起重机液压多路换向阀试验台的研制.pdf

2 0 1 4年 7月 第 4 2卷 第 1 4期 机床与液压 MAC HI NE T0OL ＆ HYDRAULI CS J u 1 ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 1 4 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 4 ． 0 2 3 起重机液压多路换向阀试验台的研制 周连俭 ，陈思瑶 ，包磊 江苏师范大学，江苏徐州 2 2 1 1 1 6 摘要针对 目前液压多路换向阀试验存在的问题 ，设计了同时可对两台多路换向阀进行试验的液压系统，开发了基于 工业控制计算机的试验测试系统，采用多线程技术对试验数据进行实时采集，实现了行业标准要求的各项出厂性能试验。 工业性试验结果表明试验台性能稳定 、工作可靠。 关键词 液压多路换向阀；试验台；自动测试 中图分类号T H 2 1 8 ；T H 3 9 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 4 0 7 9 4 De v e l o p me nt o f Te s t Be n c h f o r Hy d r a u l i c M ul t i pl e Di r e c t i o n a l Va l v e o f Cr a ne zH0U L i a n q u a n， CHEN S i y a o， BAO L e i J i a n g s u N o r m a l U n i v e r s i t y ， X u z h o u J i a n g s u 2 2 1 1 1 6 ，C h i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e p r e s e n t p r o b l e ms i n h y d r a u l i c mu l t i p l e d i r e c t i o n a l v a l v e t e s t ，a h y d r a u l i c s y s t e m wa s d e s i g n e d，w h i c h c o u l d b e u s e d t o t e s t t w o mu l t i p l e d i r e c t i o n a l v a l v e s a t t h e s a me t i me ．A t e s t s y s t e m wa s d e v e l o p e d b a s e d o n i n d u s t r i a l c o n t r o l c o mp u t e r ．Re a l t i me t e s t d a t a c o l l e c t i o n w a s a c h i e v e d u s i n g t h e t h r e a d s a n d i n t e r r u p t t e c h n o l o g y ，a n d t h e f a c t o r y p e rf o r ma n c e t e s t s r e q u i r e d b y i n d u s t r y s t a n d a r d w e r e r e a l i z e d ．I n d u s t r i a l t e s t r e s u h s s h o w t h a t t h e t e s t b e n c h c a n wo r k s t a b l y a n d r e l i a b l y ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c mu l t i p l e d i r e c t i o n a l v a l v e ；T e s t b e n c h ；Au t o ma t i c t e s t 目前 液压传动技术在工程机械 、农业机 械等领域 的应用范 围非常广泛 I 2 ， 多路 换 向阀是工程 机械 和 农业机械液压系统中的关键部件之一，它是以两个以 上换向阀为主体 ， 集换向阀、单向阀、过载阀、补油 阀和制动 阀等 于一体 的多功能集成 阀 。