液壓缸性能測試試驗臺的改進(jìn)設(shè)計

武金良

天津城建大學(xué)(天津 300384)

液壓傳動系統(tǒng)基于其功率密度大，無極調(diào)速方便，工作平穩(wěn)，易于過載保護(hù)和自動控制[1,2]等特點在各個行業(yè)的設(shè)備上有著十分廣泛的應(yīng)用。液壓缸是將油液的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置[3]，作為液壓執(zhí)行元件[4]，其性能參數(shù)在出廠時應(yīng)滿足相關(guān)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5]，以使系統(tǒng)的正常工作及功耗情況得到保證。設(shè)計的液壓缸試驗臺[6]包括液壓回路部分和測控部分，滿足國標(biāo)規(guī)定的液壓缸試驗條件，并在自動化程度、功率的合理利用及檢測效率等方面都加以完善和改進(jìn)，能夠完成對中小型液壓缸性能的有效測試。

1 液壓缸性能測試試驗臺組成及原理

1.1 測試試驗臺的組成

(1)液壓回路

液壓缸性能測試試驗臺的液壓系統(tǒng)回路設(shè)計主要參照國標(biāo)《液壓缸實驗方法》( GB/15622-2005)[7]中

“型式試驗液壓系統(tǒng)原理圖”如圖1 所示的液壓回路。

該液壓系統(tǒng)中的加載缸回路在進(jìn)行耐壓測試、泄漏測試及負(fù)載效率測試過程中應(yīng)相應(yīng)的控制元件均需手動調(diào)節(jié)，故自動化程度很低，檢測效率不高，同時液壓泵在檢測過程中始終處于高功率輸出狀態(tài)，使系統(tǒng)的功率損失較大，功率的有效使用效率不高，系統(tǒng)存在較大溫升問題。再者，該系統(tǒng)檢測過程得到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受人為觀測的影響因素較大，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及精度都不高。

在滿足試驗條件的前提下，在圖1 所示的原理圖基礎(chǔ)上，融入綠色設(shè)計理念，從提高系統(tǒng)自動化程度、提高檢測過程的效率，合理使用功率，降低系統(tǒng)溫升，提高檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度為出發(fā)點，對該測試臺的液壓回路加以改進(jìn)優(yōu)化，設(shè)計了如圖2 所示的液壓測試回路，測試所需的原始數(shù)據(jù)即從該回路中得到。

圖1 液壓缸型式試驗液壓系統(tǒng)原理圖

圖2 優(yōu)化的液壓缸測試系統(tǒng)回路原理圖

圖2 所示的回路中，溢流閥采用先導(dǎo)式的，其穩(wěn)壓效果優(yōu)于直動式，使加載穩(wěn)定性得到提高。主油路采用三位四通“H”型中位機(jī)能的換向閥，使液壓泵能夠方便地實現(xiàn)卸荷，降低了電機(jī)的啟停次數(shù)，延長了其使用壽命，同時也降低了系統(tǒng)的功率損耗。兩個液控單向閥形成的鎖緊回路能夠很方便的將加載缸活塞閉鎖在其行程范圍內(nèi)的任意位置。試驗缸采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，使試驗缸的伸出與回縮速度均可調(diào)。相應(yīng)元件參數(shù)的選擇能夠匹配完成常用典型中、小型工程液壓缸的性能測試并達(dá)到相應(yīng)精度的要求。

(2)測控系統(tǒng)

測控系統(tǒng)主要由計算機(jī)、A/D 和D/A 接口板、控制電路、主要檢測參數(shù)傳感器等組成，原理框圖如圖3 所示。該系統(tǒng)主要用于從液壓回路的相應(yīng)位置上檢測試驗過程中需要采集并記錄的壓力、流量及溫度等相關(guān)參數(shù)，避免了人為誤差對測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及精度的影響，相應(yīng)計算機(jī)、接口板、傳感器的選型應(yīng)滿足試驗臺檢測的需要。

圖3 試驗臺測控系統(tǒng)原理框圖

1.2 測試試驗臺工作原理

將試驗臺的測控系統(tǒng)與液壓回路進(jìn)行搭接，將液壓缸10 的活塞桿完全縮回，不得影響試驗缸11 的試運(yùn)轉(zhuǎn)過程，利用閥13 完成試運(yùn)轉(zhuǎn)測試，此狀態(tài)下還可進(jìn)行缸11 的全行程測試，利用溢流閥17 的調(diào)壓過程獲得試驗缸的最低啟動壓力值。將液壓缸10 與11 通過連接件19 進(jìn)行剛性連接，通過閥8 和9 的鎖緊功能將試驗缸缸11 的活塞在試驗位置上固定后，結(jié)合閥17 的調(diào)壓功能可進(jìn)行內(nèi)泄漏的測試與耐壓測試。閥3和17 調(diào)節(jié)缸11 工作腔壓力，閥12 和21 調(diào)控缸11的速度，可進(jìn)行緩沖試驗和效率測試。使用加熱器22將油溫加熱到指定溫度進(jìn)行高溫測試。調(diào)節(jié)閥13 換向，閥17 調(diào)壓，結(jié)合加載缸的運(yùn)行可對試驗缸進(jìn)行耐久性測試。

測試試驗臺檢測過程中，相應(yīng)的壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)可以由傳感器得到。

