一种多功能液压试验台的设计.pdf

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液 压 气 动 与 密 Id - / 20 1 5年 第 0 1 期 d o i l O . 3 9 6 9 . i s s n . 1 0 0 8 0 8 1 3 . 2 0 1 5 。 0 1 。 0 1 1 一 种多功能液压试验 台的设计 权 钰云 中国煤炭科工集团太原研究院, 山西 太原 0 3 0 0 0 6 摘 要 该文介绍了一种多功能液压试验台的系统设计 , 工作原理、 系统功能集成及主要技术参数。它综合了煤矿井下掘进机液压泵、 液压阀和液压缸专用试验台的性能 , 能够满足同一试验台多项测试的目的, 通过对试验台数据测试和数据采集系统的集成设计 , 设计 开发了适合该试验台的数据分析软件。 关键词 液压试验台; 控制系统; 数据测试 ; 数据采集系统; 测试 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 5 0 1 0 0 4 0 0 3 A Ki n d o f Mul t i f un c t i o n Hyd r a u l i c 1 1 e s t Be n c h De s i g n QU A N Y u - y u n T a i y u a n R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n a C o a l T e c h n o l o g yE n g i n e e r i n g Gr o u p C o r p o r a t i o n , T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 , C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s a k i n d o f mu l t i f u n c t i o n h y d r a u l i c t e s t s t a n d o f s y s t e m d e s i g n , wo r k i n g p r i n c i p l e , s y s t e m f u n c t i o n i n t e g r a - t i o n a n d ma i n t e c h n i c a l p a me t e m. I t c o mb i n e s t h e c o a l mi n e ma c h i n e h y dra u l i c p u mp , h y dra u l i c v a l v e a n d h y d r a u l i c c y l i n d e r t e s t - b e d p e r - f o r ma n c e , C an me e t the s a me t e s t mu l t i p l e t e s t s , the p u r p o s e o f t h r o u g h t o t h e b e n c h t e s t d a t a a n d t h e d a ta a c q u i s i t i o n s y s t e m i n t e g r a t i o n d e s i gn , s u i t a b l e f o r d a t a a n a l y s i s s o f tw a r e o f t h e t e s t b e n c h wa s d e s i gn e d a n d d e v e l o p e d . Ke y wo r d s h y dra u l i c t e s t b e d ; c o n tr o l s y s t e m; the t e s t d a ta; d a ta a c q u i s i t i o n s y s t e m; t e s t 0 引言 随着我 国液压工业 的发展 , 先进液压技术 已经广 泛的应用在我国煤矿采掘机械装备上, 如煤矿井下掘 进机液压系统采用负载敏感式变量泵与负载敏感 比例 多路阀组成的负载反馈控制系统, 该系统以其性能可 靠 、 结构紧凑 、 多功能 、 功率损耗小等特点在我国采掘 机械行业 中得到广泛 的应用。