装载机液压系统试验台设计方案探析.pdf

装载机 液压系统试验 台设计方案探析 曾庆聪 厦 门厦工机械股份有限公司 l 摘要 根据装载机液压系统研发的需要， 提出液压系统台架试验的目的和意义。从台架试验 台的功能组成、 重点要求、 设计思路和关键技术等 7 个方面， 阐述装载机液压系统试验台构建的解 j 决方案， 分析试验台软、 硬件所必须满足的基本条件。该方案在厦工集团技术中心高技术产业项目i ；中实施， 取得成功， 可为业内人士设计液压系统试验台提供思路和参考。 i i 、．◆ ．◆-．_．-．-．-．． ． ．． ．◆．． ． ． ．． ． ．． ． ．◆．◆． ◆．◆．◆．◆． ◆．◆．◆．．◆．．◆．．。◆．◆． ◆．◆．◆．◆． ◆．◆ ， 关键词 装载机； 液压系统； 试验台； 台架试验 近年来 ， 国内多家有实力 的主机企业都相继加 大产 品试验 中心建设 的投入 ， 大力开展产品的试验 研究 ， 加速 了研发进度 。装载机这个 占据 国内工程 机械半壁江山的产 品， 其液压系统的试验研究成 了 业内相关人士探讨的焦点 。 对于装载机液压系统的开发或研究 ， 传统的方 法是对主要 的元件如 缸 、 泵 、 阀进行元 件 台架试 验。随着计算机传感测试技术的成熟应用 ， 装载机 液压系统 的整机车载测试 已经被应用。所谓“ 液压 系统 台架试验” 就是综合元件 台架试验和整机车载 测试 ， 在实验室实现包括油箱 、 泵 、 阀、 缸 、 管路及接 头等整个液压系统的静态和带载模拟动态试验。液 压系统 台架试验 的主要 目的在于检测整个液压系 统的性能参数 ， 判别诊断系统的故障原 因 ， 优化和 筛选最佳 的系统方案 ，研究 和验证系统 内在 的性 能 ， 为液压系统 的开发和改进提供科学准确的试验 依据。本文从 7 个方面对装载机液压系统试验台设 计方案进行探讨 。 1 试验台的总体布局和要求 图 1所示为液压系统性能 台架试验 台的组成 和平面布置 ， 共有测控 系统 、 油源系统 、 接 口与仪表 图 1 液压 系统性 能试验台布置示意图 台 、 被测试系统安装平台 、 加 载系统和整机接人试 验 6大功能组合 。该试验台总体结构设计方案的优 点是 通用化 、 模块化 ， 试验人员可以根据需要选择 合适的试验条件或组合 ， 实现一机多用。 2 油源系统设计 油源系统就是通常所说 的液压泵站 ， 它是试验 台的“ 心脏” ， 为试验提供工作油液。油源系统应具 备 以下特点 1 流量可控 采用调频电机 ， 通过计算机控制 ， 实现电机的无级调速和泵输出流量的控制 ； 作者简介 曾庆聪 1 9 5 5 一 ， 男， 高级工程师， 学士， 研究方向 液压缸结构及液压设备设计， 工程机械零部件试验设备开发及试 验方法研究。 - - 46---- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 油压可控 采用高频响应的电液 比例溢流阀， 由计算机远程调控系统油压 ； 3 油温可控 设计高效大功率喷淋式水冷却系 统 、 加热器和热交换装置 ， 配合计算机 自动控制 ， 保 证试验油温控制精度在国标的限定范围 3 ℃ ； 4 液压泵可换 设计多用 和可更换的液压泵安 装装 置 ， 解决不 同型号液压泵的安装问题 ； 根据装 载机液压系统 的需要 ， 设置一至多泵供油系统 ； 5 油箱可选 配置 3种不 同油箱 ， 即高位油箱 液 面高于泵 吸油 口 、 低位 油箱 液 面低 于泵 吸油 口 和加压油箱 ， 可根据试验的需要选用 。 3 接 口与仪表台 接 口与仪表 台是安装压力 、流量和温度等传 感器 ， 一次仪表 和试 验连接 油 口的台架 ， 在试验 台 中作为油源系统与被试系统 的油路连接 ，同时作 为被试系统进 出油的 固定测试点 。这里 的传感器 连接到测控系统， 由计算机采集和显示试验数据。 