超长行程大型液压缸试验系统设计.pdf

液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 2年 第 9期 超长行程大型液压缸试验系统设计 王毅翔 ， 邓乾坤 ， 张 斌 浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室 ． 浙江 杭州 3 1 0 0 2 7 摘要 液压缸是液压 系统 的重要执行元件 ， 对液压缸进行试验对保证其性能具有重要意义 。该文设计 的超长行程大型液压缸型式试 验系统 ， 最大行程可达 2 1 m， 最 大流量 6 0 0 L ／ m i n ， 额定压力 4 0 MP a 。可进行 的型式试验包括油缸试运行试验 、 启 动压力试验 、 耐压试验 、 泄漏试验 、 缓 冲试验 、 负载效率试验 、 稳定性试验 、 行程试验等 。本试验系统具有两个工位 工位 1 进行 3米 以上全行程型式试验 ． 工位 2进行 3 m以下半行程 型式试验 关键词 液压缸 超长行程 ； 型式试验台 中图分类号 T HI 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 9 0 0 3 6 0 3 A Te s t S y s t e m f o r S u p e r l o ng s t r o k e Hy d r a u l i c Cy li nd e r s WA N G Y i - x i a r t g ， D E N G Q 帆一 k u n ， Z H A NG B i n T h e S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f F l u i d P o w e r T r a n s m i s s i o n a n d C o n t r o l ， Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ，H a n g z h o u 3 1 0 0 2 7 ， C h i n a Ab s t r a c t Hy d r a u l i c c y l i n d e r i s t h e mo s t i mp o r t a n t a c t u a t o r i n a h y d r a u l i c s y s t e m， a n d t y p e t e s t i n g f o r h y d r a u l i c c y l i n d e r s h a s g r e a t me a n i n g for ma i n t a i n i n g i t s q u a l i t y ．T h e s u p e r l o n g - s t r o k e c y l i n d e r t e s t i n g s y s t e m d e s i g n e d i n t h i s p a p e r c a n r e a c h u p t o a s t r o k e o f 21 me t e r s ， a fl o w o f 6 0 0 L ／ mi n a n d a p r e s s u r e o f 4 0 MP a ． Th e s y s t e m h a s 2 wo r k i n g p o s i t i o n s ． P o s i t i o n 1 i s f o r f u l l - s t r o k e t e s t i n g o v e r 3 me t e r s ． P os i t i o n 2 i s for ha l f - s t r o k e t e s t i ng b e l o w 3 me t e rs． Ke y wo r d s h y d r a u l i c c y l i n d e r ； s u p e r l o n g s t r o k e ； t y p e t e s t s y s t e m ； s e a l i n g c h a r a c t e r i s t i c s O 引言 液压 缸是 液 压 系统 的主 要执 行 元件 之 一 。它具 有 结构简单 ， 工作可靠 ， 功率密度大等优点 ， 在工程机械 中得到了广泛的运用。型式试验是为了验证产品是否 满足技术规范的要求所进行 的试验 ，是新产品鉴定中 必不可少的环节 。液压缸的型式试验对保证液压缸的 性能具有重要意义 。本文设计 的超长行程大型液压缸 型式试验 台最大行程可达 2 1 m。由于最大行程过长 ， 在 对较小形成的液压缸进行试验时不方便 ，故系统设置 了两个工位。工位 1进行 3 m以上全行程型式试验 ， 工 位 2进行 3 m以下半行程型式试验。 两个工位均可进行 油 缸试 运行 试验 、 启动 压力 试 验 、 耐压 试 验 、 泄漏 试 验 、 缓 冲试验 、 负载效率试验 、 稳定性试验 、 行程试验等型 式试验。本试验台可以满足诸如挖掘机臂架油缸 、 变幅 油缸等各种类型的液压缸的试验要求。 1 系统组成与工作原理 试验系统 由泵源系统 、 加载换向系统、 负载缸加载 基金项 目 国家 自然科学基金 5 1 0 o 5 2 0 o 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 6 0 8 作者简 介 王毅翔 1 9 8 9 一 ， 男 ， 福 建南 安人 ， 在读硕 士生 ， 研究方 向为电 液控制 、 液压元件。 