该技术 的应用大大提高 基金项目 天地科技青年创新基金 1 J 一 2 0 1 3 一 S X M J 一 0 2 收稿 日期 2 0 1 4 0 6 2 3 作者简介 权钰云 1 9 8 3 - , 男, 甘肃武威人 , 助理研究员, 学士, 从事掘 进机设计工作。 了国产采掘机械的使用性能, 为我国采掘的发展积累 了丰富的技术经验 。但 随之也使得液压系统 的组成更 加复杂, 系统在故障诊断和排除时, 不但需要熟练的技 术人员 , 同时还需要功能全的检测设备。目前没有试 验装置能对设备上使用的液压元件进行系统功能和性 能测试 , 在故障排除过程时出现问题就需要将整个系 统管路全部拆解 , 这样 即浪费工时又会对系统造成 污 染 。本 文通过多功能液压试验 台的设计开发 , 可以将 系统主要液压元件都集成到同一试验台上进行综合性 能测试 , 也可以分别测试液压泵 、 液压阀和液压缸 的性 能参数。 以完善, 如 对新型双列柱塞泵配流盘与缸体之间的间 隙、 柱塞座和垫板的间隙都没有深入讨论。 参考文献 [ 1 】 路甬祥. 流体传动与控制技术的历史进展与展望[ J ] . 机械工 程学报 , 2 0 0 1 , 3 7 1 0 . [ 2 ] 王益群, 张伟. 流体传动及控制技术的评述[ J J . 机械工程学 报, 2 0 0 3 , 3 9 1 o 1 . 【 3 ] 聂松林 , 李壮云 , 等. 轴向柱塞式液压马达转矩特性的理论 研究[ J ] . 液压与气动, 2 0 0 2 , 7 7 - 1 0 . [ 4 】 翟培详. 斜盘式轴向柱塞泵设计[ M 】 . 北京 煤炭工业出版社, 1 9 7 8 . 【 5 】 徐世君. 轴向柱塞泵流量脉动的研究[ J J _ 机械制造与研究 , 2 0 0 7 , 3 3 9 4 3 . 40 那焱青, 尹文波, 那成烈. 轴向柱塞泵瞬时流量的理论分析【 J 】 . 兰州理工大学学报, 2 0 0 4 . 3 0 2 5 6 5 9 . 陈进, 方建忠, 砾石六, 等. 多排式轴向柱塞泵的流体动力特 性研究[ J ] .建 筑机械 , 2 0 0 7 , 9 8 9 9 3 . 杨帆. 新型轴向双排柱塞泵的研究[ J 1 . 制造技术与机床, 2 0 0 9 , 6 1 2 4 1 2 7 . 杨逢瑜, 马毓姝. 双排式轴向柱塞泵的流量脉动分析[ J 】 . 兰州 理工大学学报, 2 0 1 0 , 3 6 6 4 5 4 7 . 李玉林. 液压元件与系统设计【 M】 . 北京 北京航空航天大学 出版社 , 1 9 9 1 . 金朝铭. 液压流体力学【 M 】 . 北京 国防工业出版社, 1 9 9 4 . 盛敬超. 液压流体力学[ M】 . 北京 机械工业出版社, 1 9 8 0 . 陈果 , 何立东 , 韩万富, 等. 丁烯离心泵和柱塞泵的管道振动 分析及阻尼减振研究f J 1 .机电工程 , 2 0 1 3 , 2 . j ] O l 2 3 n Hvd r a u l i c s Pne uma t i c s Se a l s / No. 01 . 201 5 液压缸试 验 组 柱 塞 泵 试 验 组 马达试验组 多路阀试验组油箱 功能 附件 等 图 1 液压系统原理 图 1 液压试验台设计 1 . 1 液压试验 台组成 多功能液压实验 台的原理如 图 1 所示 。