液压挖掘机中央回转接头综合试验台的研制.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u m a t i c s S e a l s ／ No ． 0 1 ． 2 0 1 5 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 6 液压挖掘机中央回转接头综合试验台的研制 张 强， 李 楠 ， 侯 政 ， 杨旭伟， 李明生 徐州徐工液压件有 限公 司， 江苏 徐州2 2 1 0 0 4 摘 要 针对液压挖掘机中央回转接头产品研发、 定型和出厂前各种性能试验的需求， 研制了一套综合性能试验台。它综合了本公司 生产的全系列的液压挖掘机中央回转接头全部的型式试验项 目， 具有功能通用性、 技术先进性、 使用可靠性、 测试数据 自动记录和处 理、 测试数据准确可靠和方便等特点， 并且对同类设备的研发具有参考价值。 关键词 液压挖掘机； 中央回转接头； 试验台； 研制 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 5 3 - 0 4 Re s e a r c h a nd M a n u f a c t u r e o f I n t e g r a t e d Te s t St a nd f o r Ex c a v a t o r Ce nt r a l S wi v e l J o i nt Z H A NG Q i a n g， L 1 Na n , HOU Z h e n g , Y A NG X u w e i ， L I Mi n g - s h e n g XC MG Hy d r a u l i c s Co ． ， L t d ． ，Xu z h o u 2 2 1 0 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Re s e a r c h a n d ma n u f a c t u r e o f t h i s i n t e g r a t e d t e s t s ta n d i s f o r d e v e l o p i n g ， t y p e a p p r o v a l a n d p e r f o r man c e t e s t o f c e n t r a l s wi v e l j o i n t i n h y d r a u l i c e x c a v a t o r ． I t i n t e gra t e s a l l t h e t e s t i t e ms o f t h e wh o l e s e r i e s o f c e n tr a l s w i v e l j o i nt i n h y dra u l i c e x c a v a t o r in O U r c o mp a n y ． T h e r e are s u c h c h ara c t e r i s t i c s o f t h e s t a n d a s f u n c t i o n g e n e r a l i t y , t e c h n o l o g y a d v an c e me n t ， r e l i a b i l i t y , a u t o ma t i c a l l y r e c o r d a n d p r o c e s s i n g t e s t d a t a wh i c h i s a c c u r a c y , r e l i a b l e an d c o n v e n i e n t ． An d the r e s e arc h s u p p l i e