3 6 系统 、 流量测试系统 、 主油箱 、 主油箱加热冷却／ 循环过 滤系统 、 试验台架 2个 、 油料 回收系统等组成 。 试验台 所有油泵进 口均采用带信号球 阀，并将此信号 与电机 互锁 ． 只有在进 E I 球阀发出已打开的信号时 ， 油泵方可 起 动 。 1 液压 原理 图 本系统液压部分原理图如图 1 所示。 两个工位共 用大部分液压回路 ． 此处仅显示工位 1 。 以下对各个子 系统进行分别讨论。 2 J ／ I 载及换 向系统 试验压力通过比例溢流 阀调节 ，换 向机能采用 4 个 2通插装阀组合实现。如图 2所示 ， 插装阀 C V 0 4 ／ 0 5 ／ 0 6 ／ 0 7组成换 向机能 。 P口压力 由比例溢流 阀组 C V 0 8 进行调节 ， A ／ B口接人试件油缸两腔 ，利用齿轮流量计 进行流量测量。 3 负载缸加载系统 如图 3所示 ， 油缸的加载采用液压加载来实现 ， 通 过改变对顶负载油缸作用腔压力 ，实现对试验油缸 的 加载。作用腔压力通过两个比例溢流阀进行调节。 4 辅助加热／ 冷却 、 循环过滤系统 为避免对主试验油路造成影响， 辅助加热／ 冷却 、 循 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 9 ．2 0 1 2 环过滤系统采用旁路式 ， 如图 4所示 。采用定量泵组作 为油源 ， 当需要加热时 ， 开启 管路加热器 ； 当需要冷却 时， 打开电磁水阀 ， 冷却水流经冷却器对系统油温进行 冷却 ； 当系统清洁度不达标时 ， 开启此 回路 ， 利用 出 口 油滤对油箱中油液进行循环过滤。因系统采用高位油 箱 ． 故在辅助加热／ 冷却 、 循环过滤回路上定量泵组吸油 口加装球阀 2 。 当需要 向主油箱中加油时 ， 关闭球阀 1 ， 打开球阀 2 ， 并将油桶接到球 阀 2上 ， 开启定量泵组 即 可 为主 油箱 注油 。 图 1 型式试验 台液压原理图 1 一 试件无 杆腔2 一 试件有杆腔3、 4 - 可调泵源 5 一 定量泵源6 一 流量计 图 2加载及 换向系统 回路 负载缸有杆腔负载缸无杆腔 回油箱补油泵源 图 3负载缸加载系统回路 接 油 桶 冷却 水 图4辅助加热／ 冷却 、 过滤 回路 2 系统元件参数计算 1 系统工作参数 本系统最大试验流量为 6 0 0 L ／ mi n ，额定试验压力 为 4 0 MP a 。 2 泵源 系统 泵源采用 1台定量泵组和 2台可调泵组组成。定量 泵组 油泵 排量为 1 6 0 m l _ ／ r ，电机转速 1 4 8 0 r ／ m i n ；为满足 4 0 MP a高压力试验的要求 ， 可调泵组采用定量泵 变频调 速 电机方式 调节系统 流量 ，可调泵组 油泵排量为 8 0 to Ur 和 1 6 0 ml _ ／ r ， 电机最高转速 2 0 0 0 r ／ m i n 无级可调 。 根据下式计算电机功率 Ⅳ 1 叼 式中p 油泵工作压力； 凡 电机转速 q 油 泵排 量 ； 油泵机械效率 0 ． 9 7 。 由计算可得 ， 定量泵组电机功率为 1 6 2 k W， 可调泵 组 电机功率为 1 1 0 k W 及 2 2 0 k W。 3 加载及换向系统选型 二通插装阀及 比例溢流阀选用 R e x r o t h公 司产 品， 主要性 能参 数如下 比例溢流阀 通径 D N 4 0 ， 额定压力 4 0 MP a 。 二通插装阀组 通径 D N 4 0 ， 额定压力 4 0 MP a 。 2 ． 4负载 缸加 载 系统 在负载油缸运行时， 低压腔需要补充油液， 系统配置 4 台补油泵组 ， 根据试验需要可启动 1 台或多台以满足补 7 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 2年 第 9期 基于 MA T L A B的陶瓷砖压机主缸运动系统的研究 陈剑茅 ， 肖体 兵 ， 吴 百海 广东工业大学 机电工程学院， 广东 广州5 1 0 0 0 6 摘要 目前国内陶瓷砖压机多采用开环控制 ， 为了实现其闭环控制 ， 该文拟建立其主缸运动系统 的传递 函数 。根据稳定边界法则 ． 基 于 M A T L A B软件对其模 型进行 P I D控制器参数 整定 ， 并通过 S i m u l i n k进行仿真验证 。 关键词 陶瓷砖压机 ； P I D； 参数整定 ； 闭环控制； M A T L A B ／ S i mu l i n k 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 9 0 0 3 8 0 3 Re s e a r c h O i l Cy l i n d e r M o t o r S y s t e m o f Ce r a mi c Ti l e Pr e s s Ba s e d o n MA TLAB C HE N J i c ． 一 m∞ ， XI A0死一 b i n g． Ba i 一 Me c h a n i c a l E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ，G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 。 