液壓管路瞬態(tài)壓力脈動(dòng)測(cè)試平臺(tái)研制

韓秋峰 唐杰 樊俊博 湯晉鍇 王科宏

摘 要：液壓管路中壓力和流量的瞬態(tài)脈動(dòng)不可避免，液壓脈動(dòng)會(huì)降低液壓元件及系統(tǒng)的性能，對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的正常工作有較大的影響。本文設(shè)計(jì)了一種液壓管路瞬態(tài)壓力測(cè)試臺(tái)，對(duì)液壓瞬態(tài)脈動(dòng)過(guò)程分析，為液壓管路的瞬態(tài)壓力脈動(dòng)分析提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：液壓;脈動(dòng);壓力;流量

液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中，當(dāng)管道中發(fā)生閥門(mén)的快速開(kāi)關(guān)，泵的啟停均會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生急劇變化，在管路中發(fā)生壓力和流里的瞬態(tài)脈動(dòng)過(guò)程。管路瞬態(tài)使管道中的壓力有很大的升降，降低液壓系統(tǒng)的整體性能。本文設(shè)計(jì)一種液壓管路瞬態(tài)壓力測(cè)試臺(tái)，對(duì)液壓瞬態(tài)脈動(dòng)過(guò)程分析，為液壓管路的瞬態(tài)壓力脈動(dòng)分析提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為飛機(jī)等機(jī)械上控制液壓管路振動(dòng)提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 脈沖液壓回路設(shè)計(jì)

液壓管路瞬態(tài)壓力脈動(dòng)測(cè)試平臺(tái)液壓回路如圖1所示，利用不同情形下液體經(jīng)過(guò)管路時(shí)的波動(dòng)會(huì)對(duì)管道壁產(chǎn)生一定的脈沖波從而判斷液體的種類(lèi)及液體流動(dòng)的狀態(tài)。在液體流動(dòng)的過(guò)程中，對(duì)管壁有壓力作用，傳感器收集壓力信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端對(duì)此與數(shù)據(jù)庫(kù)的液壓數(shù)據(jù)作一次比較，并在顯示器上顯示出來(lái)，控制程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控脈動(dòng)狀態(tài)。

液壓部分為測(cè)試臺(tái)提供動(dòng)力、清潔度優(yōu)于NAS6級(jí)的液壓油。通過(guò)改變液壓部分的相關(guān)參數(shù)，可模擬產(chǎn)生流量、壓力脈動(dòng)，以測(cè)試其對(duì)管件的影響。圖1所示液壓系統(tǒng)用于檢測(cè)管路在壓力及流量出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)。其具體檢測(cè)方法如下：

①啟動(dòng)電機(jī)1，油泵2從油箱吸油經(jīng)過(guò)高壓濾油器3，單向閥4進(jìn)入主管路。

②當(dāng)溢流閥YV1，比例閥YV2，YV3全斷電時(shí)，油泵出油經(jīng)電磁溢流閥9溢流回油箱，此時(shí)系統(tǒng)為卸荷狀態(tài)。

③使YV1帶電（關(guān)閉卸荷通路），YV2及YV3斷電，系統(tǒng)開(kāi)始建立壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁溢流閥手柄調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力達(dá)到要求，額定壓力22MPa，通過(guò)激振錘作用，進(jìn)行管路固有特性測(cè)試。

④使YV1交替帶電、斷電，使系統(tǒng)壓力不斷在高、低壓之間切換，從而使系統(tǒng)輸出油的壓力值再高低壓間切換，模擬壓力脈動(dòng)測(cè)試。其測(cè)試數(shù)值通過(guò)系統(tǒng)中的壓力傳感器以4-20ma的電流輸出至電控系統(tǒng)，從而進(jìn)行檢測(cè)。以上為管路中的壓力脈動(dòng)檢測(cè)。