多路 阀的 出 现 ，使多执 行机 构 液压 系 统变 得 结构 紧 凑 、管 路 简 单、压力损失小 。 国产液压多路换 向阀和国外的相 比，企业产 品样 本上的数据存在两个突出的问题 1 完整性 ，大 部分生产企业不 知道 多路换向阀有哪些检测项 目，更 没有做过 完整 的产 品性 能试 验 ； 2 可 信 度 问题 ， 要么不提供产 品性 能参 数 ，要 么照抄 国外 同类产 品数 据 ，从没真正做过试实验。所以需要研制试验台对多 路换 向阀进行功能和性能检测 。 目前多路换向阀生产厂和修理厂使用的检测设备 存在诸多缺点 试验项 目与标准不符 ，无法判断试验 结果的有效性 ；只能对多路换向阀的部分功能和性能 进行检测 ；试验过程无法监督，随意性大 ，不能保证 所有项目做了试验 ，试验数据手工抄录，可信度差， 试 验数据 不利 于 管理 ；试验 压 力大 部分 由机 械表 显 示，由于压力量程大 ，压差和压降分辨率低；试验报 表不规范 ，不符合标准要 。 作者研制的某起重机液压多路换向阀试验台的特 点是 可对手动 和电动 比例 多路 阀按相关标准进行 出 厂试 验 ；试 验项 目严格按标准要求进行 ；试验 数据 由 高精度的传感器测量 ，检测精度达到标准要求；计算 机绘制多种试验曲线；试验报表按标准要求设计 ；试 验数据可存贮 和管理。 1 设计依据和技术参数 1 ． 1 依 据 标准 试验台设计依据标准 J B T 8 7 2 9 ． 2 - 1 9 9 8液压多 路换向阀 试验方法进行，完成液压多路换向阀参 数调节和出厂性能试验 。 1 ． 2试 验 项 目 。 。 根据标 准要求 ，拟定液压多路换向阀试 验项 目如 表 1 所示 。 表 1 液压 多路换 向阀试验 项 目 序号 试验项 目 1 安全阀 R B 1 和 R B 2压力调定 2 安全 阀 R B 1 和 R B 2压力摆振试 验 3 过载阀 P R 1一 P R 5压力调定 4 过载阀 P R 1～ P R 5压力摆振试验 5 换 向阀 2～ 4换 向性能试验 6 换 向阀中立 位置内泄漏试验 1 ． 3 技术参数 根据被试液压多路换向阀的参数及标准要求 ，确 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 0 8 作者简介周连俭 1 9 6 6 一 ，男，博士，教授，高级工程师，主要从事液压和气动伺服控制、智能控制 、嵌入式实时控制 等方面的教学和科研工作。Em a i l z h o u l i a n q u a n1 6 3 ． c o m。 8 0 机床与液压 第 4 2卷 定试验系统的设计参数如下 1 系统压力 3 2 M P a ，调节范 围 0 ． 5～ 3 2 MP a ； 2 单 系 统公 称 流量 4 0 0 L ／ ra i n ，调 节 范 围 04 0 0 L ／ rai n； 3 背压压力 调节范 围 0 ． 5～ 3 2 MP a ； 4 系统油液过滤精度不低于 N A S 8级； 5 单系统最大拖动功率 1 1 0 k W 2 ； 6 油温控制 范围 5 0 4 o C； 7 控 制油源压力 3 ． 5 M P a ； 8 控制油源流量 2 0 L ／ m i n ； 9 试验台液压源出口过滤装置精度为2 0 m； 1 0 压力传感器相对精度 0 ． 2 ％F S ； 1 1 流量传感器相对精度 4 - 0 ． 5 ％ F S ； 1 2 温度传感器相对精度 4 - 0 ． 5 o C； 1 3 使用环境湿度 1 0 ％ ～8 5 ％R H，使用环境 温度 0～ 5 0 o C。 2设计方案 2 ． 1 液压 系统设计 试验 台有两个工位 ，可同时对 两台多路 换向阀试 验 ，图 1 是一个 工位试 验液压 系统原理 。 ] 泄漏测量口 2 3 1 3 { I P 3 『 G 3 被试多 路换向 阀 l 23 ．14 I 2 3 ．1 5 一 r一 t r⋯一 i Ti 彳 T 。 8 ． 1 8 ． 2 j L n 1 5 ． 4 2 2 ． 2 嚣 萎 一 ． z3 ⋯． ， 5 1占 l ，4 ． 1 3 ． 1 2 1 1 ． 1 2 0 T 2 1 1 7 l 6 l e 1 2 I 控 制 HI KA1 KB1 9 ⋯ 1U一． ． 控 制 口 2 KA2 KB2 9 ．