液压静态测试系统开发与应用研究.pdf

2 0 1 1年 1月 第 3 9卷 第 2期 机床 与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I C S J a n ．2 01 l Vo 1 ． 3 9 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 4 2 液压静态测试 系统开发与应用研究 杨成刚 ，郭锐 ，纪 宗艳。 1 ．唐山工业职业技术学院，河北唐 山 0 6 3 0 2 0 ； 2 燕山大学机械工程学院机械电子工程 系，河北秦皇岛 0 6 6 0 0 4 ； 3 ．唐 山劳动 高级技 工技校，河北唐山 0 6 3 3 0 0 摘要 从 国内外液压系统测试种类及存在的问题 出发 ，根据静态测试原理 ，采 用便携式有 源液压测试仪对液 压系统进 行测试。该方法已经在 2 0 t 锻造机械手上应用，解决了液压设备的备品备件的顺序问题，为液压系统的测试提供一个准 确、可靠 、经济、广泛适用的途径。 关键词便携式有源液压测试仪； 静态测试；堵板 中图分类号 T P 6 0 6 ． 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 21 2 8 4 De v e l o pme n t a nd Ap p l i c a t i o n Re s e a r c h o f Hy dr a u l i c St a t i c Te s t S y s t e m YA NG C h e n g g a n g ，GU O R u i ，J 1 Z o n g y a n 1 ． T a n g s h a n I n d u s t r i a l V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ， T a n g s h a n H e b e i 0 6 3 0 2 0 ，C h i n a ； 2 ． D e p a r t m e n t o f Me c h a t r o n i c E n g i n e e r i n g ，Y a n s h a n U n i v e r s i t y ， Q i n h u a n g d a o H e b e i 0 6 6 0 0 4 ，C h i n a ； 3 ． T a n g s h a n L a b o r S e n i o r T e c h n i c a l S c h o o l T e c h n i c i a n C o l l e g e ， T a n g s h a n H e b e i 0 6 3 3 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e h y d r a u l i c s y s t e m wa s t e s t e d b y p o r t a b l e s o u r c e h y d r a u l i c d o s i me t e r s a c c o r d i n g t o t h e p r i n c i p l e o f s t a t i c t e s t i n g ， s t a r t i n g f r o m h y d r a u l i c s y s t e m t e s t t y p e a n d p r o b l e ms h o me a n d a b r o a d ．