s r e f e r e n c e f o r o the r e q u i p me n t s o f t h e s a me k i n d ． Ke y wo r d s h y dra u l i c e x c a v a t o r ； c e n tr a l s w i v e l j o i n t ； t e s t s t a n d ； r e s e a r c h and ma n u f a c t u r e O 引言 液压挖掘机中心 回转体产 品是笔者所在公司的主 要产 品类型 ， 在进行新产品研制 、 定 型和出厂前 ， 必须 对 其进 行 全 面 的 型式 试 验 和 出厂试 验 。按 G B ／ T 2 5 6 2 9 2 0 1 0 液压挖掘机中央回转接头 的要求 ， 中 央回转接头型式试验项 目包括最大工作压力试验、 油 路额定流量试验 、 额定 流量试验 、 起动 阻力矩试验 、 回 转阻力矩试验 、 压力损失试验 、 密封性试验 、 耐久性试 验共 8 项。出厂试验项 目包括最大工作压力试验 、 密封 性试验。目前检测中央回转接头的试验设备多路性能 单一的液压试验台， 而且在测试中一般都是实验人员 目测记录， 试验数据不准确。如何将上述功能集成 ， 研 制一台通用性强、 测控技术先进、 使用便捷可靠的综合 试验台经学习、 借鉴 、 创新 ， 笔者和团队研制了一种 综合试验台， 较好地解决了该问题。 1 试验系统设计 1 ． 1试验台的功能 笔者 首先对 所在公 司生产 的 中央 回转 接头 的种 类、 规格、 功能需求进行了梳理、 归纳， 对试验台的功能 需求定位如下 中央 回转接头以 6 、 8 通道 以内 ， 行走马 收 稿 日期 2 0 1 4 0 6 2 0 作者简介 张强 1 9 8 1 一 ， 男， 河南博爱人 ， 工程师 ， 本科， 现从事液压阀、 系统、 油缸、 试验台的研发设计工作。 达通道额定流量3 5 0 L ／ mi n 、 额定压力3 5 MP a 、 最大工 作压力≤ 4 8 ．5 MP a ； 控制通道额定流量 2 0 L ／ m i n 、 额定 压力 4 M P a 、 最大工作压力 5 M P a 以内的产品的型式 试验和出厂试验为需求。具体细化和定义了型式试验 和出厂试验 的项 目名称和试验方法如下 1 最大工作压力试验， 对各接 口施加最大工作压 力 ， 按 1 5 r ／ m i n的 回转 速 度 ， 保 压 5 mi n 正 、 反 转 各 2 ． 5 mi n ， 在各接 口处 接压力传感器测 量 ， 压降应小 于 0． 1 MPa。 2 额定流量 试验 ， 各 接 口分别在额 定压力 下按 1 5 r ／ m in 的回转速度进行回转试验 ， 各接口正反转试验 时间各为2 ．5 ra i n ， 在中央回转接头进出接口处接流量 计 ， 当试验油液流量稳定后， 记录流量。 3 起动 阻力矩试 验 ， 在无负荷状态下 ， 对 回转轴 或中央回转接头做相对回转运动， 用扭矩传感器测量 起动时的旋转力矩， 不大于2 0 0 N m。 4 回转阻力矩试验 ， 各接 口分别在最大工作压力 下， 按 1 5 r ／ m i n 的回转速度进行回转试验。扭矩传感器 连接在 中央 回转接 头上 ， 各接 口正反转各 回转 2 ． 5 mi n ， 测量旋转时的平均力矩， 不大于1 5 0 N m。 5 压力损失试验 ， 各接 口分别在最大工作压力 下， 按 1 5 r ／ m i n 的回转速度进行回转试验。各接口正反 转各回转2 ．5 ra i n ， 在中央回转接头进出接 口处连接压 力传感器测量压力损失 。行走马达通道正反向压力损 失不大于0 ．7 M P a ， 控制通道压力损失不大于0 ．0 7 M P a 。 