2．工 工 一 1 ． 2 3 o 3 5 3 6 2 ．2 { 1 ． 2 1 、2 7 、3 0 - -嫌阀2 、2 8 、3 卜减 展 喉卜主 泵4 一主 泵 电机5 、2 卜单 向 阀6 、1 8 - --出油 滤油 器7 ～坦 径1 0 比例溢 流 网 8 一通径2 0 比例溢流阀9 一三位四通电磁换向阀1 o _ _ 通径6 比例溢流阀l 1 一液压手柄l 2 一液位计l 卜 空气滤清器l 4 一压力传感器 l 5 、3 5 一压力表l 6 一流量计1 7 、3 4 一回油滤油器l 9 一温度传感器2 O 一主油箱2 I 一液温传感器2 3 、2 4 、2 9 一截止阀2 5 一控制泵 2 6 一控制泵电机3 2 一冷却泵电机3 3 一冷却泵3 6 一溢流阀3 7 ～冷却器3 8 - --电磁水阀3 9 一加热器 图 1 试验台液压系统原理图 主油泵为两台电比例泵，两主油泵输出压力油分 的压力最大，调 T口比例溢流阀8 ． 3最小。 别 由电液比例溢流阀7 ． 1 和 7 ． 2调节 ；油温由温度传 调泵 1 排量和比例溢流阀7 ． 1 最小，开泵 1 调 比 感器2 1 测量，通过水冷却散热器3 7 、加热器 3 9和控 例溢流阀 7 ． 1压力，使压力传感器 1 4 ． 1显示 为 2 5 制器实现液压油温度自动控制 ；油箱内的油液过滤 由 M P a 。 单独的泵源实现，即由泵 3 3从油箱中吸油 ，经滤油 开 T口的截止阀2 3 ． 1 、2 3 ． 2 。开截止阀2 3 ． 1 3给 器 3 4过滤、散热器 3 7水冷后排 回油箱；由泵 2 5提 安全阀R B 2供液，操作换向阀 C V 5使其进油与 B 5相 供持续的控制油。 通 ，使安全阀 R B 1 旁的卸荷阀 R X 1及总阀中部的卸 2 ． 2 试验原理描述 荷阀 R X 2关闭，开截止阀2 3 ． 3 、2 3 ． 4 ，调大比例溢 1 调定安全阀 R B 2的压力 流阀 8 ． 1 、8 ． 2不溢流，调泵 1 排量使流量计 1 6显示 关闭截止阀液压面板所有截止阀，调安全阀 R B 1 1 2 5 L ／ m i n 。 一 m J 第 1 4期 周连俭 等 起重机液压多路换向阀试验台的研制 8 1 调节安全 阀 R B 2的压力 ，使 压力传感 器 1 4 ． 1 显 示压力减去 T口 1 4 ． 7压力为 2 2 MP a 。拧紧安全 阀 R B 2的锁定螺母 。 测量 安全阀 R B 2的压力摆 振。 2 调定过 载阀 P R 5的压力 保持上步系统状态，使换向阀 C V 5进油与 A 5相 通 ，给过 载 阀 P R 5供 液。调 节 过 载 阀 P R 5的 压力 ， 使压力传感器 1 4 ． 4显示压力减去T口1 4 ． 7压力为 1 0 MP a 。拧紧过载 阀 P R 5的锁定 螺母 。 测量过载 阀 P R 5的压力摆振 。 3 调定过载阀 P R 4的压力 保持上步系统状态，使换 向阀 C V 5复位。关截 止阀 2 3 ． 3 、2 3 ． 4 ，开截止阀 2 3 ． 5 、2 3 ． 6 。 使 换 向阀 C V 4进 油与 A 4相通 ，给过载 阀 P R 4供 液 。调 节过载 阀 P R 4的压力 ，使 压力 传感器 1 4 ． 4显 示 压力减 去 T 口 1 4 ． 7压 力 为 1 0 MP a 。拧 紧过 载 阀 P R 4的锁定螺母 。 测量过载 阀 P R 4的压力摆 振。 4 调定安全 阀 R B 1 的压力 关闭截 止 阀液 压 面板 所 有 截 止 阀。安全 阀 R B 2 已调好，不要再调。调 T口比例溢流阀8 ． 3最小。 调泵 2排量和比例溢流阀7 ． 2最小 ，开泵 2调比 例溢流阀 7 ． 2压力 ，使压力传感器 1 4 ． 2显示为 2 5 MPa 。 开 T口的截 止阀 2 3 ． 1 、2 3 ． 2 。开截止 阀 2 3 ． 1 4给 安全阀R B 1 供液，操作换向阀C V 3使其进油与 B 3 相 通，使安全阀 R B 1 旁的卸荷阀 R X1 关闭，开截止阀 2 3 ． 7 、 2 3 ． 8 ，调 大 比例溢 流 阀 7 ． 3 、7 ． 4不 溢 流 ，调 泵 2排量使流量计 1 6显示 1 2 5 L ／ m i n 。 调节安全阀 R B 1的压力，使压力传感器 1 4 ． 2显 示 压力减 去 T 口 1 4 ． 