T h i s me t h o d h a s b e e n u s e d i n a 2 0 t f o r g e d ma n i p u l a t o r ，a n d s o l u t i o n o f t h e e q u i p me n t o r d e r p r o b l e m o f s p a r e p a rt s wa s p r o v i d e d f o r t e s t i n g o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m w i t h a p r e c i s e ，r e l i a b l e ，e c o n o m i c a nd wi d e us a g e ． Ke y wor dsPo r t a b l e s o u r c e h y dr a ul i c do s i met e r sSt a t i c t e s t ；Wa l 1 pa n e l s 目前 ，国 内外现有 的液压 系统 测试方 法 分为 两 种 ，一种是 利用 L a b V I E W 软件开发的虚拟测试 系统 ， 其模拟在线实 际液压系统工作情 况 ，近似分析液压系 统 的性能 ；另一 种 是采 用液 压 测试 仪 器 串接 、 并接在被测液压支路 中，测量压力 、流量 、温度等参 数变化情况 如 西德福生 产的 P P C 一 0 6 ／ 0 8 ／ 1 2测量 仪 ，国内也有类 似产品 。若要利用其 测试液压 系统 中各支路 ，将 受到 流量 匹配 和管道 连接 等 问题 的 困 扰 ，实际上是不 可能 的 。因此 ，现有 的该 种测 试 方 法 ，只能近似地有 限地对液压支路及液压元件进行测 试 ，而对 繁多液压系统和液压元 件 ，进行精确 、快速 地测试其性能，进而准确判断液压系统的故障部位， 显得力不存心 。因此 ，液压 系统常规 测试受 到 限制 ， 使很多的液压系统在无法测试的情况下带病工作 ，给 正常生产带来潜在的危机 ，并且备品备件 没有一个规 律可循 ，造成盲 目配件和大量的资金浪费。虽然 随着 各种传感器发展 和引用 ，结合数据处理 系统 ，可 以实 现液压系统的在线参数如压力 、流量 、温度等参数 的 测量 ，实现 了 自检 ，但成本 昂贵、无法广泛适用 等缺 点。 静态液压测试理论 的提出 ，为精 确、迅速地测试 液压系统的性能和故障部位提供 了一种强有利的工具。 1 便携式有源液压测试仪 有源液压测试仪是通过 自身的压力、流量等参数 的变化，显示出被测试液压系统或液压元件性能参数 变化数据 ，并可依据标准的数据 ，分析 出液压系统性 能状况或液压元件的质量情况。该测试仪的工作原理 如 图 1 所示 ，电磁铁 动作顺序表如表 1所示 。 I 液畦油箱 2 粗滤芯 卜 啵 压泵 揪芯 5 压力表开关 力表f 压 力传感器 7 一 电磁换向阀 8 --电磁溢流阀 电磁换向阀 1 o 一 悄 曩筒 l 1 一畦 涮换 向阀 l 2 档嘲 接头 l 接头 图 I 便携式有 源液 压测试仪液压原理 图 收稿 日期 2 0 0 91 1 3 0 作者简介杨成刚 I 9 6 3 一 ，男 ，副教授 ，主要从事液压与气动应用技术研究及教学 。E ma i l b e i y a n g 6 5 s i n a ． c o rn。 第2期 杨成刚 等液压静态测试系统开发与应用研究 表 1 电磁铁动作顺序 表 注 十” 表示通 电 ，“一”表示断 电。 该 系统 由液压泵 、电磁溢流 阀、电磁换 向阀 、计 量量筒 、快速接头和高压软管等部件组成。根据表 1 ，1 Y A、2 Y A电磁铁通 电时，调定标定压力；1 Y A、 2 Y A、 4 Y A 通 电 时 ，调 定 标 定 流 量 ；1 Y A、2 Y A、 3 Y A、 4 Y A都通电时 ，测 试被测液压 系统或液压 元件 的压力和流量参数变 化情况 。 