于在性能上有不同側(cè)重要求的液壓缸可有針對性的選測相應(yīng)測試項目，一般工程液壓缸都要對試運(yùn)轉(zhuǎn)、全行程、最低啟動壓力、耐壓及泄漏項目進(jìn)行測試。

2 液壓缸性能測試過程

使用該試驗臺對某典型液壓缸進(jìn)行常規(guī)性能檢測，過程如下：

2.1 試運(yùn)轉(zhuǎn)測試

加載缸10 活塞桿回縮到行程末端，要求對試驗缸11 的全行程范圍內(nèi)無剛性干擾，利用閥17 調(diào)定系統(tǒng)處于低壓，即能使試驗缸缸11 克服自身阻力，在全行程范圍內(nèi)完成正常的伸出與回縮動作即可，通過換向閥13 使缸11 完成5 次以上全行程的正常伸縮即可。

2.2 全行程測量

在試運(yùn)轉(zhuǎn)測試完成后，用閥13 使測試缸活塞分別停留在行程末端上，測量測試缸的其全行程長度，該測量結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計和使用的要求。

2.3 啟動壓力特性測試

試運(yùn)轉(zhuǎn)測試后，活塞桿回縮，閥12 和閥21 節(jié)流口全開，閥17 導(dǎo)閥彈簧全松，換向閥13 左位接入到回路中，均勻緩慢地調(diào)節(jié)溢流閥17 的導(dǎo)閥，逐步提高調(diào)定壓力值，觀察測試缸11 無桿腔進(jìn)油口處壓力傳感器測量的壓力值，活塞在開始啟動時的壓力值即為該測試缸的最低啟動壓力值。

2.4 耐壓性測試

將加載缸10 與測試缸11 的活塞桿用連接件19連接，使用加載回路中的液壓鎖將測試缸的活塞分別鎖定在其行程末端，但不得與缸蓋有接觸，調(diào)節(jié)閥17為測試缸的工作腔加壓并保壓2 min，閥17 的調(diào)定壓力值錯誤！未找到引用源。應(yīng)為按測試缸的額定壓力確定：p， p時，，耐壓性測試后試驗缸不應(yīng)出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。

2.5 泄漏測試

將加載缸10 與測試缸11 的活塞桿用連接件19連接，使用加載回路中的液壓鎖將測試缸的活塞分別鎖定在其行程末端，但不得與缸蓋有接觸，調(diào)節(jié)閥17為測試缸的工作腔加其額定壓力，在測試缸的另一出油口處用流量傳感器測試內(nèi)泄漏量。

在測試缸的檢測過程中應(yīng)實時觀測其密封處、零件配合處、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)處是否存在外泄漏的現(xiàn)象。

2.6 負(fù)載效率檢測

將加載缸10 與測試缸11 的活塞桿用連接件19連接，換向閥7 左位接入回路，閥13 的右位接入回路，調(diào)節(jié)閥3 使加載壓力逐漸升高，使測試缸在不同負(fù)載下完成其伸出動作，測試不同負(fù)載下測試缸的效率。

3 試驗數(shù)據(jù)處理及缸的質(zhì)量等級評定

完成液壓缸的檢測試驗后，對原始數(shù)據(jù)按相關(guān)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T15622-2005)進(jìn)行處理，液壓缸質(zhì)量等級應(yīng)按相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JB/T10205-2000)的規(guī)定進(jìn)行分析評定。

4 結(jié)論

設(shè)計的液壓缸性能測試試驗臺盡可能減少元件的使用數(shù)量，在減少試驗臺本身的成本的同時使試驗臺的測試過程中功耗降低，操作過程高效、簡單，傳感器保證了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，加載缸回路采用了液壓鎖，能夠在泵卸荷的狀態(tài)下，有效鎖定被測缸活塞的位置，不但合理的處理了系統(tǒng)的功耗問題，而且提高了試驗臺的自動化程度。

由設(shè)計的試驗臺獲得的數(shù)據(jù)既可以作為液壓缸質(zhì)量等級評定的依據(jù)，又能為檢驗液壓缸的設(shè)計方案、優(yōu)化缸的結(jié)構(gòu)提供有力數(shù)據(jù)支持。

設(shè)計液壓缸性能檢測試驗臺可運(yùn)用于各種類型的中、小型液壓缸的性能測試。

[1]姜繼海,宋錦春,高常識.液壓與氣壓傳動(第二社)[M].北京:高等教育出社,2010:4-5.

[2]左健民.液壓與氣壓,第4 社[M ].北京:機(jī)械工業(yè)出社社,2012: 50-73.

[3]許迎,劉永光,王聰．大型液壓缸測試用試驗臺研制［J］.機(jī)械工程師: 2013(6):81-83．

[4]劉曉明,葉瑋.液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計及運(yùn)行特性分析［J］.液壓氣動與密封,2013(07):17-21.

[5]晁建桃.起撥道機(jī)液壓缸測試臺的液壓系統(tǒng)設(shè)計［J］.液壓與氣動,2013(1):85-87.

[6]喬學(xué)新.關(guān)于液壓元件綜合試驗臺的系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.液壓與氣動,2010(2):32.

[7]GB/T15622-2005，液壓缸試驗方法［S］．