7压 力 为 2 2 MP a 。拧 紧安 全 阀 R B 1的锁定螺母 。 测量安全 阀 R B 1的压力摆振 。 5 调定过载 阀 P R 3的压力 保持上步系统状态，使换向阀 C V 3进油与 A 3相 通，给过载阀 P R 3供液。调节过载阀 P R 3的压力， 使压力传感器 1 4 ． 6显示压力减去 T口1 4 ． 7压力为 1 0 MP a 。拧紧过载 阀 P R 3的锁定螺母 。 测量过 载阀 P R 3的压力 摆振 。 6 调定过载阀 P R 2的压力 保持上步系统状态 ，使换 向阀 C 3复位。关截 止阀2 3 ． 7 、2 3 ． 8 ，开截止阀2 3 ． 9 、2 3 ． 1 0 。 使换向阀 C V 2进油与 B 2相通 ，给过载阀 P R 2供 液。调节过载阀 P R 2的压力 ， 使压力传感器 1 4 ． 5显 示压力 减去 T 口 1 4 ． 7压 力 为 2 0 M P a 。拧 紧过 载 阀 P R 2的锁定 螺母 。 测量过载阀 P R 2的压力摆振。 7 调定过载 阀 P R 1 的压力 保持上 步系统状态。使换向阀 C V 2进油 与 A 2相 通 ，给过 载 阀 P i l l供 液 。调节 过 载 阀 P R 1的压 力 ， 使压 力传感 器 1 4 ． 6显示 压力减去 T口 l 4 ． 7压力 为 1 4 M P a 。拧紧过载阀 P R 1 的锁定螺母。 测量过 载阀 P R 1的压力摆振 。 8 换 向阀 C V 2 换 向性能试验 保持上步系统状态。使换向阀 C V 2进油与 A 2或 B 2相通 ，调节 T口的 比例溢流阀 8 ． 3 ，将压力调 为 2 M P a 。调节比例溢流阀 7 ． 3 、7 ． 4压力为 2 0 M P a 或合 适 的压 力 ，使 通 过 换 向 阀 C V 2的 流 量 为 额 定 流 量 1 2 5 L ／ m i n ，操作 换 向 阀 C V 2手柄 连续 动作 1 0次 以上 ，检查复位定位情况 。 最后一次换 向位置，计算机采集换向阀 C V 2四 个油 口压力 、流量和温度 。 9 换向阀 C V 3换向性能试验 保持上步系统状态。关截止阀 2 3 ． 9 、2 3 ． 1 0 ，开 截止 阀 2 3 ． 7 、2 3 ． 8 。操作换 向阀 3手 柄连 续动 作 l O 次以上，检查复位定位情况。 1 0 换 向阀 C V 5换 向性能试验 保持上步系统状态。关截止阀2 3 ． 7 、2 3 ． 8 。 开启泵 1 ，调 节 泵 1排 量使 流 量计 1 6显 示 2 5 0 L ／mi n。 开截止阀2 3 ． 3 、2 3 ． 4 ，使换向阀 C V 5进油与 A 5 或 B 5相 通 ，调 节 比例 溢 流 阀 8 ． 1 、8 ． 2压 力 为 2 0 MP a 或合适的压力 ，使通过换向阀 C V 5的流量为额 定流量 2 5 0 L ／ m i n ，操作 换 向 阀 C V 5手柄 连续 动 作 1 0次以上，检查复位定位情况。 1 1 换向阀 C V 4换向性能试验 保持上步系统状态。关截止阀 2 3 ． 3 、2 3 ． 4 ，开 截止 阀 2 3 ． 5 、2 3 ． 6 。 操作换向阀 C V 4手柄连续动作 1 0次以上，检查 复位定位情况 。 1 2 中立位置内泄漏试验 将 进 P 3的 管路 接到 B 5口，堵 塞被 试 阀 P 3口， 关闭液压面板上的所有截止阀，开泵 1 并调节出口压 力 1 4 ． 1为 2 5 MP a ，打开截止 阀 2 3 ． 1 3给 B 5加压 ，此 时所有阀的工作油口和回油口都有压力。打开截止阀 2 9 ． 1 使 P 2口与泄漏测量口相通 ，用量杯量取被试阀 1 m i n内中立位置 的内泄漏量 。 第 1 4期 徐启杨 等插装阀在宽厚板剪机上的应用 8 5 出将 上刀片下压 ，实现剪切功能 。 当油缸位移传感器或接近开关显示刀片下降到 位 ，钢板剪切 完成 ，电磁 阀 1 O电磁铁 b得 电 ，高 压 油由P口经控制盖板 7和6与插件 3 及 2的弹簧腔相 连 ，使得两插件关 闭 ；同时 ，低压油 由 T口经控制盖 板 8和 5与 插件 4和 1弹簧腔相 连 ，使两插 件 打开 。 这样 ，高压油经过插件 4进入油缸无杆 腔 ，油缸有杆 腔的油经插件 1回到油箱 ，主剪切液压缸抬起。