不同温况点下铝合金液压阀岛溢流阀性能的测试研究.pdf

第 9期 2 0 1 2年 9月 机械 设 计 与制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 1 2 9 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 0 9 0 1 2 9 0 3 不同温况点下铝合金液压阀岛溢流阀性能的测试研究 术 曹文琴 朱海燕 向 毅 3 ’ 华东交通大学 机电学院， 南昌 3 3 0 0 1 3 华东交通大学 轨道交通学院， 南昌 3 3 0 0 1 3 。 美的制冷设备有 限公司， 佛山 5 2 8 3 0 1 T e s t Re s e a r c h o n P e r f o r ma n c e o f t h e AI u mi r T u m All o y H y d r a u l ic V a lv e T e r min a I Re li e f Va l v e u n d e r t h e Di f f e r e n t Te mp e r a t u r e Co n d i t i o n P o i n t s CAO W e n- q i n ， ZHU Ha i -y a n ， XI ANG Yi S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， E a s t C h i n a J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， N a n c h a n g 3 3 0 0 1 3 ， C h i n a S c h o o l o f R a i l w a y T r a c k s a n d T r a n s p o r t a t i o n ， E a s t C h i n a J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， N a n c h a n g 3 3 0 0 1 3 ， C h i n a Mi d e a R e f r i g e r a t i o n E q u i p me n t C o ． ， L t d ， F o s h a n 5 2 8 3 0 1 ， C h i n a ● - - 一 pp ● 十 ” ● 十 十 量 十 ● 十 十 ■ H 呻 l 十 l 十 I ‘ ‘ ‘ ‘ ‘ ● 一 ， l 【 摘要】 为测试铝合金阀岛溢流阀的性能在 一 5 0 1 4 0 T能否满足使用 要求， 根据铝合金 ； }液压阀岛系 统结构和工作原理， 并在分析其试验要求的基础上构建了阀岛溢流阀测试平台总体结构。{ l将整个阀岛置于能够调温的高低温柜内， 通过在 一 5 0 1 4 0 o C 的温况下对阀岛溢流阀的动态特性进行测 2 }试， 分 析测试的动态 特性曲 线， 得出 测试的结果 液压阀岛 在设定的测 试温 度范围内 均能正常 调压， 无外渗 { l漏现象； 液压阀岛溢流阀在 一 5 0 2 0 C 的温度下工作时其响应稍为缓慢， 但压力稳定可调能正常工作；2 }在 一 2 1 ～ 7 9 oC 温况下工作时其响应与 8 0 ～ 1 4 0 ℃温况下基本没有差异。液压阀岛电磁阀在 一 5 0 7 9 C l温况下能正常换向， 在 8 0 ～ 1 4 0 。 温况下却不能。 2 } 关键词 阀岛； 溢流阀； 温况； 测试； 特性曲线 i 【 A b s t r a c t 】 o r d e r t o t e s t w h e t h e r th e p e rf o r m auc e o f t h e a l u m i n u m - al l o y h y d r a u l i c v al v e te r m i n al i }r e l i e fv al v e c a n m e e t t h e d e ma n d s o r n o t u n c l e r c o n d i t i o n s of h i g h l o w t e ro p e r a t u r e b e t w e e n 一 5 0 - { 1 ． 