本试验 台 部分 由一台电动机带动组合泵 低压齿轮泵 1 和高压柱 塞泵2 组成 提供动力源 , 进行形式动作试验时柱塞泵 卸载 , 齿轮泵提供低压大流量。用于打压试验时柱塞 泵加载 , 提供高压小流量 , 在整个试验 中有效地减少 了 电动机做无功功率 。油泵 的测试与马达的测试共用一 台低压泵 1 4 提供低压力 、 大流量 的油源 ; 液压马达的高 压泵与液压阀试验的泵共用 , 提高了试验台元件的使 用率 , 减少试验台元件的种类 , 方便了试验台的维护。 1 . 2试验台工作原理 1 液压缸试验由动作平稳性试验、 低压密封』生 能 试验均由组合泵低压力、 大排量泵组进行试验 ; 对于高 压 1 1 0 %工作压力 密封性能试验则由组合泵高压泵 进行试验。采用小功率电机驱动组合泵实现试验 目 的, 既减少了功率的浪费, 又降低了不必要的发热 , 而 且 占地面积极小。 2 液压泵 的试验加载部分 由比例溢流阀 2 O 和流 量测试仪器2 2 进行控制和监测 , 比例溢流阀可以连续 均匀加载 , 通过流量传感器 、 压力传感器 5 显示数据反 馈控制比例溢流阀, 然后实现对液压泵的压力变化、 流 量变化及试验泵的功率、 效率变化等项目的测试。 3 对于马达的试验则需双套泵组进行试验, 其中 一 套泵通过桥式整流回路2 5 为马达提供油源, 另一套 为测试加载泵组2 8 。动力源输出液压油, 控制部分通 过 比例换 向阀 3 6 控制马达的转 向变化 , 通过 比例溢流 阀控 制马达 的压力变化 , 进而实现对液压马达的试验 项 目的测试。 4 液压多路换 向阀试验台由液压系统 、 电气控制 系统、 计算机测试系统等组成; 可对多路换向阀的换向 性能 、 内泄漏 、 压力损失、 安全阀性能、 背压等进行 试验。 液压多路换 向阀的测试动力源与马达高压加载泵 共用 ; 控制部分通过换 向阀3 6 控制液压油的输 出方 向, 其 中流量 由流量测试仪器 3 5 进行检测 ; 加载部分 由比 例溢流阀3 7 和压力传感器 3 4随时监测换 向阀的压力 、 温度、 流量等参数的测定 , 从而实现对液压阀的试验项 目的测试。 5 本试验 台配备过滤系统 、 散热 系统 、 加热 系统 及漏油回收系统, 均由计算机集成控制。漏油回收系 统由回收油箱中液位控制继电器 1 5自动控制油泵电机 组的启停, 将被试元件拆装过程中泄漏油液经过滤器 回收到主试验 系统 中去 , 它主要 由电机油泵组 、 液位控 制继电器和过滤器组成 。 对 于加热系统及散热 系统 , 由油箱温度控制继 电 器反馈于集成控制系统 , 在低 于设定 温度时 , 加热系统 启动; 而在高于设定温度时, 散热系统启动。 过滤系统 的集成在泵组吸油 、 高压 出油管路 、 被测 试件 的回油管路以及散热系统的 回油管道 等系统 中 , 保证油液的清洁度。过滤系统中元件的选择均为常规 性产品, 以便降低后期维护费用。 本试验台均采用计算机控制 , 可实现全数字化显 示及控制, 测试项目全面, 参数准确, 自动化程度高, 测 试数据存储 长久。在各个项 目的测试试验过程 中 , 均 41 液 压 气 动 与 密 封 /2 0 1 5年 第 0 1 期 由各流量传感器、 压力传感器、 转矩仪、 转速仪、 比例控 制阀等将数据传回控制中心 , 然后由控制中心控制各 个 泵组 电机 、 比例控 制 阀进而 实现试 验项 目的测试 工作 。 1 . 3 试验 台测试项 目及内容 试验项 目 1 排量检测试验 空载压力 、 测定排量 ; 2 容积效率/ 总效率试验 在额定工况下, 测定容 积效率和总效率; 3 自吸试验 ; 4 超载试验 最 大排量 、 公 称转速 、 额定 压力 的 1 2 5 %或最高压力下运转 l m i n 以上 ; 5 外渗漏 在上述试验中, 检查密封部位的泄漏 情况。 