液压元件综合试验台的设计.pdf

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2 0 1 2年 5月 第4 0卷 第 1 0期 机床与液压 MA C HI NE T O OL HY DR AU L I C S Ma v 2 01 2 Vo 1 . 4 0 No .1 0 D OI 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 1 3 8 8 1 . 2 0 1 2 . 1 0 . 0 3 0 液压元件综合试验台的设计 张金威 ,谈宏华,潘正春 ,宋学贤 武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉4 3 0 0 7 3 摘要为了满足液压元件的出厂试验及性能测试要求 ,研制一套新型液压元件综合试验台设备。该试验台采用先进的 电液比例控制技术 ,并设计了新的泵源为液压系统提供不同等级的压力和流量,同时配置了计算机数据采集及处理系统。 该系统测试精度高,工作安全可靠 ,操作方便。 关键词 液压元件 ;性能测试 ;电液比例控制 中图分 类号 T H1 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 0 0 9 33 De s i g n o f Co mbi n e d Te s t Ta bl e f o r Hy dr a u l i c Co mp o ne n t Z HANG J i n w e i ,T A N Ho n g h u a ,P AN Z h e n g c h u n,S ON G Xu e x i a n S c h o o l o f E l e c t r i c a n d I n f o r m a t i o n , Wu h a n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y, Wu h a n H u b e i 4 3 0 0 7 3 ,C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o ma k e f a c t o r y a c c e p t a n c e t e s t a n d p e r f o r ma n c e t e s t o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ,a n e w c o mp r e h e n s i v e t e s t i n g e q u i p me n t o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s wa s d e v e l o p e d .Ad v a n c e d e l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l c o n t r o l l i n g t e c h n i q u e wa s u s e d i n t h i s t e s t - b e d .a n d a n e w p u mp s o u r c e wa s d e s i g n e d f o r t h e h y d r a u l i c s y s t e m t o p r o v i d e d i ff e r e n t l e v e l s o f p r e s s u r e a n d fl o w .A c o mp u t e r d a t a a c q u i s i t i o n a n d p r o c e s s i n g s y s t e m w a s e q u i p p e d a l s o .T h e s y s t e m i s p r e c i s e ,s a f e,r e l i a b l e a n d e a s y t o o p e r a t e . Ke y wo r d s Hy d r a u l i c c o mp o n e n t ;P e r f o r ma n c e t e s t ;E l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l c o n t r o l l i n g 液压元件综合试验台主要适用于常规液压阀件、 负载敏感 比例阀件、泵和马达的出厂试验及性能测 试 。