1 4 0 C ， a c c o r d i n g t o i t s s t r u c t u r e a n d w o r k i n g p r i n c ip le ， t h e g e n e r a l s t r uct u r e of v a l v e t e r m i n al t e s t s t a n d 2 } ∞e s t a b l is h e d b a s e d o n a n al y z i n g i t s te s t r e q u ir e m e n t s ． e e n t i r e v al v e t e r m i n al w a s p u t i n t h e h ig h lo w l t e m p e r a t u r e c a b i n e t t h a t t h e t e m p e r at u r e c a n b e a d j u s te d ， b y w h i c h t h e d y n a m ic c h a r ac te r is t ic s oft h e v a l v e i }t e r m i n a l W as t e s t e d u n cl e r t e c o n d i t i o n of 一 5 0 1 4 0 c ， a n d t h e n t h e t e s t d y n a m ic c h a r acte r is t ic c u r v e s w e r e ana l y z e d a n d C an d r a w t h e t e s t r e s u l t s t h at t h e h y d r a u l i c v al v e te r m i n al c a n r e g u lat e p r e s s u r e n o r m a l ly l ； u n d e r th e s e t t e m p e r at u r e e n v i r o n m e n t w i t h o u t l e a k a g e p h e n o men o n ； t h e r e s p o n s e s p e e d of th e h y d r a u l i c } al e e t e rmi n al r e l i e 厂 v a l v e is s l ig h t l y s l o w i n l o w t e m p e r at u r e b e tw e e n 一 5 0 - 一 2 0 c lC ， b u t i t s p r e s s u r e i s s t j } b l e and 耐u s t abl e ， a n d v a n w o r k n o rmal ly ； t h e r e s p o n s e s p e e d al m o s t h as n o d iff e r e nce b e t w e e n 一 2 1 ～ 7 9 C{ } a ,u ／ 8 0 1 4 0 C w o r k i n g c o n d i t io n s ． e l e c tr o m a g n e t ic v al v e v a n r e v e r s e n o r m al ly u n d e r th e c o n d i t i o n b e l ；t w e e n 一 5 0 7 9 c 【 ， 6 c ant u n d e r 8 0 - 1 4 0 ℃c o n d it i o n ． } K e y W o r d s V a l v e T e r m in a l ； R e l i e f V a l v e ； T e m p e r a t u r e C o n d i t io n ； T e s t ； C h a r a c t e r i s t i c C u r v e s j 中圈分类号 T H 1 6 ； T H 1 3 7 ． 5 2 文献标识码 A 1引言 阀岛一词源于德语的“ V e n t d i n s e l 一 , 英文为“ V a l v e T e r mi n a l ” ， 阀岛技术最先是由著名的德国某公司发明并引入应用【 1l 。