当刀 片上升到位 ，接近开关或位移传感器发出到位信号 ， 电磁换 向阀 1 O断 电 ，在平衡 阀 9的作用 下 ，刀 片一 直保持在高位不下降。 2 ． 2节流调 速 功 能 由插装阀的结构及原理可知插件在阀体内的活动 行程长度。在插装阀控制盖板上增加一锥形行程调节 器以调节插 件 开 口的大 小 。调 整控 制 盖板 6 、7，可 以调整油缸缸杆伸出的速度 ，即剪切时的下刀速度 ； 调整 控制盖板 5 、8 ，可 以调整 油缸缸 杆缩 回的速度 ， 即剪切完成后刀片抬起的速度。当然 ，在液压缸动作 时，油缸两腔都有流量调节阀，可以通过入口节流调 速和 出 口节流 调速来 调整油缸的速度 。 2 ． 3基本 控 制 在这个液压系统中，液压缸内的位移传感器有着 监控和控制的作用。两剪切油缸没有液压同步控制 ， 由刀片夹紧座实现同步，同步性能受到负载等因素的 影响 ，在控制时加入两油缸位置比较控制 ，当油缸位 置偏差大于 1 0 m m时系统停止工作，即电磁阀 1 0断 电。在 P L C程序 中给定油缸抬升到位 和下降到位 即剪切完成位置一固定值，当位移传感器反馈这 一 数值时执行下一个动作。 3总结 二通插装 阀由于其高压大流量抗污染 的特点特别 适用于航空器试验装置 的液压 系统 ，在 国内外都有成 熟的二通插装阀产品。插装组件的阀芯有带阻尼和不 带阻尼之分 ，带阻尼的可以有缓冲、节流等作用 ；阀 芯还有多种面积比可以供选择，弹簧也有多种刚度可 以供选择 ，这样就可 以实现多种开启压力 ，一定要根 据系统情况选择好。随着科研单位和厂家的不断开 发 ，有很多二通插装阀的种类可供选择 ，如 比例二通 插装阀、螺纹插装式二通插装阀、带位移电控式二通 插装阀等，它们在钢铁生产设备中的应用前景相当广 阔。 参考文献 [ 1 ]王庆国， 苏东海． 二通插装阀控制技术[ M] ． 北京 机械 工业出版社， 2 0 0 1 ． [ 2 ]王积伟， 章宏甲． 液压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 00 6． [ 3 ]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 ． [ 4 ]R E X R O T H有关产品样本． [ 5 ]B o s c h公司液压技术和应用[ M] ． 上接 第 7 8页 维护方便。 5 结构简洁紧凑、用材省、投资小、成本低、 功能全、效益高、使用维护方便 、市场前景看好。 参考文献 [ 1 ]成大先． 机械设计手册[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 20 06 [ 2 ]崔培雪， 冯宪琴． 典型液压气动回路 6 0 0例[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 3 ]赵月静， 宁辰校． 液压实用 回路 3 6 0例[ M] ． 北京 化学 工业出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ]王益群， 高殿荣． 液压工程师技术手册[ M] ． 北京 化学 工业出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 5 ]周士昌． 液压系统设计图集 [ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ， 2 0 0 4 ． 上接第 8 2页 3结 论 该试验 台由高压 泵提供动力源 ，用 比例溢流 阀对 多路换向阀的各工作口进行模拟加载，实现了多路换 向阀的各项 功能和性能试验 。利用工控机 、U S B数据 采集模块和各种传感器构建试验数据采集 系统，c 编程采用多线 程技术 采样压力 、流量和温度信号 ，并 绘制测试曲线、生成试验报表。工业性试验和现场使 用表明试验台工作可靠、性能稳定 ，各项指标达到 了设计要求。 参考文献 [ 1 ]刘敏， 赵方， 王慧， 等． 液压传动技术在工程机械行走驱 动系统 中的应用 与发展 [ J ] ． 机械设 计与制造， 2 0 0 6 6 3 1 3 3 ． [ 2 ]谭笑颖． 液压传动与 电控技术在农业机械 中的应用 [ 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