T h e F o s h a n HE NGL I T AI Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ，Gu a n g z h o u 5 1 0 0 0 6， C h i n a Ab s t r a c t Do me s t i c c e r a mi c t i l e p r e s s e s t h e u s e o f o p e n l o o p c o n t r o l ， i n o r d e r t o a c h i e v e c l o s e d - l o o p c o n t r o l ， t h i s p a p e r i n t e n d s t o e s t a b l i s h t h e t r a n s f e r f u n c t i o n o f t h e ma s t e r c y l i n d e r mo t o r s y s t e m． Ac c o r d i n g t o t h e r u l e s o f t h e s t a b i l i t y b o u n d a r y ， i t t u n i n g t h e P I D c o n t r o l l e r p a r a me t e r b a s e d o n MA T L AB s o f t w a r e mo d e l ， a n d s i mu l a t i o n b y S i mu l i n k ． Ke y wo r d s c e r a mi c b ric k p r e s s ； P I D ； p a r a me t e r t u n i n g ； c l o s e d - l o o p c o n t r o l ； MAT L AB ／ S i mu l i n k 0 引言 目前 ， 国内的陶瓷砖压机吨位一般在 6 0 0 ～ 7 8 0 0 t 之 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 1 作者简介 陈剑茅 1 9 8 4 一 ， 男 ， 广 东阳江人 ， 硕士研究 生 ， 现从事 陶瓷砖 压机液压控制系统及其智能控制器 开发 的课题研究。 一 一 一 一 一 ● 一 一 一 一 油需要 ． 选用派克品牌 2 5 0 m l J r 叶片泵作为补油泵。 补油泵组选型 共 4台 电机选 用 A B B品牌 1 5 k W 交流 电机 ， 额定 转速 l 4 8 0 r ／ rai n。 油 泵 选 用 P a r k e r品 牌 T 6 C一 0 8 5 1 R 0 0定 量 叶 片 泵 ， 额定 压力 7 MP a ， 排量 2 5 0 m L ／ r 。 对负载缸的补油方向控制通过 2个 2通插装 阀组 合 自动实现。负载压力通过 2个 比例溢流阀实现给被 试缸伸出或缩 回时加载。 二通插装阀及比例溢流 阀选用 R e x r o t h公 司产品， 主要性能参数如下 比例溢 流 阀 通径 D N 4 0 ， 额定压 力 4 0 MP a 。 二通插装阀组 通径 D N 4 0， 额定压力 4 0 MP a 。 2 ． 5主油箱计算 ． 系统的总流量约为 l 2 0 0 L ／ mi n ， 所需主油箱有效容 积为 Q z 2 x l 2 0 0 2 4 0 0 L 2 式 中 油箱有效容积 卜经 验系数 ； 38 间 ， 对这种大惯性系统进行闭环控制时 ， 往往会 出现增 益小则反应慢 ， 增益大则震荡等问题。 P I D控制结构简单清晰、鲁棒性好和适用范围广 。 是 目前应用最为广泛的控制策略 ，并且 日益受到控制 理论的重视，与神经网络及模糊理论等结合起来 。但 Q 系统流量 。 考虑油液装满油箱的 9 0 ％． 则所需主油箱容 积为 2 4 0 0 9 0 ％ 2 6 6 7 L ，因此选用 3 0 0 0 L油箱作为系统主 油箱。主油箱采用高位开式油箱， 使油泵进 口有一定的 压力， 保证油泵吸油充分 。 不产生吸空现象。 3 结论 本大型液压缸试验 系统集原有产品质量保 障、 新 产品研发测试 、 基础共性技术研究为一体 ， 具备支持液 压缸新材料 、 新技术研究 。 新产品 、 新结构设计和原有 产品性能检测 、故障诊断的功能。本 系统设计了长达 2 1 m的液压缸工作行程 。很好的满足 了国内大型企业 的需求 ， 研制成功后将在实践中具有很大的应用价值 。 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 ] 吴根茂 ， 邱 敏秀 ， 王庆丰 ， 等． 新编 实用 电液 比例技术 [ MI ． 杭 州 浙江大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 3 】 王积伟 ， 章宏甲 ， 等． 液压传动【 M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ] 张新 ， 陈尚兵等． 油缸试验 台的液压系统叨． 煤矿机械， 2 0 0 9 ， 1 0 ． I 5 I 彭熙伟． 液压缸综合性能试验台设计 ． 液压与气动， 2 0 1 l ， 1 1 ．