液压阀 岛可定义为新一代的电液一体化控制元器件圆 。铝合金液压f阋 岛 是应用于大炮 、 飞机、 坦克等需减重的军事设备传动系统中提供 个稳定的压力源的重要液压部件之一， 是一个小型液压集成系 统。 在国外 ， 铝合金液压元件得到了广泛的研制并应用较为广 泛网 。现今， 国内液压元件， 如各类液压阀、 液压泵等， 基本上都是 采用铸铁材料等加工制成， 基本上没有采用铝合金材料来研发液 压元件 。目前， 国内尚无铝合金液压阀岛这方面的引进技术 ， 与 西方发达国家存在较大的差距 。 因此有必要系统深入地对铝合金液压元件的开发进行基础 理论和试验研究工作， 就是对在不同温况下铝合金液压阀岛溢流 阀的性能进行测试研究。 2铝合金液压阀岛系统结构及工作原理 2 ． 1铝合金液压阀岛系统结构原理图 铝合金液压阀阀岛总体结构原理图， 如图 1 所示。由图可 ． 2 o t t - t l 一 1 3 ★ 基金项目 江西省教育厅科技资助项目 C J J l 1 4 3 2 1 3 0 曹 文 琴等 不同 温 况 点 下 铝合 金 液 压阀岛 溢 流 鸽 垄 一 ．墨 塑 知 ， 铝合金液压阀岛由进油滤 ．『 m 器 、 单向阀 、 报警 器 、 二位三通 电 磁换向阀、 溢流阀部件等组成 2 _ 2铝合金液压阀岛的工作原理 当电磁换向阀通 电时 ， 换 阀换 向， 液压油不经主油路而直 接流刚油箱 ， 此时 町将 陔油路鲶 导引 ， 即通过见阀体 上的回油口 C而去润滑其他零部件。 当术给电磁铁通电时． 由于弹簧力作用， 使得换向阀一 I ． 作干右位状态， 油液经溢流阀定压后供给系统。 4 图 l铝合金液压阀岛系统结构原理图 1 ． 进油滤油器 2 ． 进油滤油座 3 ． 报警器 4 ． 阀体 5 溢流阀 6 ． 电磁换向阀 A阀 岛进油 口 B阀岛出油口 C ． 回油 口 如果 电磁换 向阀的电磁铁 线圈未通 电时 ， 液压油通过 阀岛 的进油滤油座的进油口， 经滤油器过滤 ， 进入阀体孔道 ， 经由电 磁换 向阀， 进入溢流阀后与 主油路通 道相通 。压力油在 溢流阀 入口处经由溢流阀定压， 多余的油液从回油口流回油箱。而且 ， 通过溢流阀阀芯左部封油部泄漏的油液聚集在其左弹簧腔内， 通过电磁换向阀右部封油部泄漏的油液聚集在其右弹簧腔内。 为防止弹簧腔油液被封闭， 故均开有泄油通道孔 ， 让弹簧腔内油 液流回油箱 。 为预防滤油器滤芯堵塞， 在阀岛中装有单向阀， 正常情况 下， 单向阀是关闭的， 而当滤油器堵塞时， 随着油压的升高， 单向 阀打开 ， 液压 油经 由单 向阀流通 此外 ， 当滤芯凶某些 原因导致 油液 的压力损失过大时 ， 压差指示器会给出报警 提示 。 3阀岛溢流阀测试平台总体结构 阀岛溢流阀测试平台总体结构 ， 如图2所示。 其硬件结构由 液压试验系统、 配电柜及二次仪表、 工控机及 P C L - 8 1 2 P G数据采 集卡和各类传感器等组成 。 图 2 阀岛溢 流阀测试平台总体结构 试验所用的工控机为先科工控机 ，采集卡某公司生产的 P C L - 8 1 2 P G增强型多功能实验采集卡 ，它应用于 I B M ／ X T ／ A T及 其兼容机的高性能、 高速度的多功能数据采集卡， 此卡不仅功能 强大， 性能优越， 而且支持的软件较多， 使得它成为工业控制和实 验室应用的理想选择， 可应用于数据采集、 过程控制、 自动检测、 厂自动化。 与硬件相辅助方面软是用 V B语言程序开发的计算 机辅助测试软件。 该测试软件 ， 该软件能 自动保存数据 、 实时显示 相应的测试曲线 、 并将测试结果保存在相应的数据库 中便 于查 阅 和打印。 4不同温况点下阀岛溢流阀测试实验 4 ． 1性能测试要求 1 测试目的 主要检查铝合金液压阀岛溢流阀的动态性能 是否满足要求， 并调试铝合金液压阀岛的各项功能； 检查铝合金 液压阀岛是否达到设计要求 。 2 测试的温况范围 一 5 0 1 4 0 。 3 测试设备 本液压阀岛溢流阀的试验选择在广州机械科 学研究院的现有的高低温柜中进行。 所选用的高温柜是银河型号 的高温柜， 有加热、 制冷等功能； 温度可自由设定， 其还有鼓风、 累 加计时、 超温设置等辅助功能。 4 测试油液 在 一 5 0 1 4 0 t 2 的温况下能正 常工作的军用 红油。 5 测试项 目 检验阀岛溢流阀在 一 5 0 1 4 0 温况下的动 态性能， 阀岛的密封性性能， 电磁阀的换向性能， 溢流阀的调压响 应等性能。 