53 液 压 气 动 与 密 a ／ 2o l s年 第 o l 期 6 密封性试验 ， 各接 口分别在最大工 作压力下 ， 按 1 5 r ／ m i n 的回转速度进行回转试验。各接 口正反转 各 回转 2 ． 5 mi n ， 用量杯检查 内泄漏量 。内泄量不大 于 1 0 mL ／ mi n 。 7 耐久性试验 ， 按额定压力连续运转 3 0 万转 ， 相 邻两接 口的泄漏量不大于 3 0 mL ／ mi n 。 1 ． 2 试验 台主要技术指标 根据 1 ． 1 条的试验功能， 归纳出该设备的主要技术 指标如下 1 系统工作压力 0 ～5 0 MP a ， 电控 比例调压。 2 系统流量 0 4 0 0 L ／ mi n ， 电控比例可调。 3 回转电机输 出转速 5 ～5 0 r ／ m i n 。 4 回转力矩 0 ～3 0 0 N m。 5 装机功率 9 7 ． 7 k W。 6 油液污染度等级 优于 G B ／ T 1 4 0 3 9 规定 的一 ／ 1 8 ／ 1 5。 7 试验 台主要测量检测量包括系统各点的压力 、 流量， 油温， 以及输入电控信号等。主要参数测试精度 达到 I S 0 4 4 1 1 B级精度标 准。 1 ． 3 试验台液压 系统的组成和原理 针对上述实验需求， 设计该综合试验台的液压系 统原理图 ， 如 图 1 所示。 该试验 台液压系统主要 由动力站模块 、 换 向加载 模块、 超高压模块、 综合检测模块、 循环过滤温控模块、 中央回转接头驱动模块 5 部分组成。 动力站模块 由油箱 、 蝶 阀、 减震喉 、 2 套油泵 电机 组、 比例溢流阀1 2 ．2 、 测压装置 1 3 ．2 、 单向阀等组成。为 试验台提供额定压力和额定流量的工作介质 ， 具有手 动 、 自动起 停 、 调 压 、 卸荷 等 功 能 。主 泵为 1台 A 4 VS 0 1 2 5和 1 台 A 4 V S O1 8 0电控变量柱塞泵 ， 控制方 式为比例变量控制， 斜盘角度电气反馈控制比例阀， 实 现排量的无级调节。系统工作压力由比例溢流阀来实 现远程调压和卸荷。通过电信号给主泵和比例阀的控 制器， 输出压力、 流量分别与输入控制信号成正比。 换 向加 载模块 由电液换 向阀 1 6 、 超 高压 单 向 阀 2 6 ．5 ／ 2 6 ． 6 、 液控单向阀2 0 ． 1 ／ 2 0 ．2 、 超高压电磁球阀 1 5 ．3 ， 1 5 ． 4 、 加载溢流阀 1 9 ． 1 ／ 1 9 ． 2 、 回油过滤器 6 、 控制油泵 电 机组 、 单 向阀、 溢 流阀 1 4 、 测压装置 1 3 - 3 、 电磁换 向阀 卜截止阀 2 一 带位置监控蝶阀3 一 减震喉4 一 磁铁5 一 空气滤清器6 一 回油滤油器7 一 温度传感器8 一 液位控制指示器9 一 电机1 O 一 弹性联轴器 l 1 ． 1 一 超高压泵1 1 ． 2 ／ 1 1 ．3 一 电控变量泵1 1 ．4 一 控制泵1 2 一 比例溢流阀 1 3 一 测压装置1 4 一 溢流阀1 5 一 超高压电磁球阀 1 6 - 电液换向阀 l 7 一 电磁换向阀1 8 一 双单向节流阀1 9 一 加载溢流阀 2 O 一 液控单向阀 2 卜变频电机 2 2 一 扭矩传感器 2 3 一 中央回转接头 2 4 一 压力传感器 2 5 一 流量计2 6 一 单 向阀 2 7 一 冷却 电机油泵组2 8 一 管路过 滤器 2 9 一 散热器 图 1液压原 理图 Hy d r a u l i c s P n e u m a t i c s S e a l s ／ No ． 0 1 ．2 0 1 5 1 7 、 双单 向节流 阀 1 8 等构成。主要功能是 ①通过 电液 换 向阀 1 6 来 控制系统流量在循环油路 1 行走 马达 通 道 1 和 3 和循环油 路 2 行走 马达 通道 2 和 3 之 间切 换 ； ②通过液控单向阀2 0 ． 