基于功率匹配的油缸试验台液压系统设计.pdf

研究与开 DO I 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 3 ． 0 6 ． 0 2 2 基于功率匹配的油缸试验台液压系统设计 黄烨 浙江工业职业技术学院，浙江绍兴 3 1 2 0 0 0 摘要针对不同负载油缸，采用不同的液压系统和供油方案，保证油缸试验台功率匹配，节省能源，降低能耗 ，同时保证液压 系统工作 品质 。 关键词 油缸试验台 ；系统设计 ；供油模块 ；功率匹配 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 3 0 60 0 8 10 3 Th e De s i g n o f Hy d r a u l i c S y s t e m o f Hy d r a u l i c Cy l i n d e r Te s t - Be d Ba s e d o n Po we r M a t c hi ng HUANG Ye Z h e j i a n g I n d u s t r y P o l y t e c h n i c C o l l e g e ，S h a o x i n g 3 1 2 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e d i f f e r e n t l o a d c y l i n d e r s ．d i f f e r e n t h y dr a u l i c s y s t e ms a n d diffe r e n t me t h o d s o f s u p p l y i n g h y d r a u l i c o i l a r e u s e d t o e n s u r e t h a t t h e p o we r 0 f t h e c y l i n d e r t e s t -b e d ma t c h e s i t ’ S l o a d s， a n d t o s a v e e ne r g y， r e d u c e c o n s u mp t i o n， e ns u r e t h e wo r k qu a l i t y 0 f t h e h y d r a u l i c s y s t e m a t t h e s a me t i me ． Ke y wo r d s c y l i n d e r t e s t b e d；s y s t e m d e s i g n；f u e l s u p p l y mo d u l e；p o we r ma t c h i n g 0前言 油缸作 为液 压传 动 的主要 执行 元件 ，广 泛 应 用 于工程 机械 、起 重设 备 、冶金机 械 、农 业 机 械 、车辆 工程 、武器装 备 、航空航 天装 备等 领 域 中 ，油 缸质量 和性能 的好 坏 ，直 接影 响整 个液压系统和设备的正常工作 ，因此检验与测 试 油 缸 性 能 至关 重要 。 在 油 缸 开 发 、 出厂 检 验 、产 品验 收过 程 中 ，需 要 对 液 压 缸 进 行 试 验 。 由于油缸 的 品种 、规 格多 ，因此 ，设计 能 满 足不 同直径 与行程 、不 同负 载 不 同流量 与 压 力 的液压 缸通用 试验 台 ，并 与负 载功率 匹 配 ，提 高试验 台 的运 行效 率 ，降低能 源消耗 显 得非常必要 。 按 照 G B ／ T l 5 6 2 2 2 0 0 5规 定⋯ ，液 压缸 的 型式检验项目有 l 0 项，其中耐久性试验消耗功率 最多 ，是油缸试验台的关键。 