2静 态测 试理 论 静态测试 就是 被测 试 液压 系 统 的液 压泵 停 止 工 作 ，各液压元件处于静止状态下 ，便携式 有源液压测 试仪 与被测液压系统对接 ，通过显示被测 液压 系统的 压力 下流量 变化情况 ，来进行性能测试 的一 种方 法 。 静态测 试示意图 ，如图 2 、3 所示 。 ～ 系 统1 号 元 件 ／ 厂1 ⋯ 被测 试 液压 液压测试仪r - ■ 系统2 号元件 ⋯⋯、 被 测 试液 压 系缉 件 一 被 测 试液 压 系 图 2 静态测试示意 图一 f ⋯一 被 测试 液压 系 统1 号 元件 ／ 一＼ 每 ⋯ 切除 切除 液压测试仪 _ ■ 一⋯ ‘ 被 测试 液 压 系 统 号元 件 厂] ⋯ 被测{ 苦 液压 统 图 3 静态测试示意 图二 2 ． 1 静 态测试参数设 定与计算 2 ． 1 ． 1 参数 的设定 1 便 携式有源液压测试仪参数设 定 ①压力 的设 定 。便 携式 有 源液 压 测 试仪 后 简 称测试仪 的压力设定值称为标定压力 ，用 P 表 示 ，其数 值是按被 测试 系 统 的额 定 压力 9 0 ％ 防止 被测试液压系统 的溢流 阀开启 。 ② 流量设定 。测试 仪 的设 定 流量称 为标 定流 量 ， 其用 Q ～表示，其在测试仪标定压力下 ，用秒表和计 量量筒测试 出一 分钟内测试仪中液压油 的体积 。 2 被测试液 压系统的实际参 数设定 P为被测试液压 系统 的实际压 力 ；Q为 便携式 有 源液压测试仪接人被测试液压 系统 的后 ，便 携式有源 液压测试仪实 际流量 值 ；Q 为被 测试 液 压系统 出厂 时测定的便 携式 有 源液 压测 试 仪实 际 流量 ； P ，P ， ⋯ ，P 为将 被测 试液压系统的 1 ，2 ，⋯，n号液压元 件用对应 的堵板更换后 ，便携式有源液压测试仪测 出 的实 际压 力 ；Q 、Q 、 ， ⋯Q 便携 式 有 源液 压测 试 仪实 际流量 ；叼 ⋯为被测试液压系统 出厂时 的测试 的 容积效率 ；r ／ i 为被测试液压系统正常使用的实际容 积效率； 为被测试液压系统出现故障后，液压阀未 切除测试 的容积效率 。 2 ． 1 ． 2 静 态测试 参数 的计算 1 测试仪与被测液压系统对接后总压力降和 切除单个支路液压元件后总压力 降 a p ；P 一P 1 l 卸 P 一P 2 式中 ∑卸 为对接后测试仪的总压力降； △ p 为i 支路切 断后 ，测试仪 显示的总压力降 ； ∈[ 1 n ]为 支路数 。 2 单个支路液 压 阀泄 漏造 成 的压 力 降 也 就 是切除液压元件后系统压力升高值 △ p ∑a p 一△ p 3 1 J △ p “ ∑ △ p 一 A P z 4 卸 A p 。 A p 6 ⋯ 5 式中卸 为支路①液压元 件泄漏造成 的压力降； △ p 为支路②液压元件泄漏造成的压力降等等 ，压力 降也为该阀切除或更换新元件后的升高压力值。 3 各支路 上液 压元 件 的泄漏 量 和液 压 系统 的 容积效率测定 ∑△ Q 。 Q 一一 Q △ Q Q a xQ 6 7 式中 ∑△ 为被测液压系统的总泄漏量； △ Q ； 为 切断支路 后 ，便携式有 源液压测试仪标定 流量和实 际流量的差值，此值为切除支路 i 后测试仪显示的总 泄漏量 。 各支路上液压 阀的泄漏量 △ Q ∑△ Q 一 △ Q 8 △ Q ∑△ Q 一 △ Q 9 1 3 0 机床与液压 第 3 9卷 式中△ Q ，△ Q ，⋯，分别为支路①液压元件的泄 漏量 、支路②液压元件 的泄漏量等等 。 ∑△ Q △ Q △ Q ⋯ 1 0 被测试系统的容积效率 叩 ～、叩 T ] V m a x O ． o 1 1 1 2 大 车行 走 2l 楚～ ． I1 9 ． 