1 ／ 2 0 ．2 实现密封性试验时循 环油路 1 和循环油路2 的分别保压； ③通过加载溢流阀 9 ． 1 ／ 1 9 ．2 实现第 1 、 2 、 4 、 5 、 7 中要求的工作条件一均要求 在最大压力或者额定压力下进行加载试验； ④通过超 高压单 向阀 2 6 ． 5 ／ 2 6 ． 6 实现最大工作压力下大流量油路 的反向保护； ⑤通过超高压电磁球阀 1 5 ．3 ／ 1 5 ．4 实现 ， 在 进行 密封性 实现时 ， 液控单 向阀和加 载溢 流阀之 问的 卸荷， 防止液控单向阀闭锁不稳定； ⑥通过控制电机油 泵组、 溢流阀、 电磁换向阀、 双单向节流阀等组成的控 制回路， 实现液控单向阀的手动和 自动启闭控制。 超高压模块由电机9 ． 1 、 超高压径向柱塞泵 1 1 ． 1 、 电 比例溢流阀 1 2 ． 1 、 测压装置 1 3 ． 1 、 电磁球阀 1 5 ． 1 ／ 1 5 ． 2 等 组成 。主要功能为为循环油路 1 行走 马达通道 1 和 3 和循环油路 2 行走 马达通道 2 和 3 提供超高压动力油 源 ， 通过 2 件 电磁球阀和比例溢流 阀实现 2 个循环油路 的超高压油源的接人 ， 切 断和电比例无级调压 。 综合检测模块由 1 套扭矩传感器 、 4 套压力传感 器、 4 套流量计组成。主要功能为 ①检测中央回转接 头在各种试验工况要求的回转动作下的旋转扭矩； ② 检测中央回转接头在各种试验工况要求下的压力和流 量 的检测 。 循环过滤温控模块 由油箱 、 蝶 阀、 减震喉 、 冷 却 电 机油泵组 2 7 、 管路过滤器 2 8 、 检测装置 1 3 ． 4 、 截止阀、 水 冷散热器2 9 、 温度传感器等组成。主要功能为 ①系统 旁路循环过滤 ， 保证油液清洁度达标； ②采用循环水做 冷却介质， 结合液压油回路中设置的温度传感器和循 环水 回路的温度传感器 ， 实时监控液压油和冷却水的 温度 状态 ， 实现手动 、 自动冷却 ， 保证液压油温保持在 5 0 ℃ 5 ℃ 。 1 ． 4 试验过程 将被试 中央 回转接头安装在试验 台架安装 固定工 装上 ， 并用拨叉 固定工装 固定住回转轴 ， 连接各试验油 路 考虑到在各种试验项次中全部要求回转轴和壳体 做相对转动 ， 试验台接人和接 出油路全部连接在 回转 轴上 ， 壳体上 4 个行走马达油 口间隔连接 ， 如液压原理 图所示 ， 分别组成循环油路 1 和循环油路 2 。以电机 油泵组启停和控制换 向频次最少为原则 ， 中央 回转接 头的试验控制流程如下 以循环油路 1 为例 ， 循环油路 2 可按照相同的试验方法进行试验 ， 手动或 自动切换 1 最大工作压力试验 启动超高压 电机油泵 组 、 超高压电磁球阀 1 5 ． 1 、 1 5 ． 3 带电， 并通过工控机控制器 发 出 P MW信号驱动 比例溢流 阀 1 2 ． 1 ， 为循 环油路 1 提 供最 大工作压力下 的动力油 。同时启 动变频 电机 2 1 ， 保证 中央 回转接头按 1 5 r ／ mi n的回转速度进行 回转运 动 ， 保压 5 m in 正、 反转各 2 ． 5 m i n 。压力传感器2 4 ．4 在 5 m i n 内的压差的0 ．5 倍 因2 条通道串联 即为需要检 测的压降值。 2 额定流量试验 启动 2台主泵 ， 通过工控机控制 器发出P M W信号控制电控主泵 1 1 ．2 ／ 1 1 - 3 使输出流量 达 到额定流量 ， 同时控制 比例溢流阀 1 2 ． 2 ， 使 系统压力 为5 M P a 。此外 ， 启动变频电机2 1 ， 保证 中央回转接头 按 1 5 r ／ rai n的 回 转 速 度 进 行 回转 运 动 正 、 反 转 各 2 ． 5 m i n 。流量计 2 5 ． 4 和 2 5 ． 2 的稳定检测值即为额定流 量值 。 