测试性能如下 1 多路换向阀 测试阀的换向性能、 动态相应速 度 、 控制精度 、 压力损失及 内泄漏 ; 2 压力阀 测试阀的调压范 围、 压力稳定性 、 压力 损失及内泄漏 ; 3 流量控制阀 测试阀的流量调节范围、 流量控制 精度 、 稳定性 、 压力损失及 内泄漏 ; 4 液压马达 测试马达转速范 围、 最低启动压力 、 耐压性能、 输 出扭矩 、 内泄漏。 1 . 4主要技术参数 1 驱动 方式 分组 电机驱 动 , 最 大 电机 功率 为 1 3 2 k W。依据试验项目启动相应泵组; 2 加载方式 比例控制阀远程加载, 可实现最高 压力 3 1 . 5 MP a ; 3 先导及高压控制压力范 围 0 ~ 3 1 .5 M P a , 可 换向 ; 4 显示方式 转速 、 转矩 、 压力 、 流量等 电脑显示 并可打压输出及数据存储。同时, 转速、 流量、 压力数 显 计算机和现场显示同时运行 , 按程序制动控制; 5 供油方式 自吸供油 泵 和强制供油 马达 ; 6 正反 向旋转均可实现试验 ; 7 滤油器配备压差发讯器, 可实现滤芯更换提示 报警 ; 8 配套散热器一台8 m 左右。 2 数据采集 见图2 和控制系统设计 根据掘进机不 同规格机型液压元件参数性能的实 际情况 , 应用 电液 比例控制系统 , 对被测试元件进行实 时数据采集和计算机辅助控制技术 , 并开发出适合该 试验台的数据处理分析软件。对所采集数据进行存 42 储、 计算和分析, 绘制出特性曲线。 数据的采集主要有 压力传感器、 流量传感器和油位油温传感器。为了保 证所测试数据的精度 , 我们设计了高低压回路 , 系统在 测试空载性能时选用 5 MP a 的压力传感器 , 在高压性能 试验时选用 4 0 MP a 的传感 器 , 流量传感器根据系统流 量的大小选用 了3 种不同规格 。 显示器 l 数据H 数字温度仪卜 . _ 一 液 一 采集l 压 面 卜 卜 _ 控 I 垒 栩 多 卜 制 功 机 I数 据 H数 字 流 量 仪 } 一 能 -一_ . 1 采集l 试 l 卡B H 泄漏测量仪 臼 2 . 1控制系统1I t 2计算机数据采集系统 试验台的工控设备采用智能数字/ 模拟量采集板卡 作为采集和控制的主要单元 , 这种工控机性能稳定 , 数 据处理速度快 , 适应环境能力强 , 同时有扩展卡槽可对 系统 的功能 和性 能进行扩展 ; 采集 速率高 , 处理速度 快, 抗干扰性好。出于试验台可靠性和先进性考虑 , 液 压系统 压力 调整采 用两 种方 式 , 及 手动控 制 和 自动 控制。 1 手动控制时, 是通过测控试验台上调节旋钮进 行控制 , 属开环控制 , 工控机不能进行控制 , 只能对其 工作状态进行显示 ; 2 自动控制时 , 是通过测控试验台上的工控机直 接输入数字进行控制的 , 属闭环控制 , 操作台上调节旋 钮将失去作用。 3 结语 该试验台将系统主要液压元件都集成到同一试验 台上进行综合性能测试 , 也可 以分别测试液压泵、 液压 阀和液压缸 的性能参数。液压系统采用负载敏感变量 系统 , 系统选用高压小流量 和低压大流量相结合的方 式能够满足不同流量规格液压元件的测试 , 同时具有 节能作用。经过试验证明其功能齐全、 性能可靠、 测试 范围广 , 达到了预期 目的。 参考文献 [ 1 】 路 甬祥. 电液 比例控制技术[ M 】 . 北京 机械工业 出版社 , 1 9 8 8 . [ 2 】 雷天觉. 新编液压工程手册【 M] . 北京 北京理工大学出版社, 1 9 9 8 . 【 3 ] 万丽荣, 曾庆厚. 液压马达加载测试装置的设计研究[ J ] . 机床 与液压, 2 0 0 3 , 6 . [ 4 ] 何亮华.综合液压试验台系统【 D 】 . 南京 南京理工大学, 2 0 0 2 . 【 5 】 李德英 , 廖力清. 基于 P L C的液压试验台监控系统设计【 J 】 . 国内外机电一体化技术 , 2 0 1 0 , 5 .
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