4 _ 2性能测试方法 不同温况点下的试 验原理图 ， 如图 3 所示 。在 一 5 0 ～ 1 4 0 ℃ 温况下， 将阀岛置于高低温柜内。先在常温下通过被测溢流阀 1 0 的调节将系统压力调至一个较低压力， 便于启动泵。然后将高低 温柜的温度设置为一确定温度， 再启动高低温柜的制冷或加热功 能， 并开启鼓风按钮， 便于陕速冷却或加温。 当温度降至或升至所 调定温度时， 再保温一定时间， 通常低温时需要保温的时间要比 高温时的保温时间要长。 确保整个阀岛测试系统完全工作于所设 定 的环境温度中， 然后启动泵 。 进行测试 。 9 1 2 、 1 3 1 4 图 3不同温况点下阀岛试验原理图 1 ． 滤油器 2 ．定量泵 3 ． 电机 4 压力表 5 ．报警器 6 ． 滤油器 7 ． 单向阀 8 ． 电磁换向阀 9 _ 压力传感器 l 0 ． 溢流阀 ， 1 1 、 1 2 ． 压力表 l 3 ．流量计 1 4 ． 滤油器 ． 4 ． 3试验测试结果与分析 1 溢流阀压力动态特性 曲线 ， 如图4所示。测试结果表 明液压阀岛在 一 5 0 一 t 4 0 C 温度范围内均能正常调节压力； 在 肇 一 1j 一一l lI 一 一口 一 Il 一 一 rJ1L一 r ●．L ●● ●。L 阀岛 一J No ． 9 S e p t ． 2 0 1 2 机 械 设 计 与 制 造 l 3 I 一 5 0 - - 一 2 0 0 C 温况下压力表指针振摆不停， 但其波动不大， 不超过 为 O ． I MP a ，但阀岛的电磁换向阀在该温况下需增大电磁铁线圈 的电压方可换向。在 一 2 1 ～ 7 9 ℃温况下， 电磁铁需 2 4 V直流电压 方可换向； 在 8 0 1 4 0 C 温况点下， 电磁铁需要大于 2 7 V的直流 电压方可换向。而电磁铁的磁化强度是受环境温度的影响， 所以 在高温工况下， 环境温度越高， 电磁铁的磁化能力将随之减弱。 2 在 一 5 o 一 2 0 C 温况下 当在一 5 0 C 温况点时， 由于所采用 传感 器为 L WG Y- 6型涡轮流量传感器 ，介质温度为 一 2 0 t 2 o ℃， 环境温度为 一 2 O 一 5 0 ℃， 故此时流量传感器所测的流量 不准确。当被测溢流阀初始调定压力为 3 ．5 MP a 时， 在低温一 5 0 C 时。 启动电机， 延迟 3 s 左右压力才开始上升， 会出现一个较大的 压力超调量， 约为 0 ． 3 MP a ， 然后压力才缓慢回落 3 ． 2 MP a 稳定下 来。 当给电磁换向阀通电换向后， 压力回落， 整个压力回落过程是 先快后慢。在一 5 0 C 温况点时， 设定压力为 3 ． 5 M P a ， 由于油液变 稠。 其粘度系数变大， 泵的吸油能力变差， 所以泵泵出的流量的较 低，故而影响到溢流阀的凋定压力，使得其调定压力只能定在 3 ． 2 MP a ， 有了0 ． 3 M P a的偏差。 调定溢流阀使其定压在 6 ． 3 MP a 时， 然后给电磁铁通断电观察其压力变化过程。试验结果表明 溢流 阀的压力上升过程是先缓缓升，然后快速上升，至最大压力 6 ． 7 5 MP a 时， 溢流阀压力缓缓下降至 6 ．3 MP a 稳定下来。 其压力下 降过程较为缓慢 ， 压力从 6 ． 3 MP a 降至 1 ． 2 M P a较快， 约需 2 s ， 从 ● ‘ 1 ． 2 MP a 降至 0 ． 5 MP a时甚微缓慢 ， 约需 l O s 。 ／ ／ ／ ， 厂 ， ／ | ／ a T - 5 0 C． P ,- -- 6 ．3 MP a b 7 T_ 一 2 0 C， 6 ．3 MP a 图 4溢流阀压力动态特性 曲线 从图 4可以看出 在一 2 0 ℃温况点时， 压力上升与下降都比 一5 0 ℃时的工况点要快。 此时泵的出口流量有所上升， 由流量传感 器检测得其为 5 ． 2 L ／ ra i n 。 3 在 8 0 - t 4 0 C 温况下 由于油液的粘度系数变小。 所以泵 泵出的流量较大， 由流量传感器检测得其在 3 5 一 l 2 0 ℃情况下泵的 出口流量基本维持在为 1 5 ． 1 1 ． ／ m i n ， 此也就是溢流阀的溢流量。从 图 图 7 可以看出． 此时溢流阀的响应要比低温时快很多。 不同 温度下不同压力溢流阀压力动太特性曲线， 如图 5 ～ 图 7 所示。 