1 油缸试验台液压系统设计 一 般油缸试验台液压系统如图 1 5 所示 ，油 收稿 日期 2 0 1 21 2 1 6 缸试验 台系统一般 由被试缸子系统 、加载缸子系 统 、检测控制子系统组成 ；按组成模块分供油模 块 、控制阀模块 、电气控制模块等。 为 了满足不 同规格的油缸进行性能测试 ，油 缸试验 台需要提供不 同的压力和速度。不 同的被 试油缸要承受不同的液压力 ，加载缸需要提供不 同的加载压力 ，因此在被试液压缸支路和加载缸 支路设置溢流阀调定压力 ；对于速度调节 ，加载 子系统和被试缸子系统采用节流调速或变量泵调 速。 如 图 l 为国标 G B 厂 I ’ 1 5 6 2 2 --2 0 0 5 液压缸 型式 试验液压 系统原理 图u ～ 1 ，溢流阀 3 调定加载缸 的 压力后 ，差动加载缸提供一定的负载 ，泵 2 起补 油作用；被试缸1 3 的压力由1 7 调整，往复速度由 单向节流阀2 0 、2 1 调节。该系统简单实用，但节 流调速发热量大 ，功耗大，不宜于高速和功率大 的场合 。将 图 1 中的节流调速改 为变量泵调速 ， 成为图2 系统 ，减少功耗。 与开发 图4中 ，泵 2 和 l 3 采取 中高压变量泵 ，利用 比例 阀和变量泵一起调节进人液压缸的流量 容积 节流调 速 ，由于容积节 流调速 没有溢 流损 失 ，效率高 ，速度稳定性好 ，调整范 围大 ，且能 准确控制油缸速度 。 功率大 ，特别是功耗及发热量大时 ，应采取 图5 所示具有功率回收的液压系统 。当截止阀l 3 关 闭时 ，泵 2 、2 ’独立向加载缸供油 ，压力由溢 1 、1 9 ． 过滤 器2 、1 8 ． 定量泵l 8 ’． 变量泵3 、6 、1 0 、1 7 ． 溢 流 阀4 、5 、1 1 、1 2 、1 6 ． 单向阀7 、9 、1 6 ． 截止阀1 4 ． 三位四通电 磁换 向阀8 ． 对顶 加载油缸1 3 ． 被试油缸2 0 、2 1 ． 单 向节流阀 图l 单向节流调速液压系统 图2 变量泵调速液压系统 对于功率大的加载缸 ，采取换向阀控液压系 统 ，如图3～5 。 图 3中 ，泵 2 和 2 ’ 、 1 6和 1 6 ’采取 中高 压 泵、高压泵组合形式，可单独供油，流量大时可双 泵供油 ，加载缸压力由加载阀6 调节 ，并利用双向 整流 回路 。 。如果需要加载侧 向力 ，由于侧 向力 一 般为被试液压缸轴向力的l 0 ％，此力较小，可 以在侧向加载支路上设置减压阀构成减压回路。 上述几种组合 ，采用 的是节流调速 ，且 由于 泵所能直接提供的流量通常不能与油缸所需流量 匹配，而是依靠溢流损失来满足的，故该液压系 统总体功率损耗 比较大。 1 、l ’ 、1 7 、l 7 ’． 过滤器2、2 ’． 定量泵l 6 、1 6 ’． 变量泵 5 、l 4 ， 溢 流 阀3 、3 ’ 、1 5、1 5 ’． 单 向阀4 ． 双 向整流 回路 1 3 ． 截止 阀6 ． 加载 阀9 、1 1 ． 电磁换 向阀7 ． 对顶 加载油缸 8 ． 被试油缸l O ． 侧向加载缸 图3 具有侧向加载的液压系统 7 8 1 、1 4 ． 过滤器2 、1 3 ． 变量 泵5 、1 2 ． 溢流 阀3 、1 1 ． 单 向 阀4 ． 双 向整 流回路6 ． 加 载阀7 ． 对顶加 载油缸8 ． 被试 油缸9 ． 比例换 向阀l O ． 截止阀 图4 比例阀控液压系统 黄 烨基于功率匹配的油缸试验台液压系统设计 研究与 流阀4 、5 调节。当截止阀 1 3 打开时 ，进行功率 回 收 ，此时有两种情 况 1 若截止阀 7 关 闭，泵 1 7 、l 7 ’向被试缸和加载缸有杆腔供油 ，泵 1 7 、 l 7 ’压力 由溢流阀 1 5 调节 ； 2 若截止阀 7 打 开，泵2 、2 ’ 、l 7 、l 7 ’联合向两缸供油，此时 l 、1 ’ 、1 8 、l 8’． 