1 2 5 [I]尊 订⋯ 一 豆 嚣 I{ l ， 7 式中 7 7 ⋯ 为液压设备 出厂时测定的容积效 率 ，其 为 出厂时测定 ，在此无法给出 。 3静态测 试理 论的 应用 实例 3 ． 1 2 0 t 锻 造机 械手 功 能结构和 液压 工作原 理 图 该机械手是和 2 0 0 0 t 锻 造液压 压力机 结合 ，完 成小于等于 2 0 t 的锻件的锻造任务 。该机械手由机械 结构 、液压系统 、电控 系统等三部分组成 ；液压系统 的额 定 工 作 压 力 2 5 MP a ，液 压 泵 额 定 流 量 2 3 2 L ／ ra i n ，工作原理图如图 4所示 。 钳 口松卡 2 8 夹 犍平 行升降 夹 钳倾斜 30 1 3 I 一8 一 缅 I I ] M 4 蛘 l 一 油箱2 一过 滤器3 一 藤压齿 轮泵4 、J 6 、1 7 、1 8 、1 9 、 2 2 、2 3 、2 4 、2 5 、3 1 、3 5 一 单 向阀s 一 电磁 溢 流阀6 、7 、 l 8 、 9 、l 0 一节流阀 1 1 、 1 2 、1 4 、 1 5 一电液抉向阀 1 3 ～电 2 4 - 磁 换 向阀 2 O 、2 6 、3 O 3 4 一溢 流 阀 2 卜一 行走 马达 2 7 ～旋 、 r 转马达 2 8 一松卡液压缸 2 9 一液控单向闽 3 2 、3 3 一平行升 j 降 液压 r 3 6 、3 7 一 倾斜 液 压缸 l L 土 图 4 2 0 t 锻造机械手液 压原理 图 3 ． 2 测 试前 准备 3 ． 2 ． 1 调试便携式有源液压测试仪的标定参 数 1 测试仪标定压力的标定 按照 2 0 t 锻造机械手液压系统 的额定工作压力的 9 0 ％ 在整个 测试 过程 中，被测 的液 压 系统 的主溢 流阀是 不 允 许 打 开 ，否 则 对 测 试 结 果 产 生 很 大 误 差 ，即 2 5 9 0 ％ 2 2 ． 5 M P a ，用于调定测 试仪 的标 定压力 。 具体方法如下 如 图 l 所示将测试仪 的电磁 溢流 阀 8的调压手柄 逆 时针旋松 ，打开 压力表开 5 ，起动测试仪 ，按 下测 试仪 的调试 按钮 ，使 2 Y A通 电 ，顺时针 调 节 电磁 溢 流阀 8调压手柄 ，观察压力表 的指数在 2 2 ． 5 M P a 时 ， 停止调节 ，并锁好锁紧螺母。该压力值为测试仪的标 定压力值 P ⋯ 。 2 测试仪的标定流量 的标定 测试仪保持标定压力 5 m i n 后 ，按下流 量标定按 钮使测试仪 的 l Y A、2 Y A、4 Y A通 电 ，测试 仪 的液压 油流到计量量筒 1 0 ，用秒表测定 出 1 r a i n内流入 的液 压油的体积，该数值为测试仪的标定压力下的标定流 量 Q 。 3 ． 2 ． 2 管道连接 用合适长度的高压软管 ，将图 I中 l 2快速接头 与 图 4中主压力测试 口 M连接 。 3 ． 2 ． 3 准备备件、工具和物品 1 准备测试用堵板 电磁换 向阀的堵 板见 图 5 a ；电液换 向阀 1 1 、 1 2 、l 4 、l 5堵板图见图 5 b ；电磁溢流阀 5的堵板 见图 5 c 。在图 5各 图中所有 的大孔 为盲 孑 L ，小孔 为通孔 。 a 电磁换 向 阀堵板 b 电液 换向 阀堵板 c 电磁溢 流 阀堵板 图5 液压元件堵板 转 一 、 山 Q 一 面 第 2期 杨成刚 等液压静态测试系统开发与应用研究 ． 1 3 1 2 工具 和物品 内六角扳手一套 ；接废油的 2 L容器一个 ；干净 卫生纸若 干 。 3 将测试 仪输 出的控 制 电磁铁 电 源与 图 4中 的电磁溢 流 阀 5的 电磁铁 接通 ，该 电磁 铁标 号 设 为 YAl 。 3 ． 3 测 试测 试仪接 入 被测 液压 系统后 的 实际参数 3 ． 