M n ／ r 厂 ／ ， ／ ， f ／ ／ a T 3 5 。 |6 ．3 MP a b T 6 0 C， ． 3 MP a 图5溢流阀压力动态特性曲线 i ／ r ／ ， ， I 1 0 0． 3 0 ． 6 。 ． 压 2力曲 1 ．5线 I ． 2 2 3 a 7 8 0 ℃， 只 6 ． 3 MP a 一 ／ ／ ， ／ 0 0 3 0 6 09 1 压 2 1 ． 5 曲线 1 ． 8 2 l 2 4 2 7 3 b 7 l O 0 C， -- 6 ． 3 MP a 图 6溢流阀压力动态特性曲线 ， r 厂 ／ r n nⅫ n。 J J a T 1 2 0 ％， P , 6 3 MP a ／ ， ／- ， r 压力曲线 b T 1 4 0 ％， 6 ． 3 MP a 图 7溢流阀压力动态特性 曲线 5结论 根据铝合金液压阀岛系统结构和工作原理，以及在分析其 试验要求的基础上构建阀岛溢流阀测试平台总体结构及测试相 关要求。 在 一 5 0 - - 1 4 0 C 温况下对铝合金液压阀岛进行 _『的测试。 结果表明 1 液压阀岛工作在 - 5 0 7 9 C 温况下， 电磁阀能正常换 向； 在 8 0 - 1 4 0 C 时， 不能正常换向， 须提高电磁阀的线圈电压方 可换向， 说明了随着温度的升高电磁铁的磁化强度有所下降。 2 液压阀岛溢流阀在 一 5 0 2 0 温况下工作时其响应较 为缓慢， 但仍可正常工作， 其压力稳定可调， 无渗漏现象。溢流阀 响应缓慢与低温环境下油液粘度系数大， 导致系统流量下降和油 液流动缓慢有关。 3 阀岛溢流阀在 8 0 ～ l 4 O ℃温况下工作时其响应速度与 一 2 1 7 9 C 温况下基本没有差异， 且在这二个温况区间均能正常 调压且无外渗漏现象。 参考文献 [ 1 ] Z h a o Y． C o n g D c ， H a n J w． A n i n t e g r a t e d a p p r o a c h f o r t h e r e a l i z a t i o n o f t h e r e a l t i m e c o n t r o l i n e l e c t r o - h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m[ J ] ． A p p l i e d Me c h a n i t s a n dM a t e r i a l s ． 2 0 0 8 ， 1 0 1 5 1 3 5 1 7 ． 『 2 1 S ．R a m a c h a n d r a n ， P ． D r a n s fi e i d ．I n t e r a c t i o n B e t w e e n t h e A c t u a t o r s i nI m d ． e d Mu l l i c h a n n e l E l e c t mh y d r a u l i c D ri v e s[ J ] J o u rna l o f D y n a mi c S y s t e ms ， Me a s u r e m e n t ． a n d C o n t ro1 ． 1 9 9 3 1 1 5 2 9 1 3 0 2 ． [ 3 ] 向毅．铝 合金液压 阀岛的研制[ D] ．广东 华南理工大学 ． 2 0 0 5 5 ． [ 4 J 樊瑞， 张明． 导控溢流阀动态数学模型的建立及动态性能分析[ J ] ． 郑州 纺织工学院学报， 1 9 9 7 8 2 3 2 4 ． [ 5 ] 黄雪峰， 刘桓龙， 柯坚． 直动式水压溢流阀阀口压力特性研究[ J ] ． 机械 工程与 自动化 ， 2 0 0 9 2 4 5 4 6 ． [ 6 ]T a k a y u k i NA K A N I S HI e t a i ．N u m e ri e M s i m u l a t i o n o f w a t e r h y d r a u l i c r e l i e f v a l v e[ c ] ． F l u i d P o w e r ． F o u r t h J H P S I n t e rna t i o n a l S y m p o s i u m 1 9 9 9 J HPS ． 1 SBN 4 - 93 1 07 o 3 7 8 8 0 ．