该试 验台放置在某大型 国企液压车间 ,准备利用 该试验 台的泵 一马达拖 动 回路作为拖动台 ,进行 某型 号发电机的入所验收试验,并要求对试验台各测试部 分、传感器 、仪表等进行标定,以保证能准确测试与 记录液压元件技术参数 ,从而提高系统的可靠性与稳 定 性。 1 试验台功能及主要参数 1 . 1 功 能 该试验 台通过调节各控制元件达到被试液压元件 的工作状态,然后测试其性能。由主泵提供动力源, 为液压系统提供不同等级的压力和流量,供给被试液 压元件 ,通过调节各液压控制阀达到被试元件的试验 状态 ,使数字仪 表能显示被试元件所 达到 的状态 ,计 算机能采集并处理测试数据。通过对试验台进行设计 , 使其能够准确、可靠、安全地提供实验手段,具体有 以下几点 1 具备提供负载敏感油源的功能,能够 为不同流量需求的元器件测试提供合适的油源,并能 够进行负载敏感 比例方向阀的测试 ; 2 能够实现 泵 一马达拖动回路的功能; 3 具备提供不同压力 、 流量需求 的控制油源 的功能 ; 4 具备采集 与处理传 感器输出的压力、流量 、温度等数据的功能。 1 . 2 主要 技 术参 数 油源最高压力 3 1 . 5 M P a ; 油源流量 2 5~1 6 0 L / rai n ; 控制压力 1 0 M P a ; 控制 流量 1 0 L / m i n ; 系统油液过滤精度 1 0 Ix m; 最大拖动功率 5 5 k W 2 ; 系统压力调节范 围 0 . 5~ 3 1 5 MP a ; 背压压力调节 范围 0 . 5~ 3 1 . 5 MP a 。 2 试验台系统组成 液 压试 验 台 由五 大部分组成 液压油 源及 泵 机 组 、试 验 台 台架、电气控制系统 、 数 字 显示 系 统 、计 算 机数 据采 集 及 处 理 系 统 。如图 1 所示 。 该 试 验 台采 用 了 先进的电液 比例控制 技术,可精确调控液 压系 统 的 进 油 、出 油 压力 和被 试 泵 的 加 载 电 气 控 制 系 统 温度控制系统 ] 油箱 A 高 压 泵 机 组 嚣 压 泵 机 组 控 制 泵 机 组 J 油液过滤系统 l 液压系统} I 数字显示系统 『 泵 马 达 拖 动 系 统 图 1 液压综合试验台结构框图 压力 。被试泵及被试马达采用了对拖方式 ,使被试 泵 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 2 2 作者简介张金威 1 9 8 6 一 ,男,硕士研究生,研究方向为智能测控技术及流体传动技术。Em a i l 1 2 7 4 7 6 0 q q . c o rn。 9 4 机床与液压 第 4 0卷 及马达互 为负 载及 拖 动动力 ,此种 加载 方 式 ,结 构 简单 、工作可靠。该实验台具有两台高压泵组 ,均为 手动变量泵 ,可根据使用情况改变各泵的排量大小。 油温控制系统采用了双路冷却并联方式,可经济有效 地控制油液温度。并且设置了油温上、下限控温装 置 ,可以将 油温控制在规定 的温度范 围内。该试验台 配置了计算机数据采集及处理系统,可对测试数据进 行 自动采集及处理 ,排除 了测试 中的人 为因素 ,大大 提高 了实验 的测试精度。 3液压系统 该液压综合试验 台的液压 系统原理 如 图 2所 示 。 系统 中液压动力源 、液压控制元件 、液压被试元件通 过管路可联成相应的试验回路,对于实验过程中没有 用到的接 口,应关 闭接 口处 的节流截止 阀,以防止油 液泄漏⋯。 / 泵 马 达 互 拖 上 ,换 向 阀 加 载 / , I / 1一 柱 塞 泵 ] f l i 血 | .h ‘ 2 一 变 频 电 机 3 一 三 通球 阀 P T .. . .-_ J l山 4 一 过 滤器 山 x l 2 1 0 { 1。 I 5 一 节 流 阀 J 由 1 i } l 6 、1 7 一 减 压 阀 l 0 . 1 A I B A B 7 一比 例 先导阀 嘲 1l B s 2 2 lz 妇 二通 压力 补偿 器 1 0 、l 4 、1 6 一 比例溢 流 1 5 . S } l 2 一液控单向阀 f 旱 嘲 j 皿 l l 一 远程 调压 阀 s 9 . 