3 ． 1 实 际参数 P和 p 1 实际测量参数 P 按下测 试仪 的测试 压 力 按钮 ，使 2 Y A、3 Y A和 Y A I 都通 电 ，此 时 ，测 试仪 的压力 油 已进 入 到 2 0 t 锻造机械手液压 系统中 ，观察 测试 仪接入后的压力并 记 录 ，此 时压力 为 P填入表 2中。 2 实际流量参数 Q 按下 测 试 仪 的 实 际 测 试 流 量 按 钮 ，使 1 Y A、 2 Y A、3 Y A、4 Y A、Y A 1 通 电 ，测试 1 ra i n ，记录计量 量简 1 O的体积 ，该体积为测试仪的测得实际流量 Q， 填人表 2中。 3 ． 3 ． 2测试仪分别测试各支路实 际参数 1 支路① 的切 除后 的测试 仪的实际参数 关 闭测试仪完成 以下工作。 将图4中支路①的电液换向阀6 ，用图5 b 电 液换 向阀的堵板更换 ，不得 漏油。 起动测试 仪 ，分 别 按 下测 试 压 力和 测 试 流量 按 钮 ，记 录下此时 的测试仪 显 示 的压力 P ． 和测 试仪 的 计量 量筒在 1 m i n内的体积即为流量 Q ，将测试 的数 据填入表 2中。 采用同样办法，对②一⑤4个支路采用同样方法 分别测试 ，将测试结果填 人表 2中。 2 支路⑥的切 除后测试仪 的实际参数 关闭测试仪完成 以下 工作 。 将图 4中支路⑥ 的电磁溢 流 阀 5用 图 5 c 堵 板更 换 ，不得漏油 。 起 动测试 仪 ，分 别按 下 测 试压 力 和 测试 流量 按 钮 ，记 录下此时的压力 P 和测试仪 的 1 m i n内显示的 体积即 Q ，将测试的数据填入表 2中。 表 2 2 0 t 锻造 机械 手液压 系统测试 参数 注 测试仪标 定压力为 2 2 。 5 MP a ，标定 流量 为 3 ． 5 L ／ m i n 。 3 ． 4测试结果分析 绘制坐标曲线如图6所示。 寨 皑 0 ． o． 0． 6 7 8 9 l 0 5 被 切除 液压 元件 的代 号 a 各 支 路拆 除液 压 阀后 压力 曲线 0 螵 3 0 0 屡 2 l 。0 3 被切 除 液压 元件 的代号 f b 各支 路 液压 阀泄 漏 煎 曲线 图6 液压阀性能曲线 利用图6 a 、 b 分析可得电磁溢流阀 5的 泄漏 比较严重 ，需 要修 复或更 换 ，电液 换 向阀 1 2泄 漏较大 ，等等 。 备 品备件 的由先到后 的次序是 5 、l 2 、1 1 、1 5 、 l 4 、1 3 ，通过 以上测试分析可知 该被测试 的液压系 统 的电磁 先导 溢流 阀的漏 油很 严 重 ，需要 更换 或 修 复 ；1 2 、1 1 电液换向阀需准备备件，在设备空闲时 间更换 。 4结 论 1 运用便携式有源液压测试仪对 2 0 t 锻造机械 手液压系统的测试 ，实现精确 、快速 地测试 液压系统 性能，准确判断液压系统的出现或潜在的故障部位。 2 解决 了该 设 备 的备 品备 件 的难 题 ，保 证设 备 的高效运转 。 3 该测试仪和测试方法对各种液压设备的制 造、使用、维修等具有广泛适用性。可节约大量的资 金和维修时 间。 参考文献 【 1 】杨成刚． 折弯机液压系统故障分析和排除方法 [ J ] ． 陶 瓷研究与职业教育 ， 2 0 0 7 3 3 9 4 0 ． 【 2 】赵静一． 液压气动系统常见故障分析与处理[ M] ． 化学 工业 出版 社 ， 2 0 0 9 ． 【 3 】马玉贵， 马治武． 新编液压件使用与维修技术大全[ M] ． 北京 中国建材工业 出版社 ， 1 9 9 9 ． 【 4 】中国标准出版社全国液压气动标准化技术委员会． 中国 机械工业标准 汇编 液压 与气 动 卷 上 、 下 [ M] ． 北 京 中国标准出版社 ， 1 9 9 9 ．