控制无反馈电磁铁进而控制压力,流量调节的执行元件是比例流量泵,比例流量泵由操作人员在远控台通过手动调节相应稳流电源带动比例泵实现转速粗调。比例溢流阀和流量阀用于精确调节液压缸压力与流量,在远控台通过手动调节相应电源较精确地调节试验所需的压力,通过流量阀,调节液压缸所需速度,以满足试验B级稳态条件要求。由计算机经PCL-711S接口卡的2路D/A输出模拟电压信号分别送入比例溢流阀和流量阀,通过对用户向计算机输入的期望试验压力值与从压力及流量传感器向计算机的返回值两者进行比较,由软件实现压力及速度的闭环控制。3.3温度控制系统数学模型由于整个系统油液体积较大,作为被控的对象的油温是一个大惯性的缓变量。而且液压系统管路复杂且试验工况较多,所以很难建立被控对象精确的数学模型。为此采用开关控制方案,通过判断各油温传感器送回的温度值及变化趋势,打开或关闭安装在油箱底部的电加热器或油箱四周的循环冷却水阀门,以控制油温在试验条件允许范围内。开关控制有两种方式,可通过远控台上控温仪由操作人员根据经验手动调节。也可通过微机,根据油液温度值及其变化率确定升温点和降温点,经PCL-711接口卡数字IO输出数字量,经放大后带动继电器开关,控制油温。3.4液压缸控制系统该软件具有实时显示试验参数、判断试验稳态条件及油液温度条件是否合格、调节和控制液压缸进口油压及速度、设定油温控制升降点以及进行传感器的系统标定等功能。该软件还能够针对液压缸型式试验的不同试验项目,对试验数据进行相应离线处理,并将所需数据以图形及文本方式输出到相应外设(打印机、显示器)上。4轴向加载力系统压力:32MPa;测试最大行程:3000mm;最大轴向加载力:2000kN;最大侧向加载力:200kN;系统最大流量:570L/min。5台架试验系统的设计特点(1)试验台能按照GB/T15622-1995要求进行液压缸型式试验项目,满足B级测试精度测试条件;(2)试验台采用手动和自动控制,计算机采集、处理和打印输出;(3)通过传感器采集测试数据,实时显示速度-位移曲线、效率-位移曲线、摩擦力-位移曲线、压力-位移曲线、输出力-位移曲线;计算机软件具备自动校正功能,界面清晰,操作方便。(4)可实现人机对话进行液压油温度和泄漏量处理;(5)设置两套试验台架适用于液压缸的对顶加载和侧向力的模拟试验。设置侧向力装置施加在被试液压缸活塞杆杆头处,一般为被试缸轴向力的10%;(6)适应范围广:行程范围为0~3000mm,最大缸径为!280mm,台架可分别在不同行程范围时进行调节,能满足不同规格的支腿和变幅液压缸进行试验。经增设工装后可进行挖掘机液压缸和市场液压缸试验;(7)试验系统具备非功率回收和功率回收功能,并可方便切换;非功率回收可提高性能测试的稳定性和准确性,功率回收系统可节约能源;(8)容积补偿和非功率加载均采用比例阀控制压力,压力补偿和容积补偿均采用比例泵控制流量;(9)在加载状态下,可实现液压缸任意位置锁紧,能进行任意位置的泄漏量测试和保压。(10)流量调节、压力调节、自动换向记数和换向时间调节在面板上集中控制。总体布局合理、美观,便于检修;液压、电气设计稳定可靠;计算机系统可靠,充分体现先进的测试水平并全面反映测试参数和数据。6试验台的研制及其特点该试验台采用功率回收系统对液压缸进行耐久性试验大大降低了能源消耗,它只要提供机械损失和容积损失所需能量即可。现以QY50K.28变幅液压缸试验为例进行计算。液压缸主要参数为:缸径φ280mm,杆径φ220mm,工作压力22MPa,行程2700mm,试验速度0.03m/s,试验加载运行按照10万次计算。采用背压加载方式进行耐久性试验(非功率回收):试验流量:由此看来,该试验台在节