1 L 一 l 3 一 电磁 球 阀 O l S _ _ 电磁换 向 阀 P ; ’ , 控 制 油 源 / 园 1 1 l 3 ⋯ 一 。 ’ 卜 o - r 甲 l ∞ 口 l 3 P 2* 缸 .4 I p 1 1. 7 ’ i 主群 I t1.2 , } L一一 一 . 口 I l e l 阀 L一一_..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一0 L一一⋯⋯.. .一一一⋯.一一一一 I \ 图 2 液压系统原理图 在液压 系统 中,比例溢 流 阀 1 0 . 2和远程调 压阀 该泵可 以通 过控制 器 的转换 实现 负载 敏感 与恒 压 变 I 1 . 2用于调节被试泵 的负载 ,比例溢 流阀 1 0 . 3和远 量 两种输 出模 式 。根 据 流量 需 求 ,采 用 变频 电 机 , 程调压 阀 1 1 . 3用于 调节被 试元 件 的进 口压 力 ,比例 设 置最高 转 速 为 2 0 0 0 r / ra i n 。由于 在 高压 需 求 下 , 溢流 阀 1 0 . 4和远程调压 阀 1 1 . 4用于调节被试 元件的 往往 所需流量 较小 ,新设计 的泵源采 用 9 0 k W 的 电 出 口压力 ,溢流 阀 1 6和远程调压 阀 1 1 . 7 用 于调节控 机驱 动 。泵 与电机之 间预 留安装 扭矩 转 速测 试 的接 制泵 的出 口压力 ,减压 阀 1 7和远程调压 阀 1 1 . 8用于 口,可 以在 需要时安装 扭矩 转 速测试 装 置 。泵源 液 设定 减 压 压 力 ;溢 流 阀 l 4 . 1 、1 4 . 2和 远 程 调 压 阀 压 原理见 图 3 。 1 1 . 5 、1 1 . 6 作 为换 向阀 的模 拟 负载 ,二 通压 力 补偿 对于 P V 0 9 2液压泵 源 ,需采用 比例方 向阀控制 。 器 9用于旁路调节 流量 ,电液换 向阀 l 5用于 改变被 由于系统 中最大流量可达 2 0 0 I Mm i n 左 右 ,故选择 的 试元 件的油 流方 向;电磁球 阀 1 3用 于低 压传感 器切 方向阀的过流量需 达到 2 0 0 L / ra i n 。方 向阀具备 手 动 换。 操作功能与电控功能。进行液压缸试验时,考虑到控 液压系统包含两个泵源一个为普通电机驱动手 动变 量泵 的泵 源 ,可 以满足 常规 液压 阀件 的测 试需 求 ;新设计 的泵 源选 择 P V 0 9 2系 列 的高压 轴 向柱塞 泵,标称压力为 3 5 MP a ,最高工作压力可达4 2 M P a , 制非对称缸 的面积梯度 比与 阀的油 口面积梯度 比不相 匹配,需在方向阀回油 口与液压缸之问增设旁通流 道,当回油无法全部从换向阀油 口回油时,旁通流道 能 自动打开 ,使 回油顺 畅。 9 8 机床与液压 第4 0卷 统 的速度换接 回路相配合来实现。图 6所示位置为快 速合 模 , 电磁 铁 2 Y A 通 电 时 转 为 慢 速 合 模 ,控 制 2 Y A得电与否的电信号来 自限位开关。 5 控制塑料塑化状况 塑料塑化状况 的好坏 、快慢 ,直接影 响制 品的质 量和一 个工作循环 中各工序 的平衡 。有关塑化 状况 的 控制和调整 ,主要有 以下几个方面 。 5 . 1 注射 螺杆 背压 的调 整 螺杆背压的调节是通过调节注射油路中背压阀来 实现。背压大 ,螺杆 后 退 时间 延 长 ,即延 长 塑化 时 间 ,在其他 塑化条 件 如加 热器 加 热温度 、螺杆 转 速等不变的情况下,使物料塑化完全 ,熔料密实, 排除物料中的气体 ,有利于提高制品质量。但过大背 压会增加计量段螺槽熔体的反流,使熔体输送能力降 低 ,减少塑化量 ,而且增 大预塑能耗 。过高的背压还 会使切应力过大 ,剪切热过高,使塑料发生分解而严 重影响制品质量。螺杆背压的调节不仅要与其他工序 相匹配 ,而且 要与加热器 的控制温度配合 。 5 . 2螺杆转速的调整 调整螺杆转速,将改变物料在料筒中的停留时 间 ,物料受剪切程度也 随之改变 。调节时 ,要 由低 向 较高转速逐渐调。对 热敏性较高或高黏度塑料 ,螺杆 转速应调低些 。有时 ,为了在规定 的冷却时间 内塑化 足够的塑料 ,以平衡生产周期,也采用调节螺杆转速 的办法。