过滤器 4、5、1 5 ． 溢流 阀 7、8、l 3、l 4 ． 截止 阀 l 0 ． 对顶加载油缸 2、2 ’ 、1 7、1 7 ’． 变量泵 3 、3 ’ 、1 6、1 6 ’． 单 向阀 6 、9 、1 2 ． 三位四通电磁换向阀 1 1 ． 被试油缸 图 5 具有功率 回收的液压 系统 截止阀 1 4 关闭 ，系统压力由溢流阀4 、5 调节 系 统压力还可设置多级远程调节 ，这种情况下 ，可 提供最大流量 。 该组合一般采取中低压变量泵与高压泵组合 形式 ，也可采取三泵组合 ，分别为低压泵 、中高 压泵 和高压泵 ，变量泵为系统提供主要油液 ，有 -’ 一- - ● 一- ’ 一- ● 一 - ● 一 - 上接 第4 4页 当调度发 出停车指令时 ，P L C将按照顺煤流方 向 逐级停车 ，当P L C接到急停指令时 ，将立 即停止 系统中的全部设备，程序框图见图3 。 2 ． 5 P I G外部接线 P L C 外部接线如图4 所示 。 3运行效果 该厂 自己探 索 、攻坚克难 ，用最少 的投入 、 最少影响时间、最少工作量 、最少安装空间，成 功对原煤运输 系统实施 自动化改造 ，有效解决了 汪家寨洗煤厂原煤运输系统 中的安全隐患 ，完善 了工艺流程和设备保护装 置 ，保证了原煤运输的 安全性、可靠性 ，机电设备事故率大幅降低，长 期 以来 困扰生产 的破碎机 易堵难题也得 以根本解 决。据统计 ，仅减少破碎机堵塞一项 ，每年就达 3 0 0 ／ J 、 时以 E 恒压泵和恒流泵；高压泵作补油之用。 此外，有些油缸液压系统，在主高压回路中 设置蓄能器 ，以减少 系统压力脉动 ，提高系统稳 定性 。 2 结论 根据油缸规格 、负载和运行速度不 同，设计 不 同的试验 台液压 系统 ，选择不 同的供油方式 ， 做到能源与负载功率匹配，降低功率损耗，同时 提高系统运行质量 。 参考文献 [ 1 ]G B ／ T 1 5 6 2 2 2 0 0 5 ． 液压缸试验方法 [ s ]． [ 2 ]彭熙伟． 液压缸综合性能试验台设计 [ J ]． 液压与气 动 ，2 0 1 1 1 1 9 3 9 4 ． [ 3 ]张新，陈尚兵． 油缸试验台的液压 系统 [ J ]． 煤矿机 械 ，2 0 1 0 ，2 3 1 1 1 5 1 1 7 ． [ 4 ]张立军，刘克铭． 液压缸试验台液压 系统的初步设计 [ J ]． 机床与液压，2 0 0 8 ，1 2 3 6 1 1 0 1 1 2 ． [ 5 ]徐灏． 机械设计手册 液压传动与控制第5 版 [ M]． 北京 机械 工业出版社 ，2 0 1 0 ． [ 6 ]王春行． 液压控制 系统 [ M]． 北京机械 工业 出版 社 ．2 0 0 4 ． [ 7 ]纪跃波，张飞． 高压高速液压缸耐久性试验功率回收 节能技 术[ J ]．集 美大 学 学报 ，2 0 1 0 ，3 1 4 63 -6 7 作者简介黄烨 ，男，1 9 6 5 年生，河南罗山人，硕士 ， 副教授。研究领域 机械设计 、先进制造技术。已发表论 文 1 2 篇。 编辑 向飞 本次改造是该厂精心设计 、大胆尝试的一次 成功范例，实现了科学技术向生产力的转换 ，在减 少岗位人员劳动工作量的同时 ，有力提升了原煤运 力，为该厂原煤运输安全生产做出了突出贡献 。 4 结束语 P L C 可编程控制器具有结构简单 、体积小 、能 耗低 、可靠性高、功能强大等突出优点。同时，它 在系统的设计、安装和调试工作上简便易行，特别 在针对复杂控制系统的运用 中有得天独厚的优势 ， 是一种性价比很高的电气控制设备。在生产过程中 用好P L C，可为安全生产提供 良好的条件 。 第一作者简介周大嵩，男 ，1 9 7 3 年生，四川万县人 ，大 学专科 ，工程师。研究领域 机电技术及机电管理。 编辑 阮毅