大流量电液比例插装阀液压测试试验台的设计.pdf

Hv d r a ul i c s Pn e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No． 9 ． 201 0 大流量电液 比例插装 阀液压测试试验台的设计 于 良振 王 明琳 方锦辉 1 ． 山东泰丰液压设备有 限公司 ， 山东济宁2 7 2 0 0 0 ； 2 ． 浙 江大 学机械 电子 工程 控制 研究 所 ， 浙 江杭 州 3 1 0 0 2 7 摘要 电液比例插装 阀可 以实现对 高压大流量液流的 比例控制 ， 广泛应用于锻压机 、 注塑机等重型机械液压系统的调速回路 ， 其性能 直接影响到系统的响应速 度和控制精度 ． 电液 比例插装阀的测试和调节是确保压机安全可靠运行的必要手段 。 本文根据压机应用工艺 对电液比例插装 阀的性能要求 ， 设计 了液压测试试验 台， 对其压力一流量特性和阶跃响应特性进行测试 ， 能够准确 的测试 该阀的主要 性 能 。 关键词 大流量； 电液比例插装 阀； 测试试验 台； 压力一 流量特性 ； 阶跃 响应 特性 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 0 0 9 0 0 3 7 0 3 De s i g n o f a Hy d r a u l i c T e s t - b e d f o r t h e La r g e F l o w Do u b l e Pr o p o r t i o n a l Ca rtr i d g e Va l v e s YU L i a n g - z h e n l WA NG Mi n g - l i n 1 F A NG J i n h u i 2 1 ． S h a n d o n g T a i n g Hy d r a u l i c E q u i p me n t C． ， L t d ． J i n i n g 2 7 2 0 0 0， C h i n a ； 2 ． 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 El e c t r o Hy d r a u l i c P r o p o r t i o n a l c a rt rid g e v a l v e s ma k e p r o p o r t i o n a l c o n t r o l o f h i g h p r e s s u r e l a r g e v o l u me fl o w ， a n d u s e d i n s p e e d c o n t r o l c i r c u i t o f h e a v y ma c h i n e r y h y d r a u l i c s y s t e m．I t s p e r f o r ma n c e s d i r e c t l y i n f l u e n c e s y s t e m r e s p o n s e s p e e d a n d c o n t r o l p r e c i s i o n ． T e s t a n d r e d r e s s al i s n e c e s s a r y me a s u r e a n d me a n s f o r s a f e t y a n d t r u s t i n e s s o f ma c h i n e r y ． I n t h i s p a p e r , t e s t b e d i s d e s i g n e d b y r e q u e s t o f ma c h i n e r y t e c h n i c s ． P r e s s u r e fl o w c h a r a c t e r i s t i c s a n d d y n a mi c r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s a r e t e s t e d i n t h i s t e s t b e d ， a n d t h e r e s u l t s s h o w t h e t e s t b e d me e t t h e t e s t r e q u i r e me n t s f o r s t a t i c a n d d y n a mi c c h a r a c t e ri s t i c s ． Ke y W o r d s l a r g e f l o w； e l e c t r o- h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l c a r t ri d g e v a l v e s ； p r o p o r t i o n a l t h r o t t l e v a l v e ； t e s t b e d ； p r e s s u r e fl o w c ha r ac t e ris t i c s ； s t e p r e s p o ns e c h a r a c t e ris t i c s O 前言 随着 我 国重 型机 械 现代 化 水平 的提 高 ，对 电液 比 例技术的要求 日益提高 ， 电液 比例插装阀具有流量大 、 响应快 、 耐 高压 、 寿命长等特点 ， 在锻造压机 、 注塑机 、 压铸机等大型压机 中得到广泛应用 ， 满足快速 、 平 稳 、 高精度的技术要求。