⑤系統(tǒng)中的11.1及11.2為比例閥，可通過(guò)輸入的電壓（0-24V）產(chǎn)生不同的開(kāi)度，使通過(guò)的流量發(fā)生變化，產(chǎn)生流量波動(dòng)的效果。使YV1帶電，通過(guò)調(diào)節(jié)YV2及YV3供電電壓，使被測(cè)件流過(guò)不同流量的液壓油，進(jìn)行流量脈動(dòng)測(cè)試。YV3為被測(cè)管路通過(guò)流量控制閥，YV2為旁路分流控制閥，二者相互配合產(chǎn)生不同流量，并通過(guò)流量傳感器輸出不同的電流至電控系統(tǒng)以檢測(cè)實(shí)際的流量值。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

激振設(shè)備可對(duì)被測(cè)管件產(chǎn)生一定功率和頻率的激振，通過(guò)壓力流量傳感器和振動(dòng)測(cè)試傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，能夠自動(dòng)繪制各種特性曲線(xiàn)并完成數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)。本項(xiàng)目采用組態(tài)王控制軟件，串口通訊設(shè)置如圖2所示，主界面如圖3所示。

主界面中標(biāo)注了被測(cè)管件、溢流閥、比例閥、截止閥、傳感器、冷卻風(fēng)機(jī)等元件的位置關(guān)系，也是最基礎(chǔ)的邏輯框圖。測(cè)試平臺(tái)控制界面如圖4所示。

從油箱吸油經(jīng)過(guò)高壓濾油器3，單向閥4進(jìn)入主管路。然后有四種狀態(tài)選擇：①卸荷狀態(tài)：溢流閥vt1、比例閥vt2、vt3全斷電，油泵出油經(jīng)電磁溢流閥9溢流回油箱。②管路固有特性測(cè)試：vt1帶電（關(guān)閉卸荷通路），vt2及vt3斷電，系統(tǒng)開(kāi)始建立壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁溢流閥手柄調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力達(dá)到要求，額定壓力22MPa，通過(guò)激振錘作用，進(jìn)行管路固有特性測(cè)試。③管路壓力脈動(dòng)檢測(cè)：vt1交替帶電、斷電，使系統(tǒng)壓力不斷在高、低壓之間切換，從而使系統(tǒng)輸出油的壓力值再高低壓間切換，模擬壓力脈動(dòng)測(cè)試。其測(cè)試數(shù)值通過(guò)系統(tǒng)中的壓力傳感器以4-20MA的電流輸出至電控系統(tǒng)，從而進(jìn)行檢測(cè)。④系統(tǒng)中的兩個(gè)比例閥，可通過(guò)輸入的電壓（0-24V）產(chǎn)生不同的開(kāi)度，使通過(guò)的流量發(fā)生變化，產(chǎn)生流量波動(dòng)的效果。使vt1帶電，通過(guò)調(diào)節(jié)vt2及vt3供電電壓，使被測(cè)件流過(guò)不同流量的液壓油，進(jìn)行流量脈動(dòng)測(cè)試。vt3為被測(cè)管路通過(guò)流量控制閥，vt2為旁路分流控制閥，二者相互配合產(chǎn)生不同流量，并通過(guò)流量傳感器輸出不同的電流至電控系統(tǒng)以檢測(cè)實(shí)際的流量值。

圖像中，管路油的流動(dòng)用綠色指示燈連接而成，比例閥的填充程度表示其張開(kāi)的大小，溢流閥的通斷通過(guò)紅綠指示燈表示。根據(jù)本界面，可以清晰直觀的看出管路中油的流動(dòng)情況以及各個(gè)閥門(mén)的狀態(tài)。

3 總結(jié)

飛機(jī)的固有特性和動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)，流體參數(shù)對(duì)管路的流動(dòng)耦合振動(dòng)特性的試驗(yàn)研究。測(cè)試臺(tái)通過(guò)振動(dòng)測(cè)試傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，能夠自動(dòng)繪制各種特性曲線(xiàn)并完成數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)、報(bào)告生成、打印測(cè)試結(jié)果等工作。這套裝置能夠完備地對(duì)飛機(jī)的管道情況對(duì)機(jī)務(wù)人員進(jìn)行匯報(bào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管路問(wèn)題，這對(duì)航空安全及有意義。

作者簡(jiǎn)介：韓秋峰，山東菏澤人，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，從事電氣控制技術(shù)研究。