一 次仪表直接显示测试数据 ，也可作为两种测试 数据的参考对 比。该 台架与油源系统 的油路 为固 定 连接 ， 与被试 系统 采用快换接 头对接 ， 方便拆接 且减少漏油 。 4 被测试系统安装平台 系统试验 台的试验安装 与元 件试验 台有较大 的差别 ， 它所要安装 的被试对象不只是一个元件或 部件 ， 而是一个 系统或装置 。它可能是装载机整套 液压 系统 ，也可能是前车架包括工作装置整个 总 成 。因此 ， 系统试验 的被试件安装装置应该是一个 通用 的 、 便于装卸的 、 坚 固耐用的 、 可收集废 油的 、 较大面积的 T型槽安装平 台。 5 加载系统 液压系统试验 台加载 系统 的作用是在试验过 程 中对被测试系统施加载荷 ，可分为液压加载 、 对 顶加载和重物加载等不 同方式。 液压加载通常是在 回油路上设置流阻 ， 形成背 压加载。背压加载通过回路上 的电液 比例溢流阀调 压 ， 实现计算机控制下的加载 ， 配合载荷谱控制软 件 ， 可 以模拟各种工况进行加载。 对顶加载需要设计合适的工装， 使加载液压缸 与被试液压缸进行对顶连接 ， 加载液压缸代替装载 机的工作装置产生载荷 。加载液压缸的压力油 由加 载系统泵站提供 ， 并 由测控 系统统一控制 。对顶加 载方式相对接近实际工况 ，是常用的加载方式 ， 配 合载荷谱控制 ， 可更加真实地模拟实际工况。 重物加载对于工作液压系统来说 ， 可 以将工作 液压系统 ， 包括工作 装置和前 车架 ， 整个组合件 固 定在被试系统安装平 台上 ，多路 阀连接试验油路 ， 铲斗装上重物 ， 操作 操纵手柄 ， 模仿装载机作业举 升动作 ， 实现重物加载试验 。 6 整机接人试验 将整机开到试验 台边 ， 将泵出油 口油管接人试 验油源系统 ， 由试验台供油 。这样 ， 装载机整机在试 验台可控的供油条件下动作 和试验 ， 实现整机接入 试验 台的相关试验 。 7 测控系统 测控系统是试验 台的“ 大脑” ， 承担试验台全部 动作 、 可变条件的控制和所有测试数据 的采集及处 理。根据装载机液压系统性能试验的要求 ， 该系统 必须满足 以下几点 1 具有较高的可靠性、 稳定性和使用寿命； 2 系统精度高 ，所有数据采集均采用 1 6位及 以上 的 A ／ D转换器 ； 3 采集速率高 ， 对于冲击压力等响应速度快 的 各被测量， 能及时、 真实地反映其变化情况； 4 同步性好 ， 没有 相位差 ， 能同时真实直接地 反映各变量之间的关系； 5 自校准能力强 ， 有温度补偿和 自诊断功能 ； 6 具有扩展性 ， 为将来发展 留有空间； 7 可适用于各种信号的采集和处理，如温度、 流量 、 压力 、 转速、 位移和转矩等 ； 8 具备简便 的编程平台 ， 如 图形化编程 ， 方便 试验变更 ； 9 可对各系统 的温度 、 流量和压力进行监测和 控制 ， 对加载 、 采集等动作进行控制。 目前 ， 国内 t - N控 系统软件 、 硬件 的发 展 已经 比较 成熟 ， 在 国内市场上 ， 适合于本 台架试验台要 求 的测控系统产 品， 已经不再少数 。如美 国国家仪 器 N I 的系列硬件产 品和最新版的 L a b V I E W 软件 - - - 4 7---- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 平 台， 国内研华工控机都是 比较常用 的。 8 结束语 上述液压系统试验台的构建方案 ， 为装载机液 压系统试验台的建设提供了依据。该方案已应用于 厦工集团技术中心的液压系统性能试验台。试验 台 建成后 ， 实现了设计 预期 ， 能够在试验 台上完成装 载机整机 、 部件和液压系统 的模拟实际工况 的带载 动态试验 ， 连续检测记录系统 的温度 、 压力 、 流量 、 位移 、 转速 、 转矩和应力等参数 的测试数据 ， 计算系 统温升 、 传动效率 和压力损失 ， 分析系统 的调速特 性 和动态特性 ， 捕捉液压冲击 和振动 的现象 ， 真正 做 到了通过试验 了解系统 的内因 ，判断系统 的优 劣 ， 查找问题 的根 源 ， 验证方法 的可行与否 。