螺杆转速快 ,在其他 塑化条 件不变情 况下 , 将缩短塑化时间,但必须考虑到螺杆剪切作用的加 强,使部分物料过热 ,以及存在塑化不完全的物料进 入模腔的可能性 。所 以要综 合考虑 到别 的影响 因素 , 以较低 的螺杆转速为宜 。 5 . 3 料 筒温度 的调控 目前应用较 多 的是 电阻加 热器 对料 筒 包 括 喷 嘴 的分段加 热及 控制 。为 了准 确控 制各 区段 的温 度 ,通常将料筒分成若干加 热区 ,并且喷嘴单独设置 加热器 。根据不 同塑料性 能和其 他影 响塑化 的因素 , 必须调 整各 区段 的加热温度 。温度的调整 、检测 和控 制通常采用温度指示调节仪和热 电偶 ,进行温度 自动 控制,但必须根据各种不同的塑料,预先调定各区段 加热所需 的温 度 ,以保 持料 筒在 某一 温度 下进 行加 热。注射喷嘴通常用单相交流调压器 ,通过调节输出 电压 ,改变输 出电流来实现喷嘴温度 的控制调节 。 6 在保证制品质量的前提下尽量缩短工作循环 时 间 注塑机每成形一模制 品所经历 的时 问为一个工作 循环 ,又称成形周期。一个成形周期由许多工作时间 段组成 ,有合模时间、注射时间、冷却时间、预塑时 间 、开模 时间 、取件 时 间 有机 械手 取件 、模 具 自 动脱件和半 自动操纵 时的人工取件 、清理模具 、安装 嵌件等用时以及辅助时间等。这些单元时间之间, 有的是依次顺序关系,有的是交错进行。它们都直接 关系到制品质量和机器生产率。所以每当更换不同的 塑料或制品时 ,均需恰当调整这些时间,在保证制品 质量的前提下尽量缩短时间,以提高生产效率 ,降低 产 品成本 。 在半 自动和全 自动操作 中 ,各单元时间的调整主 要是通过调整注射机电气控制 系统 的时间继 电器实现 的 ,有 的则需对限位开关位 置作必要 的调整 。 参考文献 【 1 】王美姣. 液压与气动技术 [ M] . 北京 清华大学出版社, 2 00 9. 【 2 】 沈言锦. 冲压与塑压成形设备[ M] . 北京 化学工业出版 社 , 2 0 0 9 . 【 3 】刘向明, 郭波, 汪洋. MF A在精密注塑过程 电液控制系 统中的应用[ J ] . 机床与液压, 2 0 1 0, 3 8 1 4 9 4 9 6 . 【 4 】吴萍. 冲压与塑压设备[ M] . 北京 中国人 民大学出版 社 , 2 0 0 9 . 【 5 】欧阳德祥. 塑料成型工艺与模具结构[ M] . 北京 机械工 业 出版社 , 2 0 0 8 . 【 6 】叶力 , 杨继隆. 注射成型工艺参数的专家系统[ J ] . 浙江 工业 大学学报 , 2 0 0 1 1 2 6 2 9 . 【 7 】王权. 高速注塑机注射部件设计及应用[ J ] . 机床与液 压 , 2 0 1 1, 3 9 6 5 86 0 . 上接 第9 5页 5结论 该液压元件综合试验 台采用先进 的电液 比例控制 技术 ,作者还设计了新的泵 源 ,为负载敏感液压系统 提供实验能力的支撑,同时将传统的液压试验技术与 计算机 、数据采集卡以及传感器技术有机地结合起 来 ,代表了液压实验技术的发展方向 ] 。现场试验表 明该试验台各测试部分、传感器、仪表等工作正 常 ,且 能准确 测试 液压元 件 的性 能 ,满足设 计要求 , 具有很 好的应 用前景。 参考文献 【 1 】胡均平, 曾 晨阳, 严信平, 等. 新型多功能液压综合试验台 研究设计[ J ] . 机床与液压 , 2 0 0 4 1 0 2 4 3 2 4 4 , 2 5 0 . 【 2 】 谈宏华 , 滕达. 基于气动系统的电液比例阀监控装置的 设计 [ J ] . 液压与气动, 2 0 1 0 6 3 4 3 6 . 【 3 】陈六海 , 高亚明, 韩军, 等. 工程机械液压系统检测试验 台的开发[ J ] . 流体传动与控制, 2 0 1 0 5 l 71 9 . 【 4 】吴劲锋 , 黄建龙, 安宗文, 等. 软件液压元件研究与应用 [ J ] . 机床与液压, 2 0 0 7 , 3 5 3 1 0 21 0 3 . 【 5 】张怀相 , 王渝. 应用虚拟仪器技术实现液压元件的特性 分析[ J ] . 机床与液压, 2 0 0 3 4 2 2 6 2 2 7 .
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