因此 ， 电液比例插装 阀作为关键液 压元件 ， 其性能的好坏直接影响到整个系统 的可靠性 ， 研发高品质的电液 比例插装阀并进行全面 、准确的试 验测试 ． 并将其推广到市场 ， 对我 国液压技术 ， 甚 至整 个工业 技术 的发 展具 有重 要意 义 。 为 了全 面 测试 山东泰 丰 液压 设 备有 限 公 司研 发 的 电液比例插装阀的各项性能指标 ，在已有试验台的基 础上 ， 根 据 浙 江大 学 机械 电子工 程 控制 研 究所 的建议 ， 进一步设计并搭建了瞬态高压大流量试验台部分。 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 0 4 作者简介 于 良振 1 9 7 7 ～ 男 ， l f0 东济宁人 ， 工程 师 ， 主要从事二通插装 阀 和电液 比例阀产品的研发工作。 1 测试项 目 1 ． 1稳态控 制特 性测 试 1 流量一压差特性 是 电液比例插装 阀在实际应 用 中最受 关 注 的性 能之 一 。反 映 了 电液 比例插 装 阀 的 通流 能力 。 2 滞 环特 性 该 特 性 由滞 环 指标 日 表示 ， 是 指 元 件内存在的磁滞 、 静摩擦 、 弹性滞环等因素对元件稳态 控制 特性 的影 响程 度 ，反 映 了 电液 比例插 装 阀 的控 制 精度。 1 ． 2动态 控制 特性测 试 1 流量突变时的抗干扰能力 该项 目是在输入信 号一定 即被试 阀的开 口一定 的情况下 ， 测试在输人 流 量 阶跃 变 化时 ， 被试 阀主 阀芯位 移 的稳定性 。 2 阶跃 响应特性 该 特性反 映了其快速 响应 能 力 。在本文设计 的试验台中， 对被试阀在低压情况和高 压 情况 下 的阶跃 特性 均做 了准 确的测 试 。 2 液压试验 台的设计 为了更有针对性地完成上述测试项 目，电液比例 3 7 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 l 0年 第 9期 插装 阀 的液压 测试试 验 台分 为低压 大 流量 系统 和高压 试验系统 。其中高压系统包括高压小流量和瞬态高压 大流量二部分。 2 ． 1 低压大 流量试 验 系统 该 试 验 系 统 主 要 可 以进 行 流 量 一 压差 特 性 的 试 验 ，液压 系统 原理 图如 图 1 所示 。该 液压 系统 由主 回 路、 循环过滤回路和控制回路组成。主回路由 6台双轴 电动机驱动 1 2台定量齿轮泵提供油源 ， 在工作压力为 2 M P a的情况下 ， 能够提供 3 6 0 0 L ／ mi n的流量。 控制回路 为先导阀提供压力油 。被试阀前和阀后均设置 了压力 表和压力传感器 ， 用以检测压力。 l 一 齿轮泵2 一 电动机3 一 压力表4 一 流量计 5 一 压力传感器6 一 被试阀 图 1 低压大流量试验系统原理简图 在进 行流 量一压 差特 性测 试时 ，给定 被测 阀一 定 的输入信号， 即令其主阀开口固定不变， 改变泵的输人 流量 ， 由于设置 了 l 2台泵 ， 所 以能够 保证 l 2组 不 同的 流量输入， 记录在不同流量情况下被试阀前后压差 ， 这 样便可以得到 1 2组数据， 从而可以得到被试阀在全开 情况 下 的流 量一 压差 的特性 曲线 。 除 了流量一 压差 特性 的测试 ，该 试验 系统还 能 对 被试阀的静态滞环特性 、抗流量干扰能力和低压时的 动态 响应 特性进行 测试 。 2 ． 2高压试验系统 该试 验 系统 主 要进 行 被试 阀的 阶跃 响 应 试验 ， 液 压系统原理如图 2所示。该液压系统主要由主回路 、 蓄 能器组 和控 制 回路组 成 。 高压 小流 量 系统 主 回路 由 2 台 P V G 一 1 0比例 变 量 泵 提 供 油 源 ．最 大 稳 态 流 量 为 3 0 0 I J m i n ，最大压力为 3 1 ． 5 MP a 。瞬态高压大流量由4 个容积为 1 0 0 L的气囊式蓄能器串联而成 ， 能提供瞬态 的高压大流量 ， 功耗低 ， 又能验证被试 阀的动态性能。 控制 回路 为先导 阀提供 压力油 。 38 1 -电动机2 一 比例变量泵3 一 过滤器4 一 流量计5 一 蓄能器组 6 一 压力传感器7 一 压力表8 一 被试阀9 一 背压阀 图 2 高压瞬态大流量试验 系统原理简图 在进行阶跃响应特性测试时，首先对阀输入信号 为关闭． 比例变量泵开启向蓄能器充液， 当蓄能器充满 液 ， 压力达到设定值后 ， 给被试 阀以阶跃信号 ， 这时蓄 能器和比例变量泵一起向被试 阀供液。数据采集系统 记 录被试 阀前后 压力 变化 和 阀芯位 移情 况 ，可 以得 到 主阀芯 的阶跃响应 曲线 。 在不 使用 蓄能 器组 的情 况下 ，该 试验 系统 还可 以 进行高压小流量情况下的动态响应特性测试，并且可 以对小流量范围内的流量一压差特性进行补充试验。 2 ． 3测试 系统 该 试验 系统 的测 试系 统框 图如 图 3所示 ，主要 由 测试试验 台、 传感器 、 控制放大板 、 数据采集与显示 四 个部分组成。传感器包括两个位移传感器和两个压力 传感器 ， 控制放大板是测试系统的控制单元 ， 主要对输 入信号进行处理放大，最终控制被测元件主阀芯的位 移 数据采集卡采用研华 4 7 1 1 A， 是一块 l 2位多功能 U S B数据采集卡 ，可进行数字信号和模拟信号的输入 输 出 ．采 样速 率 高达 1 5 0 k S ／ s 。利用 虚拟 仪器 软件 L a b V I E W 实现数 据记 录和 图像输 出。 图3 测试系统的组成 3 测试结果 1 被试阀具有良好的通油能力。 当被试阀主阀全开， 阀前后压 差 0 ． 3 5 MP a 的情况下 ，流量 能达到 3 0 0 0 U mi n ， 测 试 曲线 如 图 4所示 。