3 起动阻力矩试验 启 动变频 电机 2 1 ， 保证 中央 回转接头按5 r ／ m i n 的回转速度进行回转运动。扭矩传 感器2 2 的检测值即为起动时的旋转力矩值。 4 回转阻力矩试验 启动超高压 电机油泵组 、 超 高压 电磁球 阀 1 5 ． 1 带 电， 比例溢流阀 1 2 ． 1 带 电 工控机 调节系统压力超过最大工作压力 35 MP a 。同时 ， 启 动 控制 电机油泵组 、 调节溢 流阀 1 4 升压 、 电磁换 向阀 1 7 带 电换 向至左位 ， 打开液控单 向阀 2 0 ． 2 。此外 ， 调节 加载溢流阀 1 9 ． 2 的加载压力至最大工作压力。启动变 频 电机 2 1 ， 保证 中央回转接头按 1 5 r ／ m i n的回转速度进 行 回转运动 ， 正 、 反 转各 2 ． 5 mi n 。在此条件 下 ， 通过反 复试验并求平均值的方式计算出回转阻力矩。 5 压力损失试验 启动 2台主泵 ， 系统流量达到额 定 流量 、 系统压力超过最大工作压力 3 ～5 MP a 。同时 ， 启动控制 电机油泵组 、 调节溢流 阀 1 4 升压 、 电磁换向阀 1 7 带电换向至左位 ， 打开液控单向阀2 O ．2 。此外， 调节 加载溢流阀 1 9 ． 2 的加载压力至最大工作压力 。启动变 频 电机 2 1 ， 保证 中央 回转接头按 1 5 r ／ mi n的回转 速度进 行 回转运动 ， 正、 反转各 2 ．5 m i n 。在此条件下， 压力传 感器 2 4 ．4 和2 4 ．2 的检测差值的O ．5 倍 因2 条通道串联 即为压力损失值 。 6 密封性试验 首先拆除被试通道的相邻通道 的油路， 并通过专用油管把相邻油路油 口全部连人量 杯 。其次 ， 设 置试 验条件同 回转 阻力矩试验 的试验条 件， 并开始进行试验， 此时， 量杯检测值的0 ．5 倍 因2 条 通道串联 即为内泄漏量值。 7 耐久性试验 启动 2台主泵 ， 系统压力超过额 定压力3 5 M P a 。同时， 启动控制电机油泵组、 调节溢 流阀1 4 升压、 电磁换向阀 1 7 带电换向至左位， 打开液 控单 向阀 2 0 ． 2 。此外 ， 调节加载溢流 阀 1 9 ． 2的加载压 力至额定压力 。启动变频电机 2 1 ， 驱动 中央 回转接头 55 液 压 气 动 与 密 ．1 - ／ 20 1 5年 第 0 1 期 连续运转 3 O 万转 。按照密封性试验时内泄漏油液的检 测方法进行检测 ， 量杯检测值的0 ． 5 倍 因2 条通道串 联 即为内泄漏量值。 2 测控系统设计 测控 系统 主要完成各模块 的电气控制 、 参数控制 与数据采集等， 其由电气控制系统和计算机测试系统 两大部分组成 。 2 ． 1 电气控制系统 电气控制系统主要完成电机启停、 过载保护、 超压 保护、 液位液温超限报警、 过滤器堵塞报警、 试验回路 报警、 逻辑控制、 各试验台泵源调用控制等， 电气控制 是 由 P L C L a b v i e w软件 数据采集卡组成 的数据采集 和处理系统 。 2 ． 2 计算机测试系统 计算机测试 系统 由传感器 工控 机 应用软件等 组成 ， 能够对试验 台液压系统 中的相关压力 、 流量 、 扭 矩进行控制以及对压力 、 流量 、 扭矩等参数进行测量和 数据记录、 统计及处理。 计算机测试系统采用 L a b v i e w在上位机编程 ， 通过 在工 控机箱 中的控制模 块 ， 实现对各类 接触器 、 继 电 器 、 电机、 电比例阀及 电磁 阀的控制 ， 以及对 系统 中的 报警与设备逻辑互锁关系进行处理。计算机测试系统 由工控 机 、 N I 公司生产 的P C I 总线数采卡和闭环控制 器构成 ， 通过闭环控制器实现对系统压力 和流量 的精 确控制， 通过在工控机中安装的P C I 采集卡实现数据采 集功能 ， 采集卡将试验数据采集至上位机并 由L a b v i e w 编制的软件显示出曲线 ， 以及进行相关分析 。 