该试 验台经过几年来的使用和考核，验证了其设计方 案 的可行性 、 先进性 和适用性 ， 大大提高 了企业 的 研发水平 ，同时也为相关企业和 当地高校提供 了 试验条件。 然而 ， 先进 的试验台 ， 只是为 台架试验提供 了 设备保证 ， 要完成一项液压系统 的台架试验 ， 提交 一 份真实准确 的试验数据 ， 试验方法的制定也是十 分重要的， 需要进一步研究和探讨。 参考文献 Ⅲ 1 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 ． [ 2 】卢长耿， 李金良． 液压控制系统的分析与设计【 M ] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 1 ． [ 3 】丁汉哲． 试验技术【 M 】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 2 ． [ 4 ]谭尹耕． 液压实验设备与测试技术【 M] ． 北京理工大学出 版社 ， 1 9 8 9 ． [ 5 】孙水厚． 液压综合试验台设计f J 1 ． 工程机械 ， 2 0 0 3 1 1 3 0-31 ． [ 6 】王福 山． 装载机 液压元件综 合检测系统 [ J 1 _ 工程机械 ， 1 9 9 7 1 0 2 2 2 3 ． 通信地址厦 门市集美 区灌 口南路 6 6 8号之八厦门厦工机 械股份有 限公司技术中心 3 6 1 0 2 3 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 2 4 基 于 AM E S i m 的先导 阀与 多路 阀匹配优化分 析 牛宏杰 ， 王 展 ， 罗石忠， 马志刚， 李光明， 王海庭 江苏柳工机械有限公司小型工程机械研究所 摘要 为研究并优化先导液压系统， 分析先导阀与多路阀的匹配特性， 以某型号装载机动 ；臂提升过程为例， 运用A M E S i m仿真软件建立先导液压系统仿真模型， 针对性地进行仿真与优化 i ◆分析 ，并通过试验进行验证。改进前后的仿真分析结果对 比与试验数据对比共同表明应用 ◆ A M E S i m对先导液压系统匹配特性进行优化的方法正确有效， 优化后的匹配特性能够满足先导液 压系统良 好操控性的要求。 、．◆ ．◆．◆．◆．◆．◆-．_◆-．-． ． ．． ． ◆．． ．．．．． ． ．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆． ◆．◆．◆。◆． ◆． ◆．◆-．_◆。◆。◆。◆． ／ 关键词 装载机 ； 先导阀 ； 多路阀 ； 匹配特性 ； A ME S i m； 优化 目前 ， 液压系统 中先导 阀与多路 阀匹配设计主 要针对一系列装载机产 品进行匹配设计 ， 以保证多 路阀与先导阀的通用性 ， 减少开发成本 。但实际上 不同的整机产品自身机重、 载荷及作业工况差异较 大 ， 同一组匹配 的先导阀与多路阀并不一定适用于 各机型 ； 同时常用的匹配分析方法也主要是通过传 统的解析法对系统匹配性能进行分析计算 ， 该方法 较为复杂 ， 对理论分析要求过高 ， 在实际工程设计 分析领域实用性较差 。针对上述研究现状 ， 本文在 对先导 阀与多路 阀的特性 匹配进行详 细分 析的基 础上 ， 以某型号装载机先导液压系统 的动臂提升过 程为例， 采用 A M E S i m建立仿真模型， 对其先导液 作者简介 牛宏杰 1 9 7 9 一 ， 男， 新疆石河子人， 工程师， 学士， 研究方向 流体传动与控制。 ---- 48---- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m