3 软件系统 软件系统包括P L C 程序、 L a b v i e w 程序和闭环控制 程序 ， 上位机主程序在L a b v i e w中编写， P L C程序主要 完成泵站的阀、 泵等的控制 、 超压保护 、 液位液温超 限 报警 、 过滤器堵塞报警 、 试验 回路报警 、 逻辑控制 、 各试 验台泵 源调用控制等 ， 以及对液压 系统 的故障报警进 行相应处理 、 如紧急停机等 ； L a b v i e w程序主要完成指 令发出、 数据的采集 、 显示 、 保存和打印等 ； 闭环控制程 序主要 是通过对 闭环控制器的操 作完成压力 、 流量 的 闭环控制 。 4 结论 该综合试验台的研 制 ， 根据使用功能对其原理进 行 了充 分的分析 ， 并在此基础上设计新型 的电液控制 原理 ； 采用 了计算机编程、 数据处 理技 术、 不 同的试验 测试项 目启动对应的测试程序就可以实现 自动测试。 该试验台面向对象、 操作简便、 测试精度达到I S 0 4 4 1 1 B 级精度标准、 数据可信 ， 同时满足了出厂试验和型式 试验 的所有项 目、 大大提高了现场试验 的效率和准确 性 ， 获得一致好评 。 参考文献 [ 1 ] G B ／ T 2 5 6 2 9 2 0 1 0 ， 液压挖掘机中央回转接头[ S 】 ． [ 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 99 8． [ 3 ] 吕少力， 李静． 综合试验台液压系统的设计[ J ] ． 液压气动与密 封 ， 2 0 1 3 ， 1 2 3 2 3 4 ． [ 4 】 于良振 ， 王明琳， 方锦辉． 大流量电液比例插装阀液压测试 试验台的设计【 J 】 ． 液压气动与密封， 2 0 1 0 ， 9 3 7 3 9 ． [ 5 】 黄萍． 高压液压阀耐压试验台制作与调试[ J ] ． 液压气动与密 封 ， 2 0 1 1 ， 4 6 0 6 2 ． [ 6 】 曹义忠． 液控单向阀保压回路的释压方式选择[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 9 ， 9 2 0 6 2 0 7 ． 【 7 ] 张朋友， 贾跃虎， 安高成． 电子控制变量泵的仿真分析[ J ] ． 液 压气动与密封， 2 0 1 2 ， 4 2 3 2 7 ． [ 8 】 朱坤 ， 纪爱敏． 液压挖掘机动臂的参数化建模研究[ J 】 - 机电工 程 ， 2 0 1 2 。 7 ． 液压气动与密封 杂志征稿启事 液压气动与密封 杂志是由中国液压气动密封件工业协会主办的中央级技术性期刊， 国内外公开发行 ， 月刊 ， 1 9 8 1 年创 刊， 是“ 中国科技核心期刊” 。 本刊以服务于液压、 液力、 气动与密封及其主机行业为宗旨， 以面向企业、 面向生产， 理论与应用相结合的 方针， 主要报道国内外最新的液压、 液力、 气动与密封技术及其应用， 设有综述与评论、 设计与研究、 系统与应 用、 新产品 新技术 新工艺、 使用与维护、 行业专题等栏 目， 读者对象为本行业的工程技术人员、 管理人员、 销 售人员、 安装调试和使用维修人员， 以及有关大专院校的师生。 在此特向您征集与我刊栏目相关的稿件， 使杂志内容能更加贴近广大读者， 更好地为行业服务。 稿件格式见 网站h t t p ／ ／ w ww ． c h p s a ． o r g ． c n ／ ma g a z i n e _ ma i n 1 ． a s p x “ 投稿服务” 栏 目。 联系人 张婷婷 联系电话／ 传真 0 1 0 6 8 5 9 4 9 0